Омаров Г.О. "Условия и новации технического перевооружения трубопроводов для транспортировки ШФЛУ"

Омаров Гусайна Омарович,
ведущий главный эксперт ООО ЦЭДиК «Нефтегазэнерго»

Условия и новации технического перевооружения трубопроводов для транспортировки ШФЛУ

В работе подробно описываются условия и проблемы современного перевооружения трубопроводов для транспортировки ШФЛУ, даются примеры веденных новаций и оценка из пользы.

ШФЛУ – смесь сжиженных углеводородных газов, которая представляет собой легковоспламеняющуюся и легкокипящую жидкость четвертого класса токсичности.
ШФЛУ в составе с воздухом образует взрывоопасную смесь предел взрываемости которой 1,3-9,5 % при условии 98 066 Па и 15-20 градусах по Цельсию. Если говорить о температурах воспламенения компонентов состава, то они представлены в следующей таблице:

Температуры самовоспламенения компонентов ШФЛУ, оС
Пропан (С3Н8)	Изо- бутан (С4Н10)	Н- бутан (С4Н10)	Изо - пентан (С5Н12)	Н - пентан (С5Н12)
466	462	405	427	287

В пределах рабочей зоны предельная концентрация этого состава не может быть больше 300 мг/м3. При попадании ШФЛУ на кожу человека происходит обморожение тканей.
В современном мире наиболее экономичным способом доставки ШФЛУ к месту его потребления является трубопровод. Если сравнивать с транспортировкой железнодорожным транспортом, то это обходится на 30% дороже. Говоря конкретно о нашей стране, мы имеет большие возможности по выпуску сырья, но его транспортировка посредством использования железных дорог затруднительна, и все потому, что они просто перегружены, а количество продуктопроводов пока не так велико, чтобы обеспечить наращивание мощностей нефтехимии на всей территории страны.
В условиях такой напряженной обстановки многие компании взяли на себя обязанность по проектированию трубопроводов, но даже при наличии нормативных актов, конвенции безопасности в РФ нет достаточного опыта строительства этого вида трубопроводов. Стоит сказать, что ранее используемым нормам уже около тридцати лет, до сегодняшних дней они не изменялись, поэтому и не могут соответствовать международным требованиям обеспечения промышленной безопасности на объектах по ШФЛУ.
Нормы технологического перевооружения и проектирования можно более подробно посмотреть в РД 39-135-94. [1] Кроме этого стоит руководствоваться:

• ГОСТ 34.601-90. [2]                                                                 
• ГОСТ 34.003-90. [3]                                                                
• ГОСТ 34.601-90. [4]                                                          
• ГОСТ 34.201-89. [5]                                                         
• РД 50-34.698-90. [6]                                                            
• ГОСТ 34.602-89. [7]                                                              

При проектировании и перевооружении магистральных продуктопроводов, которые используются для транспортировки сжиженных углеводородных газов, применяются нормы, разработанные в 1985 году и вписанные в рамки СНиП 2.05.06-85. [8] Ни о каком соблюдении норм современной промышленной безопасности там и речи не идет.
Нельзя не сказать о разрушении стенок трубопроводов, которое происходит из-за интенсивного парообразования, которое приводит к снижению температуры жидкости. Именно разрушение целостности продуктопровода одна из наиболее опасных ситуаций, учитывая степень опасности ШФЛУ. Перед учеными и инженерами постоянно стоит вопрос о внедрении новых технологий, а также перевооружении уже построенных трубопроводов, чтобы обеспечить необходимый уровень промышленной безопасности соответствующий международным стандартам.
В качестве одного из средств перевооружения можно рассматривать стабилизаторы давление Волнотех. Во время аварийного разрыва трубы и истечение газа через отверстие в перекрытом запорной арматурой участке происходит снижение давления и температуры. Основной принцип работы разработанных стабилизаторов – распределенное по длине диссипативное и упругодемпфирующее воздействие на поток перекачиваемой жидкости. При соблюдении условий эксплуатации срок службы таких устройств составляет не меньше пяти лет, если это резинотехническое оборудование и не менее 8 лет, если металлическое.
С виду стабилизаторы представляют собой модульный элемент, в составе которого:

• Корпус.                                                                    
• Перфорированная труба.                                     
• Демпфирующие камеры.                                            

Если сравнивать оборудование с устройствами, используемыми для защиты от гидроударов на магистральных трубопроводах, то стабилизаторы давления не нуждаются в обслуживании в процессе их использования. Кроме того они:

• Действуют быстро.                                                                   
• Процесс монтажа предусматривает врезку в трубопровод.
• Отсутствие необходимости сброса жидкости в резервуар.

