Трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов

1. Транспорт нефти  и газа

1.1 Краткая история  развития способов транспорта  энергоносителей

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, переправлялась вниз по Евфрату к городу Ур и применялась в строительном деле. Для перевозки нефти по реке строились специальные наливные сосуды. 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 амфорах. Именно таманская нефть использовалась византийцами для изготовления их грозного боевого оружия - "греческого огня".

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

Во времена царствования Бориса Годунова (1598...1605 гг.) нефть привозили  в Москву из Печорских лесов с  реки Ухты в бочках. Бочки различного 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 которые  нефть грузилась в амфорах  или бочках. Первые нефтеналивные  суда, отличающиеся тем, что в их трюме размещались специальные  емкости для налива нефти, появились  в конце XIX века, когда на нее резко  возрос спрос. В 1873 г. братья Артемьевы  приспособили под налив нефти  деревянную парусную шхуну "Александр". А первым в мире металлическим  нефтеналивным судном стал пароход "Зороастр", построенный в 1878 г. по русскому проекту на шведской верфи. Для обеспечения пожарной безопасности его грузовые трюмы (танки) были отделены от машинного отделения двойной  перегородкой, внутрь которой заливалась 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  которого впервые в мировой практике было вынесено на корму - так, как это  делается теперь у современных танкеров.

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

Железнодорожную цистерну придумали американцы. К началу нефтяной 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 применению железнодорожных  цистерн, с одной стороны, справедливо  опасаясь пожароопасное™ нефти, а с  другой - учитывая, что кпд цистерн  составляет 50%, т.к груз перевозится только в одном направлении, а в обратную сторону цистерны движутся порожняком. Однако их достоинства - значительная грузоподъемность, возможность быстрой разгрузки и заполнения цистерн в конце концов сделали свое дело. В 1872 г. мастерскими Московско-Нижегородской железной дороги были изготовлены первые в России железнодорожные нефтеналивные цистерны.

В 1863 г.Д.И. Менделеев, посетивший нефтеперегонный завод  В.А. Кокорева близ Баку, предложил использовать трубопровод для перекачки нефти 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 диаметром 50 мм и длиной 6 км. "Американцы как бы подслушали мои мысли", - с некоторой горечью писал впоследствии Дмитрий Иванович. 

Строительство первого  в мире нефтепровода было осуществлено с целью сбить высокие железнодорожные тарифы на перевозку нефти. Сама же идея транспортирования жидкостей по трубам не являлась новой.

Еще в пятом тысячелетии  до нашей эры китайцы транспортировали воду по бамбуковым трубам на рисовые  поля.

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

В Древнем Египте добываемая из глубоких колодцев вода отводилась по деревянным, медным и  свинцовым трубам.

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

В Древнем Риме свинцовые  трубопроводы использовались для подачи питьевой воды и снабжения водой  общественных бань. Самый крупный  из них имел длину 91 км.

В XI веке был сооружен водопровод из деревянных труб для  подачи воды в Новгород из р. Волхов. Внутренний диаметр труб составлял 140 мм, а наружный - 300 мм. Подобные деревянные водопроводы существовали и в  других городах России, в частности, в Бугуруслане и в Тюмени.

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

Современные способы  транспортирования нефти, нефтепродуктов и газа

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

1.2 Железнодорожный  транспорт

Транспортирование энергоносителей по железной дороге производится в специальных цистернах  или в крытых вагонах в таре.

Конструктивно цистерна состоит из следующих основных частей (рис.1): рамы 7, ходовой части 6, ударнотяговых устройств 5, тормозного оборудования 8, котла 4, внутренней 3 и наружной 10 лестниц, устройств крепления котла к раме 11, горловины 1 и сливного прибора 9, предохранительной арматуры 2. 
 

Рис.1 Цистерна для  перевозки бензина и светлых  нефтепродуктов (модель15-1443): 1-горловина, 2-предохранительная арматура, 3-внутренняя лестница,4-котел, 5-ударнотяговые устройства, 6 - ходовая часть, 7-рама, 8-тормозноеоборудование, 9-сливной прибор, 10-наружная лестница, 11-устройства крепления котла к  раме. 

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-ми осные цистерны (рис.2). 
 
 

Рис.2 Восьмиосная цистерна для бензина (модель15-1500) 

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 - четырьмя хомутами с муфтами и натяжными болтами. В верхней части котла цистерн для нефти и нефтепродуктов смонтирован колпак с люком, предназначенный для их загрузки, а в нижней - сливной прибор для их выгрузки. Загрузка и выгрузка сжиженных газов производится через специальные патрубки с вентилями. Предохранительная арматура служит, в основном, для предотвращения разрушения котла цистерн при повышении давления. 

