Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 [ 40 ] 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84

где S - коэффициент, учитываюпип степспь погружения трубопровода в воду (табл. 5..35); /)„ - наружный диаметр трубопровода с учетом пзоля-ции, м; Vu - объемный вес воды с учетом растворенных в ней солей, нгс/и», определяемый при изысканпях (на засоленных участках у,, =l020 -г- 1200 кгс/мЗ; дтр - расчетный вес трубопровода, без коэффициента перегрузки, КГС/-Л1; удоп - расчетный вес транспортируемого продукта и других дополнительных нагрузок в рассчитываемом состоянии трубопровода без коэффнцпентов перегрузки, кгс/ы (в случае нахонедения под водой пустого трубопровода вес продукта не учитывается).

ТАБЛИЦА 5,35

Значенпс коэффпднента S в зависимости от hsjDti

0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60

0,54 0,59 0,63 0,67 0,71 0,74 0,77 0,79

(5,147)

Примечание. Л„ - глубина погружения трубопровода в воду (расстоянпе от нижней образующей трубы до уровня воды), м. Расчетная удерживающая способность грунта, приходящаяся на единицу длины трубопровода, кгс/м: когда грунт, находящийся над трубопроводом, полностью погружен в воду (Aj = 0)

(i?„fe2 + 0.11Z?) +К j YB3B (Й2 + Л./2)» tgOJqJrp-b

+ "-7СО8 0,7фгр J*

когда уровень стояния воды ниже уровня земли (fti > 0) 9пр. гр= -С>н rVrpi-l- Уззв (/2 + 0,llIi.)H-

+ К {[Ycpfci (2Й2+1 + А,) +Y.:sB (Й2 --I>h/2)2J 1§0,7фгр-Ь +.[A,-f0.7 (=2-;-А,/2)];~),

где YiisB ~ объемный вес взвешенного в воде грунта, кгс/м; - высота погруженного в воду слоя грунта, расположенного над трубоировод ом, м; К - коэффициент, учитывающий умепьшспие удерживающей способности призм выпирания [К = Вн при диаметре труб меньше 1020 мм и К = 1 при диаметре труб 1020 мм и более); <ргр - угол внутрепнего трения грунта; С - удельное сцепление грунта; тр - объемный вес грунта естественной влажности; - высота слоя грунта, расположенного над трубопроводом выше уровня воды (с учетом осадки грунта), м.

Yn3ii = (Yy-Y.<)/(l+E). (5.149)

где 7у - средний удельный вес грунта (2600-28оО), кгс/м; е - коэффициент пористостп.

(5.148)

Удерживающая способность грунта рассчитывается для наивысшего уровня возможного стояния грунтовых и поверхностных вод: для нефте-и нефтепродуктопроводов - в период строительства до момента заполнения трубопроводов продуктом илп водой; для газопроводов - в период строительства и эксплуатации. Торфяной грунт учитывается в качестве балласта лишь в том случае, если он расположен вышвгуровня воды. При определении проектной высоты слоя грунта, находящегося над трубопроводом, необходимо учитывать осадку свеженасыпанного грунта на 15-25% (в зависпмостп от свойств грунта и способов производства работ).

При балластировке трубопроводов грунтом в сочетании с утяжеляющнмп грузами, обетонпроваиием и анкерными устройствами в правой части формулы (5.145) к расчетной удерживающей способностп грунта, приходящейся на единицу длины трубопровода, прибавлиется расчетная удерживающая способность дополнительной пригрузки пли анкерных устройств, приходящаяся также на единицу длины трубопровода.

Пример. Определить необходимую толщину слоя гру-вта (балластной засыпки над газопроводом 1420 X 17 мм (без j4eTa температурного перепада), прокладываемого на обводненном участке в минеральных грунтах со следующими характеристиками: 7у = 2700 кгс/мЗ, уп = 1010 кгс/мЗ, g о,9, фгр = 23°, С = 300 кгс/м2.

Решение. Вп = 1420 -f 12 = 1432 мм = 1,432 ы. дтр = = 594 кгс/м; задаемся fej = 0,8 м. По формуле (5.149) Vbsh = = (2700 - 1010)/(1 -1- 0,9) = 890 нгс/м". По формуле (5.147) дпр. =890 (1,432-0,8--0,11 •1,432) + 1 [890 (0,8-f 1,432/2)2 х О 84-1 432/2 ~\

X tg0,7-23°-f 0,7-300 eogQ7.23° =2145 кгс/м. По формуле

(5.146) ?8 = 0,79-1,4322-1010 - 594 = 1041 кгс/м. По формуле (5.145) 1,2-1,05-1041 2145, или 1300 кгс/м < 2145 кгс/м, т. е. условие (5.145) выполнено.

