Наземные транспортно-технологические комплексы для трубопроводных транспортных систем
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Трубопроводный транспорт
Издательство:
Инфра-Инженерия
Автор:
Шеховцов Виктор Викторович
Год издания: 2023
Кол-во страниц: 768
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-9729-1251-3
Артикул: 814967.01.99
Представлены основные сведения о нефти и ее роли в мировом хозяйстве. Рассмотрены основные и вспомогательные сооружения магистральных трубопроводов, специальные машины для трубопроводного транспорта. Показаны способы прокладки трубопроводов. Для студентов нефтегазовых направлений подготовки, а также для широкого круга инженерно-технических работников нефтяной и газовой промышленности.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 21.03.01: Нефтегазовое дело
- ВО - Специалитет
- 21.05.04: Горное дело
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
В. В. Шеховцов НАЗЕМНЫЕ ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ ДЛЯ ТРУБОПРОВОДНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ Учебное пособие Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023 1
УДК 621.644.07 ББК 39.77 Ш54 Рецензенты: заведующий кафедрой эксплуатации и технического сервиса машин в АПК ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный аграрный университет» доктор технических наук Гапич Дмитрий Сергеевич; профессор кафедры технической эксплуатации и ремонта автомобилей ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный технический университет» доктор технических наук Ляшенко Михаил Вольфредович Шеховцов, В. В. Ш54 Наземные транспортно-технологические комплексы для трубопроводных транспортных систем : учебное пособие / В. В. Шеховцов. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. – 768 с. : ил., табл. ISBN 978-5-9729-1251-3 Представлены основные сведения о нефти и ее роли в мировом хозяйстве. Рассмотрены основные и вспомогательные сооружения магистральных трубопроводов, специальные машины для трубопроводного транспорта. Показаны способы прокладки трубопроводов. Для студентов нефтегазовых направлений подготовки, а также для широкого круга инженерно-технических работников нефтяной и газовой промышленности. УДК 621.644.07 ББК 39.77 ISBN 978-5-9729-1251-3 © Шеховцов В. В., 2023 © ВолгГТУ, 2023 © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023 © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023 2
ОГЛАВЛЕНИЕ РАЗДЕЛ 1. НЕФТЬ И ГАЗ В МИРОВОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ ОСНОВНЫЕ СООРУЖЕНИЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ СООРУЖЕНИЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ .................................................................................................. 9 1. РОЛЬ НЕФТИ И ГАЗА В МИРОВОМ И РОССИЙСКОМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХОЗЯЙСТВАХ..................................................................... 9 1.1. Ограниченность запасов мировых ископаемых энергоресурсов .................. 9 1.2. Мировая добыча нефти .................................................................................... 11 1.3. Запасы и добыча ............................................................................................... 15 1.4. Нефтегазовые бассейны ................................................................................... 16 1.5. Распределение запасов нефти по миру ......................................................... 16 1.6. Основные месторождения нефти ................................................................... 16 1.7. Рост потребления нефти ................................................................................. 18 1.8. Мировая добыча газа ....................................................................................... 18 1.9. Рост потребления газа ...................................................................................... 20 1.10. Нефть и газ в экономике России ................................................................... 20 2. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О НЕФТИ ............................................................... 22 2.1. Исторические сведения о нефти ..................................................................... 23 2.2. Физические свойства нефти ............................................................................ 24 2.3. Химический состав нефти ............................................................................... 25 2.4. Классификация нефти по углеводородному составу ................................... 26 2.5. Нефтеносные породы и скопления нефти ..................................................... 26 2.6. Миграция (перемещение) нефти ..................................................................... 28 2.7. Разведка новых месторождений ..................................................................... 28 3. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИРОДНОМ ГАЗЕ ......................................... 30 3.1. Химический состав ........................................................................................... 30 3.2. Физические свойства ........................................................................................ 30 3.3. Месторождения природного газа ................................................................... 30 3.4. Добыча и транспортировка ............................................................................. 31 4. КАТЕГОРИИ ЗАПАСОВ НЕФТИ И ГАЗА ..................................................... 35 4.1. Общие понятия ................................................................................................. 35 4.2. Запасы категории А .......................................................................................... 35 4.3. Запасы категории В .......................................................................................... 36 4.4. Запасы категории С1 ......................................................................................... 36 4.5. Запасы категории С2 ......................................................................................... 37 4.6. Запасы категории С3 ......................................................................................... 37 4.7. Запасы категории D1 ........................................................................................ 38 4.8. Запасы категории D2 ........................................................................................ 38 5. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТА ............................................................... 39 6. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ ЭКСПОРТА ЭНЕРГОРЕСУРСОВ НЕФТИ И ГАЗА В РОССИИ ...................... 43 3