Различают следующие  виды цистерн. Цистерны специального назначения в основном предназначены для  перевозки высоковязких и высокопарафинистых нефтей и нефтепродуктов. Цистерны с паровой рубашкой отличаются от обычных тем, что нижняя часть у них снабжена системой парового подогрева с площадью поверхности нагрева около 40 м2. Цистерны-термосы предназначены для перевозки подогретых высоковязких нефтепродуктов; они покрыты тепловой изоляцией, а внутри котла у них установлен стационарный трубчатый подогреватель с поверхностью нагрева 34 м2. Цистерны для сжиженных газов рассчитаны на повышенное давление (для пропана - 2 МПа, для бутана - 8 МПа). 

Объем котла современных  цистерн составляет от 54 до 162 м3, диаметр - до 3,2 м. 

В качестве тары при  перевозке нефтегрузов в крытых вагонах используются бочки (обычно 200 литровые) и бидоны. В бочках транспортируются светлые нефтепродукты и масла, а в бидонах - смазки. 

Достоинствами железнодорожного транспорта являются: 

1) возможность круглогодичного  осуществления перевозок; 

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

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

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

К недостаткам железнодорожного транспорта относятся: 

1) высокая стоимость  прокладки железных дорог; 

2) увеличение загрузки  существующих железных дорог  и как следствие - возможные  перебои в перевозке других  массовых грузов; 

3) холостой пробег  цистерн от потребителей нефтегрузов  к их производителям.

1.3 Водный транспорт 

Широкое применение водного транспорта в нашей стране предопределено тем, что по протяженности  водных путей Россия занимает первое место в мире. Длина береговой  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 связывают 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 нефтепродукты в трюмах, а также в танках (баках), размещенных  на палубе. 

Различают следующие  типы нефтеналивных судов: 

1) танкеры морские  и речные; 

2) баржи морские  (лихтеры) и речные. 

Танкер - это самоходное судно, корпус которого системой продольных и поперечных переборок разделен на отсеки. Различают носовой (форпик), кормовой (ахтерпик) и грузовые отсеки (танки). Для предотвращения попадания  паров нефти и нефтепродуктов в хозяйственные и машинное отделения грузовые танки отделены от носового и кормового отсеков специальными глухими отсеками (коффердамами). Для сбора продуктов испарения нефтегрузов и регулирования давления в танках на палубе танкера устроена специальная газоотводная система с дыхательными клапанами. 

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

Речные танкеры  в отличие от морских имеют относительно небольшую грузоподъемность. 

Баржи отличаются от танкеров тем, что не имеют собственных  насосов. 

Морские баржи (лихтеры) обычно служат для перевозок нефти  и нефтепродуктов когда танкеры  не могут подойти непосредственно  к причалам для погрузки-выгрузки. Их грузоподъемность составляет 10000 т  и более. 

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

Долгое время грузоподъемность танкеров увеличивалась очень медленно. К началу 50-х годов она составляла в среднем 15 тыс. т. Однако уже к 1966 г. более трети мирового нефтеналивного флота составляли танкеры грузоподъемностью 30 тыс. т и выше. В последующем  были построены 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, "Идемицу-мару" - 205 тыс. т, "Ниссеки-мару" - 377 тыс. т, "Глобтик-Токио" - 477 тыс. т, "Глобтик-Тэнкерз" - 700 тыс. т. Размеры танкеров и их количество 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 используется в качестве плавучих хранилищ нефти и воды.

Дело в том, что  супертанкеры во многом стали порождением  нестабильной политической ситуации в  мире, связанной с нападением Израиля  на Египет и последующим закрытием  Суэцкого канала. Западные страны, практически  целиком зависящие от импорта  нефти, вынуждены были спешно начать строить супертанкеры, которые огибали  мыс Доброй Надежды, перевозя за рейс сотни тысяч тонн жидкого топлива. Когда же Суэцкий канал был  вновь открыт надобность в супертанкерах  отпала. С другой стороны, каждый супертанкер  представляет собой большую экологическую  опасность для окружающей среды. В марте 1967 г. у берегов Англии потерпел аварию супертанкер "Торри Кэньон" и в море вылилось 30 тыс. т нефти. Это привело к загрязнению пляжей на протяжении многих километров, гибли водоплавающие птицы, задыхалась рыба. В 1978 г. у берегов Франции сел на камни супертанкер "Амоко Кадис", из которого вытекло 220 тыс. т нефти. Эти аварии нанесли значительный ущерб окружающей среде.