§ 5.18. Электрохимическая защита трубопроводов от коррозии

Требования к защите стальных трубопроводов от коррозии регламенти-jdfibi ГОСТ 9.015-74, соответствующими параграфами СНиП 11-45-75, СНиП III-И.6-67 и СНиП III-В.6.1-62, кИнструкцией по защите городских подземных трубопроводов от электрохимической коррозии», утвержденной Главным управлением газового хозяйства МЖКХ РСФСР в 1972 г. При нроектврованип защиты подземных стальных трубопроводов от электрохимической коррозии, кроме того, необходимо руководствоваться сИнструк-цией по проектированию и расчету катодной запщты трубопроводов» ВСН-2-19-70

-Мщиаздрддд-, а также соответствующей отраслевой [нормативно-технической документацией. Конструктивные решения отдельных узлов электрохимической защиты и характеристики некоторых устройств и оборудования разработаны в типовых проектах.

Исходными данными для проектирования электрохимической защиты стальных трубопроводов являются результаты комплекса электрометрических работ, включающего в себя изыскательские работы и электрометрические исследования. При изыскательских работах определяют возможные места установок электрохимической защиты, проводят визуальную или инструментальную съемку и закрепление иа месте площадки под анодное заземление, трассы ЛЭП; проводят геологическое п геофизическое исследования на площадках под анодное заземление и по трассам ЛЭП; получают согласование с землепользователями на расположение площадки под анодное заземление и трассы ЛЭП; выбирают источники электроснабжения для устройств запщты и получают технические условия на их подключение; "для подключения электродренажной установки получают согласование со всеми

службами железной дороги. При электрометрических исследованиях но трассе проектируемого трубопровода определяют наличие блуждающих токов п земле, обследуют источники блуждающих токов (размещение тяговых иодстапций, их нагрузки, расположение дроссель-трансформаторов, замеры потенциалов рельс - земля), замеряют удельное электросопротивлепие грунта. Все исследования должны выполняться в соответствии с действующими ведомственнылш nncTpyKHHlMiH и инструкцией по технике безопасности.

Удельное электрическое сопротивление грунта. Определение удельного электрического сопротивления грунта пеобходимо для выбора места установки и типа анодного заземления, расчета сопротивления растеканию тока анодного заземления и протекторов, а также для расчета основных параметров катодной защиты: силы тока катодной станции и длипы зопы защиты. Удельное электрическое сопротивление грунта определяют симметричной четырех-электродной установкой с помощью полевого электроразведочного потенциометра типа ЭП-1М, электронного стрелочного компенсатора типа ЭСК-1 или автокомпенсатора типа АЭ-72. При использовании этих приборов расстояние между токовыми или питающими электродами должно быть равно, утроенной глубине заложения анодного заземления или протектора.

Защита магистральных трубопроводов от почвенной коррозии. Защита магистральпых трубопроводов и отводов от пих от почвенной коррозии осуществляется катодной поляризацией поверхности трубы установками катодной защиты (автоматическими и неавтоматическими).j Установка катодной защиты состоит из катодной станции (преобразователя), анодного заземления, защитного заземления и соединительных проводов. Автоматические установки катодной защиты состоят из тех же элементов, что и неавтоматические, но в их состав дополнительно входят неполяризуюпщйся электрод сравнения длительного действия и датчик электрохимического потенциала.

Конструктивно катодная станция (преобразователь) выполняется в виде металлического шкафа, внутри которого расположены силовой трансформатор, выпрямительный блок, блоки автоматики. Измерительные приборы и переключатели размещены на передней панели станции. Каждая катодная станция (преобразователь) в качестве измерительных приборов имеет амперметр, вольтметр, счетчик электрической энергии. Для защиты станции (преобразователя) от перегрузок устанавливается автоматический выключатель, имеется защита от грозовых разрядов. Элементы для подключения кабелей, питающей сети, анодного заземления и от трубопровода смонтированы внутри шкафа на задней стенке. Подвод всех соединительных кабелей снизу. Катодные станции (преобразователи) устанавливаются как на воздухе, так ив помещении без постоянного обслуживания с периодической профилактикой.

