Защита коммуникаций нефтеперекачивающих станций от воздействия ударных волн на магистральных нефтепроводах

В работе произведены расчеты скорости распространения гидравлической ударной волны в трубопроводе и давления в нефтепроводе при гидравлическом ударе. Проведено исследование выбора параметров системы управления ССВД. Проведён сравнительный анализ известных методов защиты коммуникаций нефтеперекачивающих станций. Произведено моделирование участка нефтепровода при гидравлическом ударе в системе Ansys.

Введение ………………………………………………………………………………………………….. 16
1. Характеристика МН «Александровское – Анжеро-Судженск» ………………. 20
1.1 Краткая характеристика трассы «Александровское – Анжеро-
Судженск» ……………………………………………………………………………………………. 20
1.2 Описание технологической схемы НПС «Молчаново» ……………………… 21
2. Переходные процессы в магистральных нефтепроводах ……………………….. 25
2.1 Гидравлический удар …………………………………………………………………….. 25
2.1.1 Последствия гидравлического удара ……………………………………………… 27
2.2 Технологические процессы в нефтепроводах, вызывающие аварийную
ситуацию ………………………………………………………………………………………………. 28
2.2.1 Остановка насосов на перекачивающих станциях ………………………….. 28
2.2.2 Запуск насосных агрегатов на перекачивающей станции ……………….. 30
2.2.3 Закрытие задвижки. ………………………………………………………………………. 30
2.2.4 Сброс и подкачка нефти на магистральном трубопроводе ……………… 31
2.2.5 Заполнение самотечного участка. ………………………………………………….. 32
2.2.6 Отраженные волны ……………………………………………………………………….. 33
2.3 Обзор и анализ средств защиты магистральных нефтепроводов от волн
пониженного и повышения давления …………………………………………………….. 34
2.3.1 Уравнительный резервуар. ……………………………………………………………. 34
2.3.2 Воздушный колпак ……………………………………………………………………….. 36
2.3.3 Частотные преобразователи ………………………………………………………….. 38
2.3.4 Обратный клапан ………………………………………………………………………….. 39
2.3.5 Мембраны предохранительные разрывные ……………………………………. 40
2.3.6 Предохранительные клапаны пружинного типа …………………………….. 42
2.3.7 Предохранительные клапаны с пилотным управлением…………………. 46
2.3.8 Система автоматического регулирования давления ……………………….. 48
2.3.9 Быстродействующие клапаны с регулируемым приводом ……………… 49
3. Система сглаживания волн давления …………………………………………………….. 51
3.1 Назначение ССВД ……………………………………………………………………………. 51
3.2 Состав ССВД …………………………………………………………………………………… 53
Защита коммуникаций нефтеперекачивающих станций от
воздействия ударных волн в магистральных
Изм. Лист Ф.И.О. Подпись Дат нефтепроводах
Разраб. Холкин В.С. а Лит. Лист Листов
Руковод. Антропова Н.А. 13 3
Консульт. Содержание НИ ТПУ гр.2БМ6Б
Рук-льООП. Бурков П.В.
3.3 Принцип действия ССВД …………………………………………………………………. 54
3.4 Предохранительные клапаны сглаживания волн ………………………………. 56
давления Danflo …………………………………………………………………………………….. 56
3.5 Предохранительный клапан типа «Флекс-фло». ……………………………….. 59
4. Расчетно-аналитическая часть ………………………………………………………………. 61
4.1 Скорость распространения гидравлической ударной волны в
трубопроводе ………………………………………………………………………………………… 61
4.2 Уравнения, описывающие работу ССВД ………………………………………….. 66
4.3 Исследование выбора параметров системы управления ССВД …………. 69
5. Исследование напряженно-деформированного состояния участка
нефтепровода в программном комплексе Ansys ………………………………………… 86
5.1 Создание расчетной модели нефтепровода. ……………………………………… 86
5.2 Моделирование участка нефтепровода с рабочим давлением……………. 89
5.3 Моделирование участка нефтепровода при гидравлическом ударе …… 91
5.4 Моделирование участка нефтепровода при гидравлическом ударе,
оборудованном системой сглаживания волн давления …………………………… 92
5.5 Результаты расчета модели нефтепровода………………………………………… 93
в программном комплексе Ansys. ………………………………………………………….. 93
6. Оценка экономических затрат при проведении работ по ликвидации
последствий гидравлического удара …………………………………………………………. 95
6.1 Оценка готовности проекта к коммерциализации …………………………….. 95
6.2 План проекта …………………………………………………………………………………… 98
6.3 Бюджет научного исследования ……………………………………………………… 102
6.4 Расчет затрат на проведение работ …………………………………………………. 103
6.5 Организационная структура проекта ………………………………………………. 110
6.6 Определение финансовой, ресурсосберегающей , бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования ………………… 113
7. Социальная ответственность при защите коммуникаций
нефтеперекачивающей станции от воздействия ударной волны ………………. 116
7.1 Производственная безопасность …………………………………………………….. 117
7.1.1 Анализ вредных производственных факторов и обоснование
мероприятий по их устранению …………………………………………………………… 118
7.1.2 Анализ опасных производственных факторов и обоснование
мероприятий по их устранению …………………………………………………………… 124
7.2 Экологическая безопасность ………………………………………………………….. 127

