11.Способы транспортировки нефти, нефтепродуктов и газа

11.1.Краткая история развития способов транспорта энергоносителей

17 октября 1895 г. в газете «Санкт-Петербургские ведомо­ сти» была опубликована краткая заметка следующего содержания. «В Сальском округе, близ станицы Великокняжеской в области войска Донского, при проведении железной дороги... найдены в земли 16 кувши­ нов древней формы, с острым дном и небольшим горлышком... Кувшины оказались наполненными каким-то черным смолистым веществом... По определению управляющего областною аптекою жидкость оказалась ас­ фальтовым лаком, с примесью небольшого количества дегтя каменного угля. Какое назначение имели эти кувшины пока не определено».

Впоследствии было установлено, что найденные амфоры относятся к IX —X векам и изготовлены в Причерноморье. А детальный анализ их содержимого современными методами показал, что в амфорах находится сильно окисленная и выветренная нефть, близкая по своим первоначаль­ ным свойствам к нефтям Керченского полуострова.

Как же заполненные нефтью амфоры попали с берегов Черного моря в далекие Сальские степи? Предполагается, что купцы провез­ ли их водным путем по Азовскому морю и Дону, направляясь в столи­ цу Хазарского царства—город Итиль, расположенный в месте впадения Волги в Каспийское море. При неизвестных нам обстоятельствах они по­ гибли, а амфоры занесло землей и они пролежали там тысячу лет. За эти годы бензиновые фракции испарились и в сосудах осталась только вяз­ кая битумоподобная масса, что когда-то и сбило с толку управляющего областной аптекой.

Нефть издавна транспортировали от мест добычи к местам потребления. Археологи установили, что за 6000 лет до н. э. на берегу Евфрата в Иди существовал древний нефтяной промысел. Добытая нефть, в частности, пе-

реправлялась вниз по Евфрату к городу Ур и применялась в строительном деле. Для перевозки нефти но реке строились специальные наливные сосу­ ды (рис. 11.1). Грузоподъемность этих древних «танкеров» достигала 5 т.

Издавна нефть хранили и перевозили в специальных сосудах. Так, нефть с территории бывшего Тмутараканского княжества Киевской Руси (Таманский полуостров) вывозилась византийскими кораблями в амфо­ рах. Именно таманская нефть использовалась византийцами для изготов­ ления их грозного боевого оружия—«греческого огня».

После разорения Константинополя крестоносцами и последующ е­ го крушения Византийской империи спрос на нефть упал и тмутараканские промыслы были надолго забыты. Позднее основным поставщиком нефти стал район Баку. Перевозили ее на верблюдах или арбах в кожа­ ных мешках (бурдюках) в различные районы —в Шемаху, Гилян и даже в Западную Европу.

Во времена царствования Бориса Годунова (1598...1605 гг.) нефть при­ возили в Москву из Печорских лесов с реки Ухты в бочках. Бочки раз-

личного размера длительное время служили емкостями для перевозимой нефти на трактах и на водных путях как в нашей стране, так и за рубежом.

Первая в России инструкция о правилах перевозки нефти на судах по Каспию и Волге была утверждена Петром I в 1725 г. Использовались для этих целей сухогрузы — гребные, парусные и паровые суда, на ко­ торые нефть грузилась в амфорах или бочках. Первые нефтеналивные суда, отличающиеся тем, что в их трюме размещались специальные ем­ кости для налива нефти, появились в конце XIX века, когда на нее рез­ ко возрос спрос. В 1873 г. братья Артемьевы приспособили под налив нефти деревянную парусную шхуну «Александр». А первым в мире ме­ таллическим нефтеналивным судном стал пароход «Зороастр», постро­ енный в 1878 г. по русскому проекту на шведской верфи. Для обеспече­ ния пожарной безопасности его грузовые трюмы (танки) были отделены от машинного отделения двойной перегородкой, внутрь которой залива­ лась вода. Пароход «Зороастр» грузоподъемностью 250 т, ходивший по Каспийскому морю, стал первым в мире танкером. В 1882 г. российскими инженерами был создан танкер «Спаситель», машинное отделение кото­ рого впервые в мировой практике было вынесено на корму—так, как это делается теперь у современных танкеров.