Для расчета установок катодной защиты необходимо при проведении комплекса электрометрических работ получить данные об удельном электрическомсопротивлении земли в поле токов катодной защиты, удельном электрическом]сопротивлении грунта в месте установки анодного заземления, диаметре и толщине стенки трубопровода, виде изоляционного покрытия, наличии и месте расположения источников электроснабжения (ЛЭП 0,4, 6 и 10 кв) относительно трассы трубопровода.

Основными параметрами устаповки катодной защиты являются сила тока установки и длина защитной зоны, которую создает эта установка. В зависимости от этих параметров решается вопрос о выборе мощности установки катодной защиты, типе и количестве анодных заземлений, длине дренажных линий, а также о размещении установок катодной защиты по трассе магистрального трубопровода. Расчет параметров установок катодной запщты сводится к определению количества н мощности катодных станции, которые необходимо запроектировать к установке на трубопроводе. Мощность катодной станции (преобразователя) определяется потребностью в защитном «же, а количество - длиной защитной зопы каждой станции. Зона защиты

L = ln

2nyZn

(5.150)

где а-постоянная распространения тока вдоль сооружения, 1/м; у -кратчайшее расстоянне от трубопровода до анодного заземления, м; Zb - в.ходное сопротивления трубопровода, ом; Кк - коэффициент, учитывающий взаимное влияние соседних катодных станций (для практических расчетов Кв = = 0,5, а в случае единичной катодной установки Кв = ,0); I/min -минимальпая по абсолютной величине наложенная разность потенциалов трубопровод - земля, в; Г/щах- наложенная разность потенциалов в точке дре-нагка, в; pj - удельное электрическое сопротивление земли в поле токов катодной защиты, ом-м.

Уравнепие (5.150) решается методом последовательного приближения. Если член РзУ/{ЬКк) очень мал, его молото не учитывать. Тогда для определения зоны защиты пользуются формулой

L=-lu-а

2nyZB

/C,i(2nj,Zo-bP8)

(5.151)

(5.152)

Сила тока катодной станции, а,

1 = итахП2в + рЛ2яу)].

Напряжение на выходе катодной станции, в,

Uk.c=I(Z + R„p + R), (5.153)

где Rup - сопротивлениепроводов, соединяющих катодную станцию с трубопроводом и с анодпым заземлением, ом; - сопротивление растеканию анодного заземления, ом (зависит от конструкции анодного заземления, числа электродов в нем, удельного сопротивления грунта). Мощность на выходе катодной станции, вт,

W.c = IUk e=Ii{Z+R„p + R,),

(5.154)

На основании полученных расчетным путем силы тока /, напряжения U и мощности W выбирают тип катодной станции.

Анодные заземления. Анодпое заземление служит для создаппя электрической цепи в системе катодной защиты и является основным ее элементом. От правильного выбора параметров анодного заземления зависит эффективность катодной защиты в целом. Аподное заземление характеризуется сопротивлением, которое должно быть стабильным на весь период его эксплуатации. Электроды заземления устанавливаются ниже глубины промерзания. Тип и конструкцию анодного заземлепия выбирают в зависимости от удельного сопротивления грунта, глубины промерзания, влажности расчетной силы тока и допустимого падения напряжения в цепи катодной станции.

В качестве материала анодного заземления используются высококрем-нистыи чугун, графитированпые электроды и углеродистая сталь в коксовой засыпке или в коксобетоне. Анодпое заземление набирается из электродов заводского изготовления, которые между собой соединяются магистралью изолированной от земли. Применяют анодные заземления с вертикальным горизонтальным и смешанным расположением электродов. В отдельных случаях выполняют глубинные заземления.

Сопротивление растеканию электрода, установленного вертикально в грунт (при г « 4/ и d « 21), ом, пк,

hi-7- -f- IT In

(5.155)

где pr - удельное сопротивление грунта в месте устройства анодного заземления, ом-м; I - длипа электрода, м; d - диаметр электрода, м; t - расстояние от поверхности групта до середины электрода, м.

25»

При установке электрода горизонтально в грунт сонротивлоние растеканию (при г < f и г « d), ом,

При горизонтальной закладке электродов небольшой длины (1<С t) сопротивление растеканию, ом,

Рг 21 Rr=- In

(5.157)

В случае протяженного горизонтального электрода, когда Z>12i, сопротивление растеканию, ом.

