Основы транспорта, хранения нефти и газа

Серия «Высшее образование»





А.А. Коршак





ОСНОВЫ ТРАНСПОРТА, ХРАНЕНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И ГАЗА

Учебное пособие


Допущено Учебно-методическим, объединением вузов Российской Федерации по нефтегазовому образованию в качестве учебного пособия для студентов образовательных организаций высшего образования, обучающихся по направлению подготовки бакалавриата «Нефтегазовое дело», по представлению Ученого совета Уфимского государственного нефтяного технического университета






Ростов-на-Дону

еникс

2015

УДК 665.6/.7(075.8)
ББК 35.514+39.77я73
КТК 267
      К70



    Рецензенты:
    профессор кафедры «Транспорт углеводородных ресурсов» Тюменского государственного нефтегазового университета, докт. техн, наук, профессор Иванов ВА.;
    главный научный сотрудник ГУП «ИПТЭР» РБ, докт. техн. наук, профессор Азметов ХА.

      Коршак А.А.
К70 Основы транспорта, хранения и переработки нефти и газа : учеб. пособие / А. А. Коршак. — Ростов н/Д : Феникс, 2015. — 365 с. : ил. — (Высшее образование).
    ISBN 978-5-222-24733-4

    В учебном пособии доступно описаны состояние и перспективы развития трубопроводного транспорта нефти и газа, основные объекты и сооружения магистральных нефте-, газо-и нефтепродуктопроводов, трубопроводов для транспортировки твердых и сыпучих материалов, нефтебаз, газохранилищ и автозаправочных станций, порядок проектирования и сооружения трубопроводов и хранилищ. Освещаются вопросы переработки нефти, газов и углеводородного сырья. В отдельном разделе пособия собраны основные понятия и определения, а в приложении приводятся курьезные цитаты из студенческих работ по специальности.
    Книга рассчитана на широкий круг читателей: студентов высших и средних специальных учебных заведений, работников нефтяной и газовой промышленности, а также всех, кто интересуется нефтегазовым делом.

УДК 665.6/.7(075.8)
    ISBN 978-5-222-24733-4        ББК 35.514+39.77я73




                              © Коршак А.А., 2014
                              © ООО «Феникс»: оформление, 2015

        ВВЕДЕНИЕ


   Между добычей и переработкой нефти и газа находится важное звено топливно-энергетического комплекса — магистральные трубопроводы. Они пронизывают страны и континенты, как кровеносная система — организм, только циркулирует в них не кровь, а энергоносители. В книге рассказывается о том, как появились неф-те- и газопроводы, какие объекты и сооружения входят в их состав, как они работают.
   Трубопроводы используются и по другому назначению — по ним транспортируются твердые и сыпучие материалы. В ряде случаев это выгоднее, чем использовать традиционные виды транспорта. Поэтому в книге рассматриваются основы гидро-, пневмо- и капсульного (контейнерного) транспорта таких материалов.
   Наконец, продукты нефтепереработки и природный газ необходимо доставить до потребителей. Для этого служит система их распределения, в которую входят газохранилища, нефтебазы, нефтепродуктопроводы, газораспределительные сети, автозаправочные, газонаполнительные и газораспределительные станции. Общие сведения об их устройстве, применяемом оборудовании, принципах работы также представлены в данной книге.
   Автор выражает благодарность преподавателям Уфимского государственного нефтяного технического университета Ю.М. Абызгильдину, А.И. Гольянову, В.А. Душину, В.В. Зорину за ценные замечания по улучшению содержания книги.
   Замечания и пожелания по улучшению ее содержания можно направлять по адресу: korshak-spb@mail.ru