Большую роль в развитии отечественного нефтеналивного флота сыг­ рал выдающийся русский инженер В. Г. Шухов. Под его руководством в Саратове были построены первые речные нефтеналивные баржи рус­ ского проекта. Впервые в мире они собирались из отдельных секций, что позволило сократить сроки спуска барж со стапелей.

Ж елезнодорожную цистерну придумали американцы. К началу неф­ тяной лихорадки территория США уже была покрыта сетью железных дорог. Поэтому вполне естественно, что эта сеть стала использоваться для транспортирования нефти.

Русские владельцы железных дорог долго сопротивлялись примене­ нию железнодорожных цистерн, с одной стороны, справедливо опасаясь пожароопасности нефти, а с другой—учитывая, что КПД цистерн состав­ ляет 50 %, т. к. груз перевозится только в одном направлении, а в обрат­ ную сторону цистерны движутся порожняком. Однако их достоинства— значительная грузоподъемность, возможность быстрой разгрузки и за­ полнения цистерн—в конце концов сделали свое дело. В 1872 г. мастер­ скими Московско-Нижегородской железной дороги были изготовлены первые в России железнодорожные нефтеналивные цистерны.

В 1863 г. Д. И. Менделеев, посетив нефтеперегонный завод В. А. Ко­ корева близ Баку, предложил использовать трубопровод для перекачки неф­ ти от нефтяных колодцев до завода и от завода до причала на Каспийском море. Тогда его предложение не было осуществлено. А в 1865 г. в США фирмой «Стандарт ойл» был построен первый в мире нефтепровод диа-

метром 50 мм и длиной 6 км. «Американцы как бы подслушали мои мыс­ ли»,—с некоторой горечью писал впоследствии Дмитрий Иванович.

Строительство первого в мире нефтепровода было осуществлено с це­ лью сбить высокие цены на перевозку нефти гужевым транспортом. Сама же идея транспортирования жидкостей по трубам не являлась новой.

Еще в пятом тысячелетии до н. э. китайцы транспортировали воду по бамбуковым трубам на рисовые поля.

5000 лет назад в древнеиндийском городе М охеиджо-Даро стоки из некоторых домов отводились по глиняным трубам.

ВДревнем Египте добываемая из глубоких колодцев вода отводи­ лась по деревянным, медным и свинцовым трубам.

ВКносском дворце на о. Крит за 2000 лет до н. э. терракотовые трубы использовались для водоснабжения и отвода сточных вод.

ВДревнем Риме свинцовые трубопроводы использовались для пода­ чи питьевой воды и снабжения водой общественных бань. Самый круп­ ный из них имел длину 91 км.

ВXI веке был сооружен водопровод из деревянных труб для пода­ чи воды в Новгород из р. Волхов. Внутренний диаметр труб составлял 140 мм, а наружный—300 мм. Подобные деревянные водопроводы суще­ ствовали и в других городах России, в частности в Бугуруслане и Тюмени.

Первый напорный водопровод на Руси был построен в Московском Кремле в 1631—1633 гг.: по свинцовым трубам при помощи водоподъем­ ной машины вода подавалась в различные службы.

11.2.Современные способы транспортирования нефти, нефтепродуктов и газа

В настоящее время для транспортирования энергоносителей используют железнодорожный, водный, автомобильный и трубопровод­ ный транспорт.

Конструктивно цистерна состоит из следующих основных частей (рис. 11.2): рамы 7, ходовой части 6, ударно-тяговых устройств 5, тор­ мозного оборудования 8, котла 4, внутренней 3 и наружной 10 лестниц,

Рис. 11.2. Цистерна для перевозки бензина и светлых нефтепродуктов (модель 15-1443):

1—устройство загрузки; 2 —предохранительная арматура; 3—внутренняя лестница; 4 —котел; 5—ударно-тяговые устройства; б—ходовая часть; 7 —рама; 8 —тормозное оборудование; 9—устройство выгрузки; 10—наружная лестница; И —крепление котла на раме

6*20

устройств крепления котла к раме 11, горловины 1 и сливного прибора 9, предохранительной арматуры 2.