Все выше перечисленные преимущества позволяют говорить об обоснованности внедрения такого инновационного изделия в конструкцию продуктопроводов, необходимо только сформировать новые правила использования, установки, эксплуатации этого вида оборудования в конструкции трубопроводов для транспортировки ШФЛУ.
Конечно, нельзя говорить, что в рассматриваемом нами СНиП все пункты требуют переработки и не обоснованы с технической точки зрения. Если брать в качестве примера пункт 12.13, где указано, что каждый узел линейной запорной арматуры должен оборудоваться обвязкой, при условии что трубопровод диаметром от 100 до 150 мм. Такая обвязка должна обеспечивать перезапуск и перекачку газа из одного участка в другой. С одной стороны вроде бы все выглядит вполне обосновано, но на практике такие методы не решают проблему оперативного освобождения участка, на котором произошла авария. Откачать насосом кипящую жидкость нереально, давления не будет хватать. Выходит, что еще одним основным вопросом перевооружения трубопроводов является внедрение контроля и осуществление управления за выходом продукта при возникновении нештатной ситуации. Пока решить эту проблему на этапе проектирования не удается, если использовать имеющиеся нормативные акты. К сожалению, ученые и научно-технические институты слабо ведут работу в области разработок по данному вопросу, в том числе и из-за нерегулярного финансирования. В самих нормативных документах отсутствуют какие-либо рекомендации по усовершенствованию технологического процесса.
Важно заметить один существенный факт по перевооружению продуктопроводов, который качественно повлиял не на увеличение уровня промышленной безопасности, а наоборот. Если в рассматриваемом нами СНиП указано, что во время проектирования трубопроводов необходимо использовать материалы диаметром не более 400 мм, то согласно последним проверкам было выявлено, что новые продуктопроводы представляют собой магистральные участки с трубами большего диаметра. Такое перевооружение значительно повысило опасность эксплуатации объектов. Чтобы опасность не выглядела преувеличенной и необоснованной стоит более подробно рассмотреть этот вопрос. Во время перекачки ШФЛУ неконтролируемо возникают переходные процессы, порождающие волны давления. Распространяясь по трубопроводу, такие волны могут приводить к перегрузкам на определенных участках, а соответственно и разрыву труб. Если компании хотят использовать мега-диаметры, тогда должен остро вставать вопрос об использовании при их производстве прочных материалов. Ученым придется активно поработать в этом направлении, чтобы трубопроводы нового уровня стали безопасными для человека.
Есть и полезные примеры перевооружения объектов по перекачке ШФЛУ. Если ранее использовались клапаны сброса, то сегодня используются на продуктопроводах более дорогие и совершенные системы, способные гасить гидравлические удары – Аркон-1000. Это оборудование импортного производства, которое уже зарекомендовало себя с хорошей стороны, почему и получило большое распространение в нашей стране. Конечно, клапаны сброса остались, но они теперь используются только как составная часть Аркон-1000. Есть у системы и недостатки, но они не столь существенны, поэтому преимущества перекрывают их в полной мере.
Несомненно, перевооружение позволит качественно снизить уровень рисков на магистральных трубопроводах, но согласно ФЗ №116 необходимо соблюдать правила промышленной безопасности во время любого процесса на объекте. [9] Перед тем как рассматривать более подробно вопрос по правилам и условия проведения перевооружения стоит сделать небольшое отступление и представить данные по авариям на трубопроводах всего мира за последнее время. Данные ниже помогают полноценно оценить последствия ЧС, чтобы лучше понимать, почему так важно вовремя проводить перевооружение на этих объектах.