6.1. Истощение известных месторождений и необходимость поиска новых ........................................................................................................................ 43 6.2. Углеводородный потенциал Западно-Арктического шельфа ..................... 45 6.3. Углеводородный потенциал шельфа Восточной Арктики и дальневосточных морей ....................................................................................... 50 6.4. Углеводородный потенциал Каспия .............................................................. 52 7. РЫНОЧНЫЕ АСПЕКТЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРУБОПРОВОДОВ ............. 54 8. НОВЫЕ ГАЗОТРАНСПОРТНЫЕ СИСТЕМЫ РОССИИ .............................. 58 9. КЛАССИФИКАЦИЯ, СХЕМА, СОСТАВ И ХАРАКТЕРИСТИКА СООРУЖЕНИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ .............................. 73 9.1. Классификация трубопроводов ...................................................................... 73 9.2. Схема и состав сооружений магистрального трубопровода ....................... 73 9.2.1. Линейные сооружения трубопроводов ................................................... 76 9.2.1.1. Способы изготовления труб .............................................................. 79 9.2.1.2. Продукция российских трубных заводов ........................................ 89 9.2.1.3. Трубная продукция XXI века ............................................................ 94 10. ТРУБОПРОВОДНАЯ АРМАТУРА ................................................................ 98 10.1. Краны ............................................................................................................... 98 10.2. Клапаны ......................................................................................................... 100 10.3. Задвижки ....................................................................................................... 101 10.4. Заслонки ........................................................................................................ 104 10.5. Регуляторы давления ................................................................................... 104 10.6. Предохранительные клапаны ...................................................................... 106 11. БАЛЛАСТИРОВАНИЕ ТРУБОПРОВОДОВ ............................................... 107 11.1. Бетонные утяжелители ................................................................................ 108 11.1.1. Утяжелители УТК ................................................................................. 108 11.1.2. Утяжелители УБО ................................................................................. 109 11.1.3. Утяжелители УБКм ............................................................................... 111 11.1.4. Утяжелители УБП ................................................................................. 113 11.1.5. Утяжелители КТ .................................................................................... 113 11.2. Чугунные утяжелители ................................................................................ 115 11.3. Полимерно-контейнерные устройства ....................................................... 117 11.4. Обетонирование труб ................................................................................... 120 11.5. Расчеты по балластировке ........................................................................... 120 11.5.1. Балластировка газопроводов железобетонными утяжелителями. Обетонирование труб ........................................................................................ 121 11.5.2. Рекомендации по балластировке газопроводов ................................. 123 12. ОЧИСТКА И ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ВНУТРЕННЕЙ ПОЛОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ .............................................................................................. 125 12.1. Цели, виды очистки, концевые устройства ............................................... 125 12.2. Очистные устройства ................................................................................... 127 12.3. Диагностирование линейной части газонефтепроводов .......................... 135 13. ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ МАГИСТРАЛЬНОГО НЕФТЕПРОВОДА ................................................................................................ 145 13.1. Нефтеперекачивающие станции ................................................................. 145 4