Рама служит для восприятия тяговых усилий, ударов в автосцепку, а также инерционных сил котла, возникающих при изменении скорости движения цистерны. По типу ходовой части различают 4-х и 8-осные ци­ стерны (рис. 11.3). На большинстве цистерн устанавливается бессекционный котел, который состоит из цилиндрической части и двух днищ. Котел крепится к раме с помощью специальных болтов, а по краям—че­ тырьмя хомутами с муфтами и натяжными болтами. В верхней части кот­ ла цистерн для нефти и нефтепродуктов смонтирован колпак с люком,

предназначенный для их загрузки, а в ниж ней—сливной прибор для их выгрузки. Загрузка и выгрузка сжиженных газов производится через спе­ циальные патрубки с вентилями. Предохранительная арматура служит, в основном, для предотвращения разрушения котла цистерн при повы­ шении давления.

Различают следующие виды цистерн. Цистерны специального на­ значения в основном предназначены для перевозки высоковязких и вы­ сокопарафинистых нефтей и нефтепродуктов. Цистерны с паровой ру­ башкой отличаются от обычных тем, что нижняя часть у них снабже­ на системой парового подогрева с площадью поверхности нагрева око­ ло 40 м2. Цистерны-термосы предназначены для перевозки подогретых высоковязких нефтепродуктов; они покрыты тепловой изоляцией, а вну­ три котла у них установлен стационарный трубчатый подогреватель с по­ верхностью нагрева 34 м2. Цистерны для сжиженны х газов рассчитаны на повышенное давление (для пропана—2 МПа, для бутана—8 М П а).

Объем котла современных цистерн составляет от 54 до 162 м3, диа­ метр—до 3,2 м.

В качестве тары при перевозке иефтегрузов в крытых вагонах ис­ пользуются бочки (обычно 200 литровые) и бидоны. В бочках транспор­ тируются светлые нефтепродукты и масла, а в бидонах—смазки.

Достоинствами железнодорожного транспорта являются:

•возможность круглогодичного осуществления перевозок;

•в одном составе (маршруте) могут одновременно перевозиться различные грузы;

•нефть и нефтепродукты могут быть доставлены в любой пункт страны, имеющий железнодорожное сообщение;

•скорость доставки грузов по железной дороге примерно в 2 раза выше, чем речным транспортом.

К недостаткам железнодорожного транспорта относятся:

высокая стоимость прокладки железных дорог;

•увеличение загрузки существующих железных дорог и как следствие—возможные перебои в перевозке других массовых грузов;

•холостой пробег цистерн от потребителей иефтегрузов к их производителям.

ности водных путей Россия занимает первое место в мире. Длина бере­ говой морской линии России, включая острова, составляет около 100 тыс. км. В нашей стране свыше 600 крупных и средних озер, а суммарная

протяженность рек составляет около 3 млн км. Каналы имени Москвы, Волго-Донской, Беломорско-Балтийский и Волго-Балтийский связыва­ ют водные пути Европейской части России и порты Балтийского, Белого, Каспийского, Азовского и Черного морей.

Для перевозки нефтегрузов используются сухогрузные и наливные суда. Сухогрузными судами груз перевозится непосредственно на палубе (в основном, в бочках). Нефтеналивные суда перевозят нефть и нефте­ продукты в трюмах, а также в танках (баках), размещенных на палубе.

Различают следующие типы нефтеналивных судов:

•танкеры морские и речные; баржи морские (лихтеры) и речные.

Танкер—это самоходное судно, корпус которого системой продоль­ ных и поперечных переборок разделен на отсеки. Различают носовой (форпик), кормовой (ахтерпик) и грузовые отсеки (танки). Для предот­ вращения попадания паров нефти и нефтепродуктов в хозяйственные и Машинное отделения грузовые танки отделены от носового и кормово­ го отсеков специальными глухими отсеками (коффердамами). Для сбора продуктов испарения нефтегрузов и регулирования давления в танках на палубе танкера устроена специальная газоотводная система с дыхатель­ ными клапанами.

Все грузовые танки соединены между собой трубопроводами, прохо­ дящими от насосного отделения по днищу танка. Кроме того, они обору­ дуются подогревателями, установками для вентиляции и пропаривания танков, средствами пожаротушения и др.

