Определение потерь нефти при утечках из трубопроводов

Территория рекламы

- -

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ НЕФТИ ПРИ УТЕЧКАХ ИЗ ТРУБОПРОВОДОВ (Ткачев, Тугунов)

§ 1. ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ НЕГЕРМЕТИЧНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ И ФОРМЫ ОТВЕРСТИЙ

Причины нарушения герметичности трубопровода — коррозионные и электрокоррозионные разрушения, механические повреждения. Коррозионные разрушения возникают из-за наличия серы и ее соединений в перекачиваемой нефти, а также агрессивных газов и жидкостей. Электрокоррозионные разрушения связаны с возникновением гальванопар из-за разнородности материала труб, грунтов и наличия электролита. Механические повреждения труб появляются в результате действия внешних сил при складировании и транспортировке отдельных труб и образования дефектов сварочных работ. Сквозное отверстие на трубе, появившееся при транспортировке или хранении, устраняют сразу до ее установки на место. Механические повреждения труб служат причиной примерно 20 % всех аварий на нефтепроводах.

Кроме того, возникают разрушения, связанные с заводскими дефектами. Причины появления таких дефектов — применение стали, по пластичности и прочности не отвечающей расчетным требованиям; нарушения геометрии трубы, приводящие к изменению толщины стенки, диаметра и появлению гофр; нарушение технологии сварки с образованием непроваров, ослаблением металла в зоне шва, попаданием шлака в металл шва; попаданием шлака в металл шва; нарушение центровки при сварке, приводящее к смещению кромок свариваемых листов и появлению некачественного шва. При эксплуатации трубопроводов заводские дефекты могут привести к появлению сквозных трещин и разрывов, которые являются причиной возникновения до 10 % всех аварий на нефтепроводах.

Потери нефти и нефтепродуктов при авариях из-за заводских дефектов достигают 30% от общих потерь.

Основное число сквозных отверстий 48—52 % [29] — результат действия коррозии. В соответствии с нормами технологического проектирования магистральные трубопроводы сдают в эксплуатацию с устройствами противокоррозионной защиты, и поэтому число утечек из-за коррозии стало сокращаться. В странах Западной Европы число утечек в результате коррозии в 1987г. составило примерно 1/3 от общего числа утечек. Со временем по мере старения трубопроводов число коррозионных разрушений будет возрастать. На нефтепроводах Главтранснефти отказы из-за коррозии металла за период 1970—80 гг. составили более 60 % от всех отказов [14]. Это количество отказов приходилось на нефтепроводы малого диаметра и старой постройки, а также на горячие нефтепроводы. В сумму ущерба в результате этих отказов входят прямые потери при эксплуатации нефтепроводов (затраты на текущий и капитальный ремонты, потери нефти при утечках, затраты на эксплуатацию электрозащиты) и косвенные, связанные с простоями нефтепровода, а также ущерб от загрязнения окружающей среды. Так, на нефтепроводах США косвенные потери от утечек из-за коррозии превышают прямые потери в 1,7 раза. По данным проектных институтов затраты на противокоррозионную защиту в капитальных вложениях в нефтепроводы составляют 3—5 %, а в эксплуатационных расходах они не превышают 3 % (ремонт изоляции, расход электроэнергии, обслуживание станции катодной защиты и протекторов). Отсюда следует, что ущерб значительно превышает затраты.

Основное число сквозных отверстий, образующихся в результате коррозионных язв и точечной коррозии, имеет форму, близкую к цилиндрической или конической. Площадь живого сечения таких отверстий мала и составляет 100 мм2. Диаметр этих отверстий колеблется в пределах 0,2—12 мм. Обработка экспериментальных данных показала, что образующиеся отверстия по диаметру подчиняются нормальному закону распределения, а наибольшее число отверстий имеют диаметр 1—2 мм. В связи с этим потери нефти или нефтепродуктов из этих отверстий составляют 10—15 % от общего объема потерь при авариях. Значительное количество вытекшей нефти собирают, а остальное сжигают или подвергают биологической или химической нейтрализации. Несмотря на небольшое количество вытекающей нефти или нефтепродукта окружающей среде наносится значительный вред, и поэтому обнаружение утечек и их ликвидация имеют первостепенное значение.