Дата, место аварии	Вид аварии (неполадки)	Основные  причины	Масштабы  развития аварии	Число пострадавших, ущерб
4 июня 1989,перегон Улу-Теляк – Аша Куйбышев-ской железной дороги	Взрыв облака топливо-воздушной смеси	Узкая щель на 1,7 м, под давлением 3,5 МПа	Масса углеводородов  в воздухе составляла 1350т. Ударная волна сбросила с железнодорожных путей 11 вагонов, 7 сгорели дотла. От пожара пострадало около 250 Га.	Железнодорожное полотно было разрушено на 1,7 километров воздушных линий связи и на 350 метров по земле.  Человеческие жертвы составили 573 человека, получили серьезные повреждения и стали инвалидами 623 человек.
9 декабря  1970 г. в Порт-Хадсоне (шт. Миссури,  США)	Взрыв облака топливо-воздушной смеси	Разрыв 200 мм трубопровода, под  давлением 6МПа	Количество  разлившейся жид-кости примерно 750 баррелей, или 60 т.	Разрушен  склад; Рабочие получили легкие травмы
19 ноября 1984 г. в Сан-Хуан-Иксуатепек	Причиной аварии стал огненый шар.	Утечка СНГ  диаметром 0,2 м	Размер образовавшегося  облака 200·150·2 м; воспламенение облака, которое привело к образованию огненного шара; серия взрывов резервуаров, сопровождавшихся пожаром, продолжавшимся до 20 часов.	Разрушены все  резервуары хранилища; повреждены жилые дома в радиусе 300 м; погибло  не менее 500 чел., получили травмы 7231 чел.
21 августа  2004 г. На гелиевом заводе ООО « Оренбург Газпром»	Утечка с  последующим образованием огненного  шара	Разгерметизация фланцев, дефект в задвижке	Выбило прокладку  Б-2, а на Б-3 из под крышки произошла  утечка. Возгорание за счет разряда статического электричества	Материальный ущерб от аварии

Из таблицы видно, что чаще всего аварии случаются именно из-за утечек на участках магистральных трубопроводов. Главная причина – появление повреждений, значит, не малую роль в вопросе перевооружения играет использование более современных материалов в конструкции труб.
Возможно, что стальные трубы не настолько качественно справляются с поставленными перед ними задачами, поэтому стоит использовать иные сплавы. Можно рассчитать толщину стенки трубопровода согласно СНиП 2.05.06-85. Сталь, которая имеет нормативный предел текучести к сопротивлению, меньше 0,75 должна обязательно подвергаться расчету толщины стенки. Для этого используется формула:

               nпP*Dп
б=___________________
                аRп2
         2(Cб____+ nпP)
                Kп
Нельзя забывать и про коррозионную обработку поверхности труб, которая проводится в соответствии с ГОСТ 25.812-83.необходимость защиты труб также вычисляется по формуле:
           ∆б
В=Т - ___, где
            V
где ∆б - допустимое уменьшение толщины стенки из-за коррозии, мм;
V - максимальная скорость коррозии, равная сумме скоростей внутренней и внешней коррозии, мм/год;
T - срок службы трубопровода, лет.
Многие специалисты говорят, что условия эксплуатации и надежность трубопроводов эксплуатирующих ШФЛУ еще не изучены до конца. Данный вопрос имеет слабую научную обоснованность, о чем говорят результаты расследований.
Как показывает тридцатилетний опыт, основными причинами аварий на магистральных трубопроводах становятся механические повреждения в результате:

• Заводского брака.                                                               
• Образования коррозии.                                                           
• Ремонта и обслуживания трубопроводов.             

Катастрофические последствия аварий говорят о необходимости качественного перевооружения, в том числе использования качественных труб, контроля за браком. Если невозможно сегодня создать материал, который мог бы лучше противостоять коррозии и быстрому разрушению вследствие постоянного изменения температуры транспортируемой смеси, тогда важно акцентировать мероприятия по перевооружению на создании мероприятий по защите трубопровода.
Важно совершенствовать традиционные подходы к оценке работоспособности продуктопроводов, учитывая:

• Теорию трещин.                                                            
• Механику разрушения.                                             
• Средства прогнозирования сопротивляемости материалов.

В рамках технического перевооружения нужно строить новые магистральные трубопроводы, по которым газ будет накапливаться в коллекторах, а после обработки компрессорами отправляться по линиям ШФЛУ.

Список литературы:
1. РД 39-135-94 «Нормы технологического проектирования газоперерабатывающих заводов».
2. "Автоматизированные системы управления. Общие требования" ГОСТ 34.601-90;
3. "Автоматизированные системы. Термины и определения" ГОСТ 34.003-90;
4. "Автоматизированные системы. Стадии создания" ГОСТ 34.601-90;
5. "Виды, комплектность и обозначение документов при создании автоматизированных систем" ГОСТ 34.201-89;
6. "Методические указания. Автоматизированные системы. Требования к содержанию документов" РД 50-34.698-90;
7. "Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Техническое задание на создание автоматизированной системы" ГОСТ 34.602-89.
8. СНиП 2.05.06-85 «Магистральные трубопроводы».
9. ФЗ №116 «О промышленной безопасности опасных производственных объектов».