Речные танкеры по сравнению с морскими имеют относительно не­ большую грузоподъемность.

Баржи в отличие от танкеров не имеют собственных насосов.

М орские баржи (лихтеры) обычно служат для перевозок неф­ ти и нефтепродуктов, когда танкеры не могут подойти непосредствен­ но к причалам для погрузки-выгрузки. Их грузоподъемность составляет 10000 т и более.

Речные баржи служат для перевозки нефтепродуктов по внутрен­ ним водным путям. Поэтому их корпус менее прочен, чем у морских барж. Они бывают самоходными и несамоходными. Последние переме­ щаются буксирами.

Долгое время грузоподъемность танкеров увеличивалась очень мед­ ленно. К началу 50-х годов она составляла в среднем 15 тыс. т. Однако уже к 1966 г. более трети мирового нефтеналивного флота составляли танке­ ры грузоподъемностью 30 тыс. т и выше. В последующем были построе­ ны супертанкеры грузоподъемностью свыше 100 тыс. т. Лидировала в этой области Япония. Грузоподъемность ее танкеров росла буквально с каждым

годом: «Ниссо-мару» —130 тыс. т, «Токио-мару» —150 тыс. т, «Идемицумару» —205 тыс. т, «Ниссеки-мару»—377 тыс. т, «Глобтик-Токио»—477 тыс. т, «Глобтик-Тэнкерз» — 700 тыс. т. Размеры танкеров и их количес­ тво продолжали расти до начала 80-х годов. За период с 1976 по 1980 гг. было построено 126 супертанкеров со средней грузоподъемностью более 240 тыс. т. Но за последующее пятилетие было построено только 5 судов этой серии. Более 60 % супертанкеров сегодня поставлено на прикол и ис­ пользуется в качестве плавучих хранилищ нефти и воды.

Дело в том, что супертанкеры во многом стали порождением не­ стабильной политической ситуации в мире, связанной с нападением Израиля на Египет и последующим закрытием Суэцкого канала. Запад­ ные страны, практически целиком зависящие от импорта нефти, вынуж­ дены были спешно начать строить супертанкеры, которые огибали мыс Доброй Надежды, перевозя за рейс сотни тысяч тонн жидкого топли­ ва. Когда же Суэцкий канал был вновь открыт, надобность в супертанке­ рах отпала. С другой стороны, каждый супертанкер представляет собой большую экологическую опасность. В марте 1967 г. у берегов Англии по­ терпел аварию супертанкер «Торри Кэньон» и в море вылилось 30 тыс. т нефти. Это привело к загрязнению пляжей на протяжении многих кило­ метров, гибли водоплавающие птицы, задыхалась рыба. В 1978 г. у бере­ гов Франции сел на камни супертанкер «Амоко Кадис», из которого вы­ текло 220 тыс. т нефти. Данные аварии нанесли значительный ущерб окружающей среде.

Несмотря на это, более трети мировой добычи нефти транспортиру­ ется на мировые рынки с помощью танкеров, в том числе (млн т/год):

•700—через Ормузский пролив из Персидского залива

вАравийское море;

•350—через Малаккский пролив из Северной части Индийского океана в Южно-Китайское море и Тихий океан;

•около 60—через проливы Босфор и Дарданеллы из Черного моря

вСредиземное;

•около 50 —по Суэцкому каналу из Красного в Средиземное море;

•30 —в Роттердамскую бухту из Северного моря; 25—по Панамскому каналу из Тихого океана в Карибское море.

В настоящее время накоплен значительный опыт по перевозке тан­ керами сжиженных углеводородных газов (СУГ). Дело в том, что многие страны не имеют собственных месторождений газа и отделены морски­ ми бассейнами от стран, где его добыча велика. Морской транспорт сжи­ женных углеводородных газов широко используется в Англии, Дании, Италии, США, Франции, Японии и других странах.

Первые отечественные танкеры «Кегумс» и «Краслава» для перевоз­ ки сжиженных углеводородных газов под повышенным давлением име­ ли четыре сферических резервуара диаметром 10 м и вместимостью по 520 м3. Дальность плавания каждого из танкеров 18000 км.