13.1.1. Классификация и состав перекачивающих станций ......................... 145 13.1.2. Достоинства и недостатки насосных агрегатов ................................. 146 13.1.3. Магистральные насосы ......................................................................... 147 13.1.4. Подпорные насосы ................................................................................ 152 13.2. Подготовка нефти к транспортировке по трубам ..................................... 154 13.2.1. Необходимость подготовки ................................................................. 154 13.2.2. Образование нефтяных эмульсий и их основные свойства .............. 155 13.2.3. Основные способы отделения воды от нефти .................................... 156 13.2.3.1. Механическое обезвоживание нефти ........................................... 156 13.2.3.2. Термическое обезвоживание нефти ............................................. 157 13.2.3.3. Химическое обезвоживание нефти .............................................. 157 13.2.3.4. Теплохимическое деэмульгирование ........................................... 158 13.2.3.5. Электрическое обезвоживание и обессоливание нефти ............ 158 13.2.3.6. Стабилизация нефти ...................................................................... 159 13.2.4. Отделение газа от нефти ....................................................................... 159 13.2.5. Теплообменные аппараты .................................................................... 162 13.2.5.1. Теплообменные кожухотрубчатые аппараты .............................. 163 13.2.5.2. Теплообменники типа «труба в трубе» ........................................ 165 13.2.5.3. Подогреватели с промежуточным теплоносителем ................... 166 13.2.6. Комплексная подготовка нефти ........................................................... 173 14. ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА .................................................................................................... 180 14.1. Газотранспортная система России ............................................................. 180 14.2. Компрессорные станции .............................................................................. 181 14.3. Газоперекачивающие агрегаты ................................................................... 185 14.3.1. Принцип работы газотурбинного двигателя ...................................... 192 14.3.2. Устройство ГПА .................................................................................... 195 14.4. Подготовка газа к транспортировке ........................................................... 202 14.4.1. Необходимость подготовки ................................................................. 202 14.4.2. Основные способы очистки газа ......................................................... 203 14.4.2.1. Очистка от механических примесей. Пылеуловители ............... 203 14.4.2.2. Предупреждение образования гидратов. Охлаждение газа ....... 213 14.4.2.3. Осушка газа ..................................................................................... 216 14.4.2.4. Очистка газа от сероводорода и углекислого газа ...................... 221 14.4.2.5. Одоризация газа ............................................................................. 223 14.5. Подземное хранение газа ............................................................................. 224 14.5.1. Сезонная и суточная неравномерность потребления газа ................ 224 14.5.2. Подземные хранилища газа .................................................................. 225 14.6. Хранение газа в газгольдерах ...................................................................... 231 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ И РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ...................................................................................................... 235 5
РАЗДЕЛ II ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ. МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОКЛАДКИ ТРУБОПРОВОДОВ ............................................................................................. 240 1. СПЕЦИАЛЬНЫЕ МАШИНЫ ДЛЯ ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТА ....................................................................................................... 240 1.1. Машины для транспортировки труб и плетей ............................................ 240 1.1.1. Трубовозы ................................................................................................ 240 1.1.2. Плетевозы ................................................................................................. 244 1.1.2.1. Саморазгружающиеся плетевозы ................................................... 245 2. ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА ВЫСОКОЙ ПРОХОДИМОСТИ ......................................................................... 249 2.1. Назначение ...................................................................................................... 249 2.2. Снегоболотоходы с гусеничным движителем ............................................. 249 2.3. Лыжно-гусеничные снегоходы ..................................................................... 279 2.4. Вездеходы с колесным движителем ............................................................. 280 3. МАШИНЫ ДЛЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ РАБОТ ..................................... 292 3.1. Кусторезы ........................................................................................................ 292 3.2. Мульчеры ........................................................................................................ 299 3.3. Корчеватели .................................................................................................... 303 4. БУЛЬДОЗЕРЫ .................................................................................................. 315 4.1. Основные сведения ........................................................................................ 315 4.2. Расчет основных параметров бульдозера .................................................... 317 4.3. Особенности конструкций и технические данные ряда отечественных бульдозеров ................................................................................. 320 4.4. Конструктивные особенности и технические характеристики ряда зарубежных бульдозеров ..................................................................................... 339 4.4.1. Бульдозеры фирмы Caterpillar ................................................................ 339 4.4.2. Бульдозеры корпорации Komatsu .......................................................... 351 4.4.3. Бульдозеры компании Shantui ................................................................ 358 4.4.4. Бульдозеры компании SHEHWA ........................................................... 