Глава 1



СПОСОБЫ ТРАНСПОРТИРОВКИ НЕФТИ, НЕФТЕПРОДУКТОВ И ГАЗА


1.1. Краткая история развития способов транспорта энергоносителей
   Для транспортировки нефти, нефтепродуктов и газа применялись гужевой, водный, железнодорожный и трубопроводный транспорт.
   Гужевой транспорт. Древнейшим способом транспортировки грузов (в том числе и нефти) является гужевой. Знаменитый путешественник XII в. Марко Поло, описывая нефтяные источники на землях, граничащих с Каспийским морем, писал: «Сотни верблюдов можно нагрузить тем маслом (А.К.: нефтью), которое добывается на грузинской границе, издалека за этим маслом приезжают и по всей стране его жгут».
   В XV в. Абдар Бакуви писал, что нефтью, добываемой за сутки на бакинских промыслах, можно загрузить более 200 мулов.
   Английский торговый агент Джеффри Дюкет, побывавший в Азербайджане в XVI в., писал, что «добываемое в окрестностях Баку черное масло, называемое «нафта», привозят на мулах и ослах караванами по 400-500 за раз».
   Во времена царствования Бориса Годунова (15981605 гг.) нефть привозили в Москву из Печорских лесов с реки Ухты в бочках.
   По сведениям немецкого путешественника, врача и ученого Энгельберта Кемпфера, в 1683 г. нефть с Апшеронского полуострова вывозили в Иран, Среднюю Азию, Дагестан и Черкесию на вьючных животных.
   В описи, составленной в 1723 г. в Баку, говорится: «Оную нефть для продажи с поля и с колодезей к городу

Глава 1. Способы транспортировки нефти, нефтепродуктов и газа

5

в анбары (А.К.: амбары) возят на наемных верблюдах, и на каждого верблюда кладется нефти по 150 батманов» (А.К.: это 4,9 т, что нереально).
   В 1795 г. английский полковник М. Саймс, побывавший в Верхней Бирме, писал: «когда наступил вечер, мы встретили несколько телег; телеги имели длину, непропорциональную ширине, и были наполнены глиняными сосудами с нефтью. Мы удивлены были, что такое вещество, как нефть, перевозится указанным способом по плохой дороге без опасения растерять ее в пути. Каждый сосуд был упакован в отдельную корзину и положен на солому; однако, несмотря на эти предосторожности, весь путь был усыпан обломками сосудов и залит нефтью, так как каждый раз при перевозке разбивалось обыкновенно несколько сосудов».
   Первая партия американской нефти, добытой в районе Ойл Крик, была отправлена неким господином Кэри в Питтсбург в двух бочонках объемом около 23 л каждый, перекинутых через спину лошади. И впоследствии нефть доставлялась к ближайшим железнодорожным станциям (на расстояние 30-40 км) в деревянных бочках гужевым транспортом. В дождливую погоду упряжка могла везти 5-7 бочек.
   В 70-е гг. XIX в. в районе Баку на смену бурдюкам пришли особые бочки овальной формы вместительностью около 60 кг; их грузили на каждого верблюда по две.
   В 1887 г. в Бирме добытой нефтью заполняли сосуды вместимостью 16,6 кг; «12 или 13 таких кувшинов составляли груз одной телеги».
   Нефть, добывавшаяся в Персии на месторождении Кенд и Шидин в начале XX в., перевозилась на мулах в Каср-и-Ширин.
   В зимнее время гужевую перевозку нефти и нефтепродуктов осуществляли в санях. Так поступали в России, Дании и других странах.
   Водный транспорт. Археологи установили, что несколько тысяч лет назад на берегу р. Евфрат в Иди

Основы транспорта, хранения и переработки нефти и газа

Рис. 1.1. Древнее нефтеналивное «судно»

(Месопотамия) существовал древний нефтяной промысел. Его продукция переправлялась вниз по Евфрату в специальных наливных сосудах, вмещавших до 5 т нефти (рис. 1.1).
   Согласно историческим хроникам, в 637 г., во время осады Константинополя арабами, впервые был применен так называемый «греческий огонь» — самовоспламеняющаяся горючая смесь на основе нефти. Утверждают, что ее доставляли, в частности, из северного Причерноморья. Кроме как водным транспортом (в амфорах, например) сделать этого было нельзя.
   В 1719 г. Петр I направил для «описи» берегов Каспийского моря экспедицию под руководством капитан-лейтенанта К.П. Вердена. Тот докладывал царю: «Баку обведен тремя стенами из белого песчаного камня... Перед городом заметили множество торговых судов, которые брали там нефть для развозки ее по разным персидским гава