Характеристика типов танкеров, применяемых в настоящее время для перевозки сжиженных углеводородных газов, приведена в табл. 11.1.

Таблица 11 .1 — Типы танкеров для перевозки сжиженных газов

Транспортирование сжиженных углеводородных газов танкерами является одним из наиболее дешевых видов водного транспорта. В 1972 г. в эксплуатации находилось свыше 300 танкеров-газовозов общей вмести­ мостью около 2 млн м3.

Хотя транспортировка СУГ является потенциально опасным ме­ роприятием, с 1965 г. не было ни одного нарушения системы хранения груза. Это связано с тем, что в процессе проектирования, строительства и эксплуатации танкеров-газовозов применяются самые жесткие прави­ ла техники безопасности. Ожидается, что до 2015 г. ежегодное пополне­ ние тоннажа мирового флота танкеров-газовозов будет составлять в сред­ нем по 7,5 %.

Новым направлением в организации водных перевозок нефтепро­ дуктов является использование подводных лодок для их доставки в райо­ ны Крайнего Севера. В настоящее время нефтепродукты поступают сюда морским и речным транспортом, в танкерах и таре. Однако на отдельных участках Северного морского пути сплошное ледовое покрытие препят­ ствует навигации в течение семи месяцев. Кроме того, потребители неф­ тепродуктов очень разбросаны, а устойчивая инфраструктура распреде­ ления нефтепродуктов отсутствует.

В настоящее время в нашей стране разработан проект подводного тан­ кера-ледокола, способного перевозить до 12 тыс. т нефтепродуктов за рейс.

Достоинствами водного транспорта являются:

•относительная дешевизна перевозок; неограниченная пропускная способность водных путей (особенно морских);

возможность завоза нефтепродуктов в отдаленные районы страны, не связанные железной дорогой с НПЗ.

К недостаткам водного транспорта относятся:

•сезонность перевозок по речным и частично морским путям, что вызывает необходимость создавать большие запасы нефтегрузов;

•медленное продвижение грузов (особенно вверх по течению рек);

•невозможность полностью использовать тоннаж судов при необходимости переброски специальных нефтепродуктов в небольших количествах;

•порожние рейсы судов в обратном направлении.

Автомобильный транспорт Автотранспортом можно перевозить все типы углеводородных жидкостей. В на­

шей стране его применяют для транспортирования нефтепродуктов и сжи­ женных углеводородных газов.

Автомобильный транспорт используется для завоза нефтегрузов по­ требителям, удаленным на небольшое расстояние от источников снабже­ ния (наливных пунктов, складов и баз). Например, автотранспортом отгру­ жаются нефтепродукты с нефтебаз в автохозяйства, на автозаправочные станции и сельские склады горючего.

Автоперевозки нефтегрузов осуществляются в таре (нефтепро­ дукты—в бочках, канистрах, бидонах; сжиженные углеводородные газы — в баллонах), а также в автомобильных цистернах.

Автомобильные цистерны классифицируют:

•по типу базового шасси:

автомобили-цистерны, полуприцепы-цистерны, прицепы-цистерны;

•по виду транспортируемого продукта:

для топлив, для масел, для мазутов, для битумов, для сжиженных газов;

•по вместимости:

малой (до 2 т); средней (2...5 т); большой (5...15 т); особо большой (более 15 т).

Вкачестве базовых шасси для автомобильных цистерн используют практически все выпускаемые промышленностью грузовые автомобили. Разделение автоцистерн по виду транспортируемого продукта обуслов­ лено существенным различием свойств и недопустимостью даже незна­ чительного их смешивания.

Градация автомобильных цистерн по вместимости соответствует классификации грузовых автомобилей по грузоподъемности.

Вмарках автоцистерн отражены сведения о типе базового шасси

ивместимости цистерны. Примеры условных обозначений:

•АЦ-4,2-130—автомобиль-цистерна вместимостью 4,2 м3 на шасси автомобиля ЗИ Л -130;

ПЦ>5,6-817—прицеп-цистерна вместимостью 5,6 м3 на шасси прицепа ГКБ-817; П П Ц -16,3—полуприцеп-цистерна вместимостью 16,3 м3.