Vdi

(5.158)

Сопротивление заземления из вертикальных электродов, соединенных горизонтальной голой шиной, ом,

ATIbTIb. г/гг + Т1г. вЛа

(5.159)

где г)в - коэффициент экранирования вертикальных электродов; tje. г- коэффициент экранирования вертикальных электродов горизонтальным электродом - магистралью; цг. в- коэффициент экранирования горизонтального электрода вертикальным (ц». г и tjr. в принимаются равными 0,96).

Зная переходное сопротивление одиночного электрода, количество электродов и расстояние между ними, можно определить переходное сопротивление всего заземления:

(5.160)

где /?э1 - сопротивление растеканию одного электрода, ом; г\ - коэффициент экранирования, зависящий от конструктивного исполнения электрода заземления, от тела электродов и расстояния между ними. Срок службы анодного заземления, годы,

TGJ(kqIcp), (5.161)

где &з - масса заземления, кг; к - коэффициент ванаса (1,1-1,3); q - потеря массы заземления, кг/(а-год); /ср - сила тока, стекающего с за-вемления, а,

/ор = (/„ + /к)/2,

(5.162)

где /,„ /к - сила тока в начальный и конечный период работы анодного заземления, а.

Допустимая плотность анодного тока па каждый точечный или лянейныи заземлитель

га.з=Сз/(25д/1:„),

(5.163)

где бз - полезная масса одного заземлителя, кг; g - электрохимический эквивалент материала заземлителя, кг/(а-год); Хн - коэффициент неравномерности растворения заземлителя.

Защита магистральных трубопроводов от коррозии блуждающи.мн токами. Большую опасность для магистральных трубопроводов я отводов от них представляют блуждающие токи электрифицированных железных дорог. Оещ вызывают интенсивное коррозионное разрушение трубопроводов в анод-пых зонах. Наиболее эффективным способом запиты от блуждающих токов

является электродренажная защита (поляризованные или усиленные автоматические дренажи). Усиленный автоматический дренаж состоит из усиленного дренажа (преобразователя), неполяризующегося электрода сравнения длительного действия, датчика электрохимического потенциала, защитного заземления и соединительных кабелей. Усиленные дренажи применяют в тех случаях, когда применение поляризованного дренажа неэффективно или неонравдапо экономически. Установка поляризованной дренажной защиты состоит из поляризованного дренажа (преобразователя) и соединительных кабелей. В нрактике защиты магистральных трубопроводов от коррозии блуждающими токами используются электромагнитные и вентильные поляризованные электродренажные установки. Характеристики отдельных электродренажных установок (нре-образорателей) в значительной мере отличаются друг от друга, что дает возможность широко использовать различные типы установок исходя из конкретны.х условий защиты.

При осуществлении электродренажной защиты необходимо решить две основные задачи: выбрать место установки электродрснажа и определить сечение дренажного кабеля. Для определения последнего необходимо знать максимальную величину дренажного тока

5 10

12 3 4 2 4 6 8 b,K»;n,t, годы;

5.25. Коэффициенты 1Еоррелацяв дренажного тока.

Iji = IyKiKiKiKiKb-Q,2, (5.164)

где ~ ток нагрузки тяговой под-станции, а; Ki, . . ., ~ коэффициенты корреляции дренажного тока, учитывающие соответственно расстояние L между трубопроводом и электрифицированной железной дорогой, расстояние от места пересе- рио. чения трубопровода электрифицированной железной дорогой и тяговой подстанцией, изол/1ционное покрытие биз трубопроводов, время t укладки трубопроводов и количество п параллельно уложенных трубопроводов (рис. 5.25).

Сечение дренажного кабеля, мм, поляризованной дренажной установки

S = I,ipL/AU, . (5.165)

где р - удельное сопротивление материала кабеля om-mmVm; - длина дренажного кабеля, м; AU - допустимое падение напряжения в дренаншой цепи, в.

Протекторная защита. Защита трубопроводов от почвенной коррозии при помощи гальванических анодов в определенных условиях эффективна и проста. Она автономна, благодаря чему ее можпо использовать в районах, где отсутствуют источники электроанергии. При расчете одиночной установки последовательно определяются следуюпгие параметры: сопротивление протектора, сила тока протектора, сила тока, необходимая для защиты 1 км трубопровода, число протекторов на 1 к.м трубопровода, расстояние между протекторами, срок службы протектора.

Сопротивление протектора, установленного вертикально в активаторе, при Za > da/2 а h> IJA

/?п. в =

{ 21, 1 4fe+a , Ра , da\

Л" + т1°Ж377 + -1п]. (.,.166)