Б.К. Ковалев, заместитель директора по НИОКР
В последнее время все чаще приходится сталкиваться с примерами, когда оформление заказов на промышленное газовое оборудование ведут менеджеры, не имеющие достаточного опыта и технических знаний в отношении предмета закупок. Иногда результатом становится не вполне корректная заявка или принципиально неверный подбор заказываемого оборудования. Одной из наиболее распространенных ошибок является выбор номинальных сечений входного и выходного трубопроводов газораспределительной станции, сориентированный только на номинальные значения давления газа в трубопроводе без учета скорости потока газа. Цель данной статьи – выдача рекомендаций по определению пропускной способности трубопроводов ГРС, позволяющих при выборе типоразмера газораспределительной станции проводить предварительную оценку ее производительности для конкретных значений рабочих давлений и номинальных диаметров входного и выходного трубопроводов.
При выборе необходимых типоразмеров оборудования ГРС одним из основных критериев является производительность, которая в значительной мере зависит от пропускной способности входного и выходного трубопроводов.
Пропускная способность трубопроводов газораспределительной станции рассчитывается с учетом требований нормативных документов, ограничивающих максимально допустимую скорость потока газа в трубопроводе величиной 25м/с. В свою очередь, скорость потока газа зависит главным образом от давления газа и площади сечения трубопровода, а также от сжимаемости газа и его температуры.
Пропускную способность трубопровода можно рассчитать из классической формулы скорости движения газа в газопроводе (Справочник по проектированию магистральных газопроводов под редакцией А.К. Дерцакяна, 1977):
где W— скорость движения газа в газопроводе, м/сек;
Q — расход газа через данное сечение (при 20°С и 760 мм рт. ст.), м 3 /ч;
z — коэффициент сжимаемости (для идеального газа z = 1);
T = (273 + t °C) — температура газа, °К;
D — внутренний диаметр трубопровода, см;
p = (Pраб + 1,033) — абсолютное давление газа, кгс/см 2 (атм);
В системе СИ (1 кгс/см 2 = 0,098 МПа; 1 мм = 0,1 см) указанная формула примет следующий вид:
где D — внутренний диаметр трубопровода, мм;
p = (Pраб + 0,1012) — абсолютное давление газа, МПа.
Отсюда следует, что пропускная способность трубопровода Qmax, соответствующая максимальной скорости потока газа w = 25м/сек, определяется по формуле:
Для предварительных расчетов можно