364 4.4.5. Бульдозеры компании ZOOMLION ...................................................... 368 5. РЫХЛИТЕЛИ ................................................................................................... 375 5.1. Общие сведения .............................................................................................. 375 5.2. Расчет основных параметров рыхлителя ..................................................... 377 6. ЭКСКАВАТОРЫ ЦИКЛИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ...................................... 378 6.1. Основные традиционные способы прокладки трубопроводов ................. 378 6.2. Земляные работы при традиционных способах прокладки ....................... 380 6.3. Общие сведения об условиях эксплуатации машин для трубопроводного транспорта в России ........................................................ 381 6.4. Экскаваторы циклического действия .......................................................... 385 6.4.1. Общие сведения ....................................................................................... 385 6.4.2. Расчет экскаватора циклического действия ........................................ 399 6.4.2.1. Расчет параметров ковша ................................................................ 399 6
6.4.2.2. Определение максимальной нагрузки на рабочее оборудование ................................................................................................. 402 6.4.2.3. Определение основных параметров экскаватора ......................... 403 6.4.2.4. Определение производительности экскаватора ............................ 405 6.4.2.5. Расчет гидромеханизма поворота ковша ....................................... 406 6.4.2.6. Расчет гидромеханизма поворота рукояти .................................... 408 6.4.2.7. Расчет гидромеханизма подъема стрелы ...................................... 412 6.4.2.8. Расчет механизма поворота платформы ........................................ 414 6.4.2.9. Расчет механизма передвижения экскаватора .............................. 417 6.4.2.10. Статический расчет экскаватора .................................................. 420 6.4.2.11. Расчет металлоконструкций рабочего оборудования на прочность .................................................................................................. 422 6.4.3. Экскаваторы циклического действия российского производства ..... 423 6.4.4. Экскаваторы циклического действия зарубежных производителей .................................................................................................. 446 6.4.4.1. Экскаваторы Caterpillar ................................................................... 446 6.4.4.2. Экскаваторы JCB .............................................................................. 463 6.4.4.3. Экскаваторы CASE .......................................................................... 471 6.4.4.4. Экскаваторы Komatsu ...................................................................... 487 6.4.4.5. Экскаваторы Volvo ........................................................................... 500 6.4.4.6. Экскаваторы Hitachi ......................................................................... 512 6.4.4.7. Экскаваторы Hyundai ....................................................................... 526 6.4.4.8. Экскаваторы New Holland ............................................................... 538 6.4.4.9. Экскаваторы Liebherr ....................................................................... 547 6.4.4.10. Экскаваторы Doosan ...................................................................... 561 7. ЭКСКАВАТОРЫ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ ....................................... 574 7.1. Роторные траншейные экскаваторы ............................................................. 574 7.2. Цепные траншейные экскаваторы ................................................................ 586 7.3. Требования к современным конструкциям траншейных экскаваторов ........................................................................................................... 590 7.4. Расчет экскаваторов непрерывного действия ............................................ 593 7.4.1. Производительность экскаваторов непрерывного действия .................. 593 7.4.2. Баланс мощности экскаваторов непрерывного действия ....................... 596 7.5. Цепные траншейные экскаваторы российского производства ................. 599 7.6. Цепные траншейные экскаваторы производства Беларуси ....................... 604 7.7. Траншейные экскаваторы зарубежных фирм ............................................. 610 8. ТРУБОУКЛАДЧИКИ ...................................................................................... 628 8.1. Общие сведения .............................................................................................. 628 8.2. Расчёт трубоукладчика ................................................................................. 631 8.2.1. Расчет основных параметров трубоукладчика ..................................... 631 8.2.2. Оценка эффективности работы МТУ трубоукладчика ....................... 644 8.2.3. Оценка эффективности работы трубоукладчика ................................. 645 8.3. Трубоукладчики российского производства ............................................... 650 8.4. Трубоукладчики зарубежного производства .............................................. 660 8.4.1. Трубоукладчики компании Caterpillar .................................................. 660 7