Лист
Содержание 14
Изм. Лист № докум. Подпись Дат
а
7.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ……………………………………….. 128
7.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности …. 131
Заключение ……………………………………………………………………………………………. 132
Список использованных источников ……………………………………………………. 134
Приложение А …………………………………………………………………………………….. 140
Приложение Б……………………………………………………………………………………… 141

Лист
Содержание 15
Изм. Лист № докум. Подпись Дат
а

Анализ исследований в области защиты нефтепроводов от повышения
давления показал, что из основных средств защиты магистральных
нефтепроводов от волн давления наиболее эффективным способом является
система сглаживания волн давления, срабатывающая при повышении
давления в магистральном нефтепроводе на 0,1 – 0,3 МПа и обеспечивающая
плавный рост давления со скоростью 0,01 – 0,03 Мпа/c.
Определена скорость распространения гидравлической ударной волны
в магистральном нефтепроводе «Александровское – Анжеро – Судженск», а
также ударное давление при гидравлическом ударе в случае остановки НПС
«Молчаново».
Был исследован выбор основных параметров управления ССВД,
влияние параметров системы управления ССВД на режим работы всей
системы в целом. Выяснили, что чем больше значение коэффициента расхода
дросселя, тем быстрее происходит увеличение давления в газовом
аккумуляторе, а следовательно, сбросной клапан быстрее перекрывается и
прекращается сброс нефти в емкость. Настройку ССВД можно осуществлять
на математической модели, при этом необходимо изменять безразмерный
критерий а, в который входят основные параметры управления ССВД. Если
настроечные параметры сбросного клапана выбраны неверно, то велика
вероятность того, что ССВД не сработает при повышении давления и
произойдет разрушение нефтепровода или сработает, но будет происходить
чрезмерный сброс нефти в емкость.
Моделирование участка нефтепровода в системе Ansys показало, что
эквивалентные напряжения при гидравлическом ударе, действующие на
стенки магистрального нефтепровода, превышают аналогичные напряжения

Защита коммуникаций нефтеперекачивающих станций от
воздействия ударных волн в магистральных
Изм. Лист Ф.И.О. Подпись Дат нефтепроводах
Разраб. Холкин В.С. а Лит. Лист Листов
Руковод. Антропова Н.А. 132 2
Консульт. Заключение НИ ТПУ гр.2БМ6Б
Рук-льООП. Бурков П.В.
при рабочем давлении на 30,81%, что способствует повышению усталостной
прочности трубопровода. При возникновении гидравлического удара в
магистральном нефтепроводе, оборудованном ССВД максимальные
эквивалентные напряжения незначительны по сравнению с аналогичными
напряжениями при рабочем давлении на стенки трубопровода, что
уменьшает возможность возникновения усталостных напряжений металла.

Лист

Изм. Лист № докум. Подпись Дат
Заключение 133
а