Глава 1. Способы транспортировки нефти, нефтепродуктов и газа

7

ням. Торг этими земляными маслами там очень значителен, потому что требование на него весьма велико».
   Описывая в 1720 г. торговые суда, находившиеся в бакинской гавани, Ф.Ф. Саймонов отмечал, что груз их в основном состоял из нефти. На некоторых из них находилось около 1000 тулуков (емкость вместимостью 17,6 кг) с нефтью.
   Как «персы грузят нефть, наливая в свои ветхие лодки» в 1747 г. наблюдал в Баку англичанин Д. Ганвей.
   В ведомости прибытия и отправления торговых судов, составленной в этом городе в 1786 г., отмечено, что 15 декабря 1785 г. в Баку из Энзели прибыла шхуна астраханского купца Ивана Петрова. 22 марта 1786 г. это судно, уже нагруженное нефтью, отправилось в Дербент.
   Во второй четверти XIX в. туркмены ежегодно вывозили на лодках в Персию около 655 т нефти. В 1835 г. с острова Челекен ее было вывезено больше, чем из Баку — признанного центра нефтедобычи того времени.
   В 1887 г. англичанин Робертсон сообщал, что в Турции «большой флот судов был нагружен нефтью, и объемистые глиняные сосуды с ней покрывали берег на большом протяжении... Устье реки было загружено большими лодками, ожидавшими нефтяной груз, и пирамиды из кувшинов, которые готовились тут же вблизи, располагались подобно пирамиде ядер или гранат в арсенале. На берегу виднелись тысячи кувшинов, наполненных нефтью».
   17 октября 1895 г. в газете «Санкт-Петербургские ведомости» была опубликована заметка следующего содержания: «В Сальском округе, близ станицы Великокняжеской, в области войска Донского, при проведении железной дороги. найдены в земле 16 кувшинов древней формы с острым дном и небольшим горлышком. Кувшины оказались наполненными каким-то черным смолистым веществом. по определению управляющего областной аптекою жидкость оказалась асфальтовым лаком с примесью небольшого количества дегтя каменного

Основы транспорта, хранения и переработки нефти и газа

угля. Какое назначение имели эти кувшины, пока не определено».
   Впоследствии было установлено, что найденные амфоры относятся к IX-X вв. и изготовлены в Причерноморье. Детальный анализ их содержимого современными методами показал, что в амфорах находится сильно окисленная и выветренная нефть, близкая по своим первоначальным свойствам к нефтям Керченского полуострова.
   Полагают, что эти амфоры с нефтью купцы везли водным путем по Азовскому морю и Дону, направляясь в столицу Хазарского царства — город Итиль, расположенный в месте впадения Волги в Каспийское море...
   Пользуясь тем, что Нефтяной район в США пересекает река Ойл Крик, впадающая в более крупную реку Ал-легани, американские нефтяники сплавляли нефть водою: груженые бочками баржи сновали вверх и вниз по течению. Иногда бочки с нефтью транспортировали на плотах.
   Однако порою «когда нефть была фонтаном, и ее едва успевали собирать в бочки, то не заботились и о сколачивании плотов: бочки с нефтью прямо бросали в реку, и этим первобытным способом ближайшие рафинировочные (А.К.: нефтеперегонные) заводы получали свой сырой материал».
   Взору современника часто представала следующая картина: «Вниз по реке плывут плоскодонные баржи с бочками масла, мелочным товаром и иногда пассажирами; две или три лошади, запряженные в ряд, идут по середине реки и тянут подобные баржи против течения».
   Проблему доставки нефти с промыслов Калифорнии (США) на нефтеперерабатывающие заводы во второй половине XIX в. также решали с помощью водного транспорта. По мелководным рекам ее можно было доставить только на плотах. Одно время пытались повысить уровень этих рек с помощью горных источников. Для этого их воды собирались в специальном водохранилище и один-