8.4.2. Трубоукладчики компании Komatsu ..................................................... 664 8.4.3. Трубоукладчики компании Liebherr ...................................................... 669 8.4.4. Трубоукладчики компании Volvo ......................................................... 673 9. БЕСТРАНШЕЙНАЯ ПРОКЛАДКА ТРУБОПРОВОДОВ ........................... 682 9.1. Классификация методов бестраншейной прокладки трубопроводов ....... 682 9.2. Бестраншейная прокладка труб методами прокола .................................... 684 9.2.1. Машины для прокладки труб методом статического прокола ........... 687 9.2.2. Машины для прокладки труб методом вибрационного прокола ....... 690 9.2.3. Машины для бестраншейной прокладки труб методом виброударного прокола .................................................................................... 692 9.2.4. Методика расчета виброударной машины для горизонтального прокола грунтов без учета статически прикладываемой напорной силы ................................................................................................... 697 9.2.5. Машины для виброударного прокола с пневматическим приводом ............................................................................ 700 9.3. Бестраншейная прокладка труб методами продавливания ........................ 708 9.3.1. Машины для прокладки труб методом статического продавливания ................................................................................................... 708 9.3.2. Прокладка труб методом вибрационного продавливания .................. 713 9.3.3. Машины для прокладки труб методом виброударного продавливания ................................................................................................... 714 9.4. Машины для бестраншейной прокладки труб с лидирующей разработкой грунта ............................................................................................... 715 9.4.1. Машины, прокладывающие трубы проталкиванием........................... 715 9.5. Прокладка труб методом бурения ............................................................... 716 9.5.1. Стационарные машины для прокладки труб методом бурения ......... 716 9.5.2. Прокладка труб методом бурения с использованием мобильных машин ............................................................................................. 728 9.5.3. Мобильные машины для прокладки труб методом бурения .............. 730 9.6. Метод микротоннелирования ...................................................................... 738 9.6.1. Микротоннелирование пластиковыми трубами .................................. 738 9.6.2. Микротоннелирование с помощью проходческого щита ................... 742 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ И РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ .... 750 8
РАЗДЕЛ I Нефть и газ в мировой энергетике Основные сооружения магистральных трубопроводов Вспомогательные сооружения магистральных трубопроводов 1. РОЛЬ НЕФТИ И ГАЗА В МИРОВОМ И РОССИЙСКОМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХОЗЯЙСТВАХ 1.1. Ограниченность запасов мировых ископаемых энергоресурсов Известные человечеству с самых древних времен природные ископаемые жидкие и газообразные углеводороды, несмотря на их высокую ценность как сырья для химической промышленности, на протяжении всей истории и по настоящее время используются преимущественно для получения тепловой энергии. Анализ текущего состояния и перспектив мирового энергетического хозяйства свидетельствует о том, что, несмотря на современное разнообразие возможных источников получения энергии (ветрогенерация, солнечные панели, гидрогенерация, атомная генерация и др.), основными ее источниками остаются нефть, природный газ и уголь. При этом особой ценностью обладают нефтяные топлива ввиду удобства их использования для привода транспортных средств. Современная структура мировых запасов ископаемых топлив (в перерасчете на тонну угля) выглядит следующим образом: – каменный и бурый уголь – 64 %; – нефть – 18 %; – газ – 18 %. Мировые запасы угля составляют около одного биллиона тонн. В год добывается свыше 5 млрд тонн (в том числе более 3 млрд тонн – в Китае). Мировое потребление ископаемых топлив составляет свыше 13 млрд тонн условного топлива в год. По данным Statistical review of World Energy, имеет место следующая картина потребления ископаемых топлив: – в Европейском союзе – 1650 млн тонн нефтяного эквивалента (2,5 млрд тонн условного топлива; в том числе 45 % – нефть, 33 % – газ (природный), 8 % – уголь, 14 % – ядерное топливо); – в США – 2800 млн тонн нефтяного эквивалента (3,7 млрд тонн условного топлива; в том числе 40 % – нефть, 30 % – газ (природный), 20 % – уголь, 10 % – ядерное топливо). За последние 20 лет мировое энергопотребление возросло на 30 %. В развитых странах за тот же период сильно изменилась структура потребления – произошло замещение части угля более экологичным газом (это Европа и, прежде всего, Россия, где доля газа в потреблении составляет до 40 %), а также возрастает доля атомной энергии. 9
Природные ископаемые углеводороды относятся к невозобновляемым энергетическим ресурсам. Они неуклонно и со все убыстряющимся темпом истощаются. В соответствии с прогнозами международных экспертов, например, запасов нефти хватит на достаточно ограниченный промежуток времени (табл. 1.1). Таблица 1.1 На сколько лет хватит нефти Страна На сколько лет стране хватит нефти Весь мир 46 Страны ОПЕК 85 Венесуэла 234 Саудовская Аравия 72 Иран 88 Ирак 128 Кувейт 111 ОАЭ 94 Россия 21 Ливия 77 Нигерия 42 США 11 Казахстан 62 Катар 45 Бразилия 18 Китай 10 Ангола 21 Алжир 19 Мексика 11 Азербайджан 21 Норвегия 9 Канада 26 Как вытекает из приведенных выше данных, мировых запасов нефти хватит на 46 лет. В то же время внутри отдельных стран положение с запасами нефти более сложное, а именно, если страны арабского Востока обеспечены нефтью на период около 100 лет и даже больше, то отдельные страны имеют минимальный уровень ресурсной обеспеченности. Так, например, США обеспечены нефтью лишь на период 11 лет (без учета сланцевой нефти), Китай – на 10 лет, Норвегия на 9 лет. Незначительна также обеспеченность собственными запасами нефти существенной части других стран мира (15–20 лет). Но все это касается разведанных запасов. Во все мире постоянно ведутся геологоразведочные работы, и приведенный выше прогноз постоянно меняется. Недостаточно разведаны запасы Арктики, Антарктиды и запасы, расположенные под мировыми океанами. Несколько лучшими представляются перспективы с остаточными запасами газа (табл. 1.2). 10