Устройство и оборудование автоцистерн рассмотрим на примере ав­ томобиля-цистерны АЦ-4,2-130 (рцс. 11.4). Он предназначен для транс­ портировки нефтепродуктов плотностью не более 860 кг/м3 с нефтебаз на склады автотранспортных, строительных и сельских предприятий.

Калиброванная цистерна эллиптической формы смонтирована на шасси автомобиля ЗИ Л -130. Она имеет горловину, отстойник и отсек, закрываемый двумя дверками. На крышке горловины расположены на­ ливной люк, два дыхательных клапана, патрубок со штуцером для отво­ да паров, образующихся при наливе, и указатель уровня. Наливной люк в транспортном положении закрывают крышкой.

Цистерна оборудована двумя пеналами для хранения и транспорти­ ровки рукавов, противопожарными и заземляющими средствами, кре­ плениями для шанцевого инструмента и принадлежностей, металличе­ ской площадкой и лестницей. На АЦ-4,2-130 устанавливают самовсасы­ вающий вихревой насос СВН-80.

Полуприцепы-цистерны не имеют собственного двигателя. Они транс­ портируются с помощью специальных тягачей (например, КамАЗ-5410). Их устройство рассмотрим на примере ППЦ-16,3 (рис. 11.5). Она предна­ значена для транспортировки и кратковременного хранения светлых неф­ тепродуктов.

Специальное оборудование смонтировано на шасси полуприцепа ОдАЗ-9370 и состоит: из цистерны с горловинами, лестницей, поручнем, пеналами, ящиком запчастей и принадлежностей; технологического обо­ рудования, расположенного в боковом шкафу и включающего в себя сис­ тему трубопроводов и запорной арматуры; электрооборудования, а так­ же средств контроля и дистанционного управления узлами полуприце­ пов-цистерн. Кроме того, в состав дополнительного оборудования, разме­ щаемого в боковом шкафу, входят фильтр тонкой очистки топлива, два счетчика жидкости, раздаточные рукава, намотанные на барабаны и раз­ даточные краны.

Основными элементами автоцистерны для перевозки сжиженных га­ зов являются:

•наружный стальной кожух, внутри которого на 6 вертикальных цепях подвешен латунный сосуд емкостью 2,6 м3;

•контрольно-измерительные приборы и запорная арматура, которые размещены на задней стенке корпуса в специальном шкафу; два испарителя, расположенные по бокам цистерны

и предназначенные для создания необходимого давления с целью передавливания жидкости.

Пространство между корпусом и латунным сосудом заполнено теп­ ловой изоляцией.

Достоинствами автомобильного транспорта нефтегрузов являются:

большая маневренность;

•быстрота доставки; возможность завоза грузов в пункты, значительно удаленные

от водных путей или железной дороги; всесезонность.

К его недостаткам относятся:

ограниченная вместимость цистерн;

•относительно высокая стоимость перевозок; наличие порожних обратных пробегов автоцистерн;

•значительный расход топлива на собственные нужды.

Трубопроводный транспорт В зависимости от вида транспортиру­ емого продукта различают следующие типы узкоспециализированных трубопроводных систем: нефтепроводы,

нсфтспродуктопроводы, газопроводы и трубопроводы для транспорти­ рования нетрадиционных грузов. Независимо от того, что транспортиру­ ется по трубам, все узкоспециализированные системы состоят из одних

итех же элементов:

1)подводящих трубопроводов;

2)головной и промежуточных перекачивающих станций;

3)линейных сооружений;

4)конечного пункта.

Более подробно о них будет рассказано ниже. Основные достоинства трубопроводного транспорта:

•возможность прокладки трубопровода в любом направлении

ина любое расстояние—это кратчайший путь между начальным

иконечным пунктами;

•бесперебойность работы и, соответственно, гарантированное снаб­ жение потребителей, независимо от погоды, времени года и суток;

•наибольшая степень автоматизации; высокая надежность и простота в эксплуатации;

•разгрузка традиционных видов транспорта.

К недостаткам трубопроводного транспорта относятся:

•большие первоначальные затраты на сооружение магистрального трубопровода, что делает целесообразным применение трубопроводов только при больших, стабильных грузопотоках;