Лекция 1

Распределение давления по длине газопровода

Газ по трубопроводам, как и любая жидкость, всегда перемещается из участков с повышенным давлением в участки, где давление ниже. Движение газа продолжается до тех пор, пока давление в системе газопроводов не выравнивается. Поэтому наблюдения за изменением давлений по длине трубопровода являются основным параметром, по которому судят о нарушениях в системе транспорта газа (жидкости). Например, если в ходе эксплуатации газопровода давление при постоянном расходе газа начнет снижаться, то можно сделать вывод об утечке газа вследствие нарушения целостности трубы. При больших утечках можно зафиксировать давления, которые установятся через некоторый интервал времени. Построив график изменения давления можно определить место, где произошла авария на трубопроводе.

Однако при незначительных утечках газа это нарушение может быть и не обнаружено.

Другой пример закупорки сечения газопровода. В этом случае произойдут изменение давления следующим образом.

В данном случае трудно установить точное место закупорки, если нет возможности произвести измерение давлений на каком-то участке трубопровода.

Итак, в газопроводе в условиях постоянства и равенства притока и расхода газа устанавливается определенный режим распределения давлений. Скорость движения газа в трубе зависит от количества газа, протекающего через его поперечное сечение в единицу времени. Очевидно, что чем больше количество газа, тем больше и его скорость, чем больше диаметр трубы, тем меньшей будет скорость движения газа, принимая во внимание, что в том и другом случаях расход газа был одним и тем же. При одном и том же количестве газа скорость течения в конце трубопровода будет выше, чем вначале трубопровода. Это можно объяснить тем, что по мере снижения давления по длине трубопровода объем газа будет увеличиваться согласно уравнению

(1)

где Q_Г Q_Го

Следовательно скорость газа также будет увеличиваться. При увеличении скорости газа возникают завихрения и происходит турбулизация потока.

При транспортировании нефти и др. жидкостей плотность их может быть принята постоянной. Поэтому давления вдоль трубы падает по закону прямой линии и тогда гидравлический уклон будет равен

При транспортировании газа гидравлический уклон увеличивается по параболической кривой. Эта закономерность описывается уравнением

где Р₁ и Р₂ – начальное и конечное давления в трубопроводе, соответственно.

Р_х – давление в промежуточной произвольной точке газопровода;

l – длина газопровода.

При этом средний гидравлический уклон равен

Если х = 0, то Р_х = Р₁ – начало газопровода

При х = l, то Р_х = Р₂ –конец газопровода.

Формула, по которой определяют Р_х, выражает характер изменения давления в действующем газопроводе. В начальных участках газопровода это давление падает медленно, но чем дальше, тем сильнее.

Непрерывное увеличение интенсивности падения давления в газопроводе объясняется не только тем, что в связи с расширением объема газа в газопроводе увеличивается скорость потока газа, но и тем, что плотность газа уменьшается. Это приводит к повышению сопротивления трения.

На основе закона изменения давления в действующем газопроводе выведена формула для определения среднего давления в нем

Среднее давление, определяемое по этой формуле, больше среднеарифметического. Однако при низких давлениях газа в трубопроводе в относительно небольших участках газопровода Р_ср можно принять как среднеарифметическое значение величин начального и конечного давлений. Кроме того, при наличии даже незначительного количества жидкости в газопроводе гидравлический уклон иметь большую величину, и характер распределения давления может иметь по длине трубопровода не параболический вид, а линейный.

Знание характера распределения давления является основным инструментом по выявлению закупорок трубопровода.

Закупорки газопровода и их устранение.

Закупорки газопроводов бывают водяные, снежно-ледяные, смоляные, от различных предметов, оставленных в газопроводе при строительстве.

В газах нефтяных, нефтегазовых и чистогазовых месторождений всегда имеется некоторое количество воды.

Вода в газах является чрезвычайно вредной примесью так как:

А) при изменениях состояния она, находясь в паровом состоянии, при изменении термобарических условий конденсируется, Конденсированная вода скапливается в пониженных участках трубопровода и создает водяные пробки.

Б) при соответствующих условиях (температуре и давлении) она в присутствии углеводородного газа может перейти в гидратообразную форму.

В) снижает удельную теплоту сгорания газа.

При соответствующих условиях из 1000 м³ СН₄ (метан) может получиться 600 кг гидратов, объем которых будет равен).6 м³.

Кроме основных условий образования гидратов (давление, температура, влажность) имеются условия, способствующие их образованию. К ним можно отнести: высокую скорость и турбулентность потока, резкие повороты его движения, наличие подъемных и опущенных участков.

Мероприятия по борьбе с гидратообразованием подразделяются на профилактические, направленные на прекращение выпадения гидратов, разлагающие образовавшиеся гидратные пробки и удаляющие влагу из газопроводов.

При понижении давления и повышении температуры гидраты разлагаются на воду и метан. Это условие является одним из основных при решении вопроса борьбы с гидратами.

Однако самым эффективным способом предупреждения образования гидратов является выделение влаги из газа непосредственно в начале газопровода.

Эти работы обычно производятся до подачи газа в магистральные газопроводы и достигаются сепарацией газа, сушкой газа после циклонов, вымораживанием газа непосредственно у устья скважины или на газосборных пунктах.

Попавшую влагу в газопровод периодически необходимо удалять из газопроводов через специально сооруженные для этих целей конденсатосборники. При несвоевременной откачке конденсата конденсатосборники переполняются и может произойти прекращение прохода газа. То же самое может произойти и при прогибе газопровода.

Наличие водяных и конденсатных пробок в газопроводе приводит к уменьшению проходного сечения газопровода, повышая давление транспорта.

Для ликвидации закупорок газопровода в местах прогиба связаны с большими трудностями, так как приходится раскапывать газопровод и искать место прогиба. После того как его находят, просверливают газопровод и спускают из него воду.

Ледяные закупорки могут образоваться в зоне мерзлого грунта или в тех случаях, когда заполненный участок газопровода зимой оказался открытым. Снежные закупорки могут наблюдаться при транспортировании влажного газа через неутепленные места газопровода. В этом случае конденсирующиеся водяные пары выпадают в виде инея и постепенно уменьшают проходное сечение трубопровода. Ледяные и снежные закупорки ликвидируют прогревом отдельных участков газопровода паром или электротоком. Образовавшуюся в результате этих работ воду удаляют из газопровода.

В период строительства газопроводов из-за небрежности выполнения работ в газопроводах могут быть оставлены куски дерева, инструмент и т.д. По мере накопления мелких веществ – песок и окалина переносимых газом могут скапливаться в тех местах вокруг оставленных предметов. Со временем образуются закупорки в газопроводе, которые устраняются вырезкой участка трубы.

Во избежание подобных закупорок необходимо перед вводом газопроводов в эксплуатацию продуть их воздухом высокого давления совместно с шаровым разделителем, поршней и т.д.

Обнаружение утечки газа

Утечки газа из газопроводов наиболее вероятны в стыковых соединениях, в местах установки кондесатосборников, в сальниковых уплотнениях арматуры, в местах, поврежденных коррозией и т.д.

Существующие методы поиска утечки газа делятся на качественные и количественные. Методы качественного определения утечки газа определяют лишь сам факт утечки газа без оценки величины. Наиболее распространенными методами качественного определения утечек газа являются:

- одоризация газа – придание ему специфического запаха, помогающего обнаружить присутствие газа даже при очень малых концентрациях.

- определение мест предполагаемой утечки газа из подземного газопровода бурением скважины диаметром 1, 5 – 2, 5 см в грунте на глубину на 10-15 см превышающую глубину залегания газопровода.

- применение различных газовых анализаторов и индикаторов;

Методы количественного определения утечек газа предусматривают измерения количества газа, проникающего в окружающее пространство через неплотности на проверяемом участке газопровода с помощью газовых счетчиков или по перепаду давления газа до и после места утечки на трубопроводе.

Сложность поиска утечки газа из подземного газопровода обусловлена недоступностью его для визуального наблюдения. Это обстоятельство делает невозможным его сложную проверку.

Газ может скапливаться в тех местах, где нет истиной утечки, что затрудняет поиск. Фотометры, ультразвуковые и др. анализаторы.

При использовании приборов «Универсал» и Вармотек для отыскания утечки газа рекомендуется применять пробозаборное устройство – зонд с конусообразным колпаком.

Оператор с включенным прибором перемещается вдоль трасы газопровода. При наличии утечки газ попадает в пробозаборное устройство и поступает в прибор.

При этом наличие следов газа фиксируется визуальной и звуковой сигнализацией. По мере нарастания концентрации газа место утечки определяют по максимальному отклонению стрелки индикаторного прибора.

Все обнаруженные утечки газа на газопроводах следует устранять в аварийном порядке.

Контроль состояния металла трубы

Он осуществляется во всех шурфах, открываемых при проверке плотности и состояния изоляционных покрытий. Для этого трубу очищают от изоляции на дефектном участке и производят осмотр поверхности трубы. При наличии коррозионных повреждений необходимо зафиксировать их расположение на трубе и размеры. Измеряют глубину каверн и т.д. Опыт.

В случае сплошной коррозии поверхности трубы определяют толщину стенки.

По итогам работ готовят отчет с рекомендациями по дальнейшей эксплуатации газопровода.