Значение утечки нефти через отверстие зависит от его площади живого сечения, длины и формы, физико-механических характеристик истекающей жидкости, давления внутри трубопровода, сопротивления внешней среды, наличия газа в жидкости и др.

Следующей наиболее частой причиной аварий (от 20 до 30%) является повреждение трубопроводов при проведении посторонних работ работающими землеройными машинами.

Вследствие увеличения общей длины нефтепродуктопроводов в последние годы все чаще стали происходить нарушения герметичности труб внешними посторонними силами. Количество утечек на нефтепроводах Западной Европы из-за их повреждения такими силами за период 1966—1974 гг. увеличилось с 20 до 33 % от общего количества утечек в 1981 г. Потери нефти в результате этих утечек за этот же период увеличились вдвое и составили около 40 % от общего количества потерянной нефти.

Расход нефти или нефтепродуктов при истечении через отверстие

,                                             (1)

где μ — экспериментальный коэффициент расхода отверстия, зависящий от рода жидкости, формы отверстия и перепада давления между сосудом и окружающей средой; f — площадь живого сечения отверстия; g - ускорение свободного падения;

                                              — напор, под которым происходит истечение;

р1 - давление внутри трубопровода в месте нахождения отверстия; р2—давление окружающей среды, куда происходит истечение; ρ — плотность жидкости.

Рис. 1. Отверстия в стенках трубопроводов и резервуаров:

а — приблизительно круглое отверстие dmах = dmin = dср; б— Щелевидное отверстие; в — профиль отверстия; dmах — длина щели; dmin — раскрытие (ширина) щели; l — общая длина отверстия; lц — длина цилиндрической части отверстия; αвх , αвых - угол конусности соответственно на входе и выходе

Введем обозначения: l — средняя длина отверстия; dmах , dmin , dср — диаметр отверстия соответственно максимальный, минимальный и средний t — температура истекающей жидкости в области отверстия; ν— кинематическая вязкость жидкости; Г — газовый фактор жидкости.

Определим площадь отверстия, образовавшегося в трубе при аварии. Непосредственное измерение площади отверстия при истечении нефти или нефтепродуктов невозможно, так как отсутствует подход к отверстию у подземного трубопровода, бьет струя горячей жидкости и в районе аварии большая загазованность. При истечении нефтей и нефтепродуктов возможны две задачи: прямая — по диаметру отверстия, перепаду давления и внешним условиям определяют значение утечки; обратная — по значению утечки, перепаду давления и условиям окружающей среды определяют диаметр отверстия. Таким образом, в любом случае площадь живого сечения отверстия находят приблизительно (рис. 1). Для отверстий произвольной формы подсчитать площадь достаточно сложно, поэтому их действительную конфигурацию заменяют эквивалентной фигурой, площадь которой легко определить. Выделяют отверстия круглые, эллиптические и щелевидные. Эллиптические отверстия в зависимости от соотношения dmах/dmin можно отнести к круглым со средним диаметром dcр и той же площадью живого сечения или к щелевидным. Вместо входного и выходного конусов у отверстий могут быть округления, и тогда они относятся к коноидальным отверстиям.

По данным исследований ВНИИСПТнефть (А.С. Шумайлов и др.), истечение жидкости в зависимости от отношения общей длины отверстия l к длине цилиндрической части lц подразделяют следующим образом:

l/dmin, lц/dmin <0,5 - истечение как через отверстие в тонкой стенке;

l/dmin,>0,5; lц/dmin <0,5 — истечение зависит от угла конусности на входе и выходе.

Если углы конусности αвх = αвых = 180°, то l = lц и истечение происходит как через отверстие в тонкой стенке.

Если углы конусности малы (αвх = αвых = 20°), то истечение происходит как через насадок. Если на входе угол конусности плавно изменяется от 180º до 0°, то имеем коновдальный вход в отверстие, для которого коэффициент расхода принимают равным 1;

lц/dmin > 0,5; l/dmax < 0,5; l/dmax > 0,5 - истечение происходит как через насадок.