Глава 1. Способы транспортировки нефти, нефтепродуктов и газа

9

два раза в неделю направлялись в мелководную речку. Тогда вниз по течению пускались целые караваны барж, число которых доходило до 500, а количество перевозимой нефти — до 5560 т.
   Первый нефтяной груз был отправлен из США в Европу на парусном судне Elizabeth Watts в 1861 г.: на нем в бочках перевезли 224 т керосина.
   При транспортировке нефти в бочках потери нефти доходили порой до 30%. Кроме того, стоимость бочек была высокой: в Баку она превышала стоимость содержимого в 3 раза и более.
   Неудобства, связанные с транспортировкой бочек, попытались устранить путем размещения резервуаров на судах. Первым плавсредством, оснащенным металлическими резервуарами и предназначенным для перевозок нефти, было деревянное судно «Чарльз» (по другим данным — «Шарль»), которое курсировало между США и Европой с 1869 по 1872 гг. Вместимость судна составляла 794 т, и оно было оснащено 59 резервуарами, размещенными в два ряда в трюме и на промежуточных палубах. Между собой резервуары связаны не были.
   В нашей стране считается, что наливную перевозку нефтегрузов непосредственно в трюме впервые применили братья Николай и Дмитрий Артемьевы. Сами они вспоминали: «Занимаясь перевозкой нефти с 1866 г. и видя... неудобства в перевозке такого важного и полезного. продукта, мы попытались приложить к этому делу такой тип судна, в котором нефть могла бы перевозиться без помощи бочек, сберегая при том время и давая возможность брать больше, чем прежде, количества груза. В виду этой цели мы в 1873 г. переделали кусовую лодку «Александр». для налива нефти, устроив в ней ларь, в который нефть наливалась и выгружалась с помощью ручного насоса, что немедленно отразилось в скорости выгрузки и загрузки и дало возможность за неимением нефти грузить в судно другого рода материалы, например, лес. Этот первый опыт, навлекший на нас насмешки других

Основы транспорта, хранения и переработки нефти и газа

промышленников, дал блестящие результаты: в то время когда прочие суда, грузившиеся старым способом, делали в навигацию 6 рейсов, лодка «Александр» совершила их 8, причем первые, выгрузив на девяти футах (А.К.: имеется в виду рейд с глубиной воды около 2,7 м) нефтяные остатки, другого груза, кроме порожних бочек, не могли взять, тогда как последняя, выгрузившись и приведя ларь в должную чистоту, тот час же грузилась лесом и шла обратным рейсом уже не пустою».
   Получив значительную выгоду от наливной перевозки нефти с использованием судна «Александр», братья Н. и Д. Артемьевы переделали под транспортировку наливом и другие свои суда: «Россия» (водоизмещением 13500 пудов), «Змея» (7500 пудов) «Север» (14 100 пудов), «Союз» (15 400 пудов), «Елизавета» (7800 пудов), «Опыт» (32 150 пудов), «Волга» (20 000 пудов) и «Два брата» (15 000 пудов). В них также были устроены грузовые трюмы «с косыми боковыми воздушными ящиками» (пространство между вертикальными стенками трюмов и корпусом судов).
   Практика показала, что после промывки трюмов водой с поташом, их проветривания и устройства настила из досок, камыша или соломы нефтеналивное судно могло успешно транспортировать не только лес, но также муку и другие товары.
   Далее братья Артемьевы пишут: «Ввиду благоприятных результатов в переделке морских судов для налива нефти, мы в том же 1873 г. для доставления нефтяных остатков с 9-футового рейда в Царицыне построили речную баржу наливной же системы, а в 1877 г. подобная же баржа была отправлена нами до Нижнего Новгорода. С того времени нефть изобретенным нами способом перевозится по всем приволжским городам России, не исключая Санкт-Петербурга».
   Видя положительные результаты, которые дает наливная перевозка, примеру братьев Артемьевых последовали не только частные судовладельцы, но и пароход