В работе [15] дан анализ сквозных дефектов для трубопроводов диаметром от 200 до 1020 мм с толщиной стенки 3,5—20 мм. Распределение дефектов в зависимости от отношения l/dср показало следующее:

для 72 % сквозных отверстий отношение 0,5 < l/dcр < 5;

для 10%                                                         l/dcр < 0,5;

для 10 %                                                        l/dcр >10;

для 8 %                                                          l/dcр    имеет другие значения.

Рис. 2. Повреждения труб:

а — полный разрыв стыка из-за некачественной сварки или разрыв по основному металлу трубы в результате чрезвычайно высоких напряжений; б — продольный разрыв трубы по основному металлу из-за больших напряжений; в, г — разрыв заводских стыков (спирального и продольного) из-за некачественной сварки

Анализируя сквозные дефекты, можно выделить следующие виды повреждений трубы (рис. 2) и соответствующие им формулы для определения площади истечения f:

- сквозные отверстия круглые или эллиптические в результате коррозионного разрушения:

для круглого отверстия

;                                                      (2)

для эллиптического отверстия

;                                               (3)

для протяженного коррозионного повреждения длиной lо и шириной  (средние значения)

;                                                           (4)

- разрывы кольцевых швов:

с расхождением кромок трубы и без него

,                                                           (5)

где D — диаметр трубопровода;

с большим расхождением кромок трубы b ≥ 0,25D

;                                                    (6)

разрыв заводских продольных и спиральных швов длиной l0 и шириной dmin , а также разрыв по основному металлу тех же размеров:

;                                                    (7)

большой разрыв по шву или основному металлу с отворотом стенок – f находят по формуле (6).

§ 2. КОЭФФИЦИЕНТ РАСХОДА ПРИ ИСТЕЧЕНИИ

Эксперименты показывают, что коэффициент расхода при истечении μ для одного и того же отверстия зависит от перепада давления, формы и размеров отверстия и лежит в пределах 0,62—1. Если форма отверстия обеспечивает плавный вход жидкости (например, коноидальный) и безотрывное течение в отверстии без сжатия струи, то при истечении характеристика такого отверстия должна быть стабильной, а коэффициент расхода равен 1.

Для сходящихся отверстий коэффициент расхода μ зависит от угла конусности на входе αвх и для воды он изменяется следующим образом:

αвх . .  . . . 15 30 45 60 75 90 120 150 180

μ . . . . . .0,97 0,88 0,85 0,81 0,76 0,72 0,68 0,64 0,62

У таких отверстий увеличение перепада давления практически не влияет на коэффициент расхода.

Изучение влияния формы отверстия и изменения напора на коэффициент расхода приведено в работах [1, 9]. Площади исследуемых отверстий определяли прямым измерением (не менее 5 раз), а эксперимент проводили стандартным образом, описанным в курсах гидравлики. Для каждого отверстия (рис. 3) коэффициент расхода при постоянном напоре определяли по формуле (1) не менее 5—10 раз, а затем находили его среднее значение. Коэффициент расхода при истечении при переменном напоре

надо горизонт. цилиндр. цистерну (8)

где F — площадь живого сечения резервуара, откуда происходит истечение; H1 и Н2— напоры соответственно начальный и конечный, в пределах которых измерялись параметры истечения; t1 — время снижения уровня жидкости в резервуаре от Н1 до Н2..

Рис. 3. Формы отверстий:

1 - круг; 2 - круг с зазубренными краями; 3 - квадрат; 4 - квадрат с зазубренными краями; 5 - ромб; 6 - ромб с вогнутыми внутрь сторонами; 7 - мениск выпукло-вогнутый; 8 - эллипс; 9 - параллелограмм (протяженная щель, щелевидное отверстие)

Измерения проводили однократно для каждого типа отверстия при изменении напора в 0,8м (от Н1 = 1,8 м до Н2 = 1 м). Погрешность измерения коэффициента расхода определяли стандартным методом (табл. 3).

Таблица 3. Коэффициенты расхода для исследованных отверстий при постоянном μ и переменном μ1 напорах

Отверстие (см. рис. 3)μμ110,606 (±0,043)0,618(±0,02)20,673 (±0,058)0,684 (±0,044)30,6 28 (±0,043)0,637 (±0,021)40,694 (±0,047)0,725 (±0,027)50,590 (±0,045)0,602 (±0,024)60,630 (±0,047)0,637 (±0,029)70,654 (±0,049)0,691 (±0,03)80,7 23 (±0,051)0,719 (±0,034)90,647 (±0,044)0,668 (±0,023)

Из анализа этих данных следует, что они с точностью до ошибок измерения совпадают с рекомендованными значениями коэффициентов расхода в курсах гидравлики для соответствующих форм отверстий. Коэффициенты расхода при переменном напоре больше, чем при постоянном, но эта разница — в пределах возможных ошибок измерений. Коэффициент расхода для всех исследованных случаев изменяется в достаточно узком диапазоне от 0,59 до 0,725, поэтому при выполнении оценочных расчетов его можно принимать постоянным и равным 0,65.

Транспорт нефти, насыщенной нефтяным газом с газовым фактором от 0 до 10м3/т по трубопроводам, не подготовленным соответствующим образом, приводит к существенным потерям. Из анализа работ по перекачке сжиженных газов следует, что процесс истечения газированных нефтей через порывы недостаточно изучен, и поэтому еще нет ответа на такие вопросы, как определение времени опорожнения аварийного участка трубопровода и количества потерянной нефти. Трудность решения отмеченных вопросов заключается в том, что при авариях трубопроводов с газонасыщенной нефтью возникает целый ряд особенностей. Например, если авария происходит в нижней части нисходящего участка трубопровода (рис. 4, а), то газ, растворенный в нефти, может ускорять процесс истечения. При образовании сквозного дефекта в верхней части нисходящего участка (рис. 4, б) в зоне отверстия будут скапливаться пузырьки газа, выделяющегося из нефти, этот газ будет оттеснять нефть от отверстия и затруднять истечение. Если авария произойдет на холмистом участке местности, то из-за газовых шапок истечение будет пульсирующим. После прорыва газа оставшаяся часть нефти снова перекроет сечение трубы, а в возвышенной части опять начнет постепенно накапливаться газ до следующего выброса.

Рис. 4. Образование газовых шапок в трубопроводе при утечках в нижней (а) и верхней (б) частях нисходящего участка

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Скачать

нефть 3 лекция 38 истечение нефти.doc

нефть 3 лекция 38 истечение нефти.doc
Размер: 108.5 Кб

Бесплатно Скачать

Пожаловаться на материал

Причины возникновения негерметичности трубопроводов и формы отверстий. Коэффициент расхода при истечении. Потери нефти и нефтепродуктов при авариях. Значение утечки нефти. Расход нефти или нефтепродуктов. Транспорт нефти

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Этнопсихология

Организационно-педагогическое описание учебного курса «Этнопсихология». Этнопсихология как наука, ее предмет и задачи. Возникновение и развитие этнопсихологии за рубежом. История развития отечественной этнопсихологической мысли. Психологическая характеристика этнических общностей. Человек и группа в культурах и этносах. Методология и методы изучения этнопсихологических явлений. Сущность, структура и своеобразие этнопсихологических феноменов. Механизмы межгруппового восприятия в межэтнических отношениях. Адаптация к новой культурной среде. Национально-психологические особенности представителей славянских народов. Этнопсихологические аспекты межличностного и делового общения. Этнические конфликты, причины и урегулирование.

Метод экспертных оценок

Метод экспертных оценок - метод анализам обобщения суждений и предположений с помощью экспертов. Синектика как метод исследования систем управления. Эксперимент как частный метод исследования. Наблюдение как частный метод исследования. Опрос как частный метод исследования. Анкетирование как письменная форма опроса. Интервью как устная форма опроса. Метод анализа документов.

Языкознание

Языкознание начало развиваться, труд в области лингвистики. Проблема языкового знака. Слово как основная единица языка. Фонетическая речь, система звуков. Система русского и изучаемого языка.

Рак желудка. Классификация. Клиника. Диагностика. Лечение. Особенности резекции желудка при раке

Классификация рака желудка по стадиям производится исходя из характера опухоли. Мезенхимальные опухоли желудка. Пневмония: определение, этиология, патогенез, классификация, клиника, диагностика, дифференциальная диагностика, современные принципы лечения, профилактика.

Спасательные веревки

Спасательные веревки (устройства) Спасательная веревка испытывается на прочность один раз в 6 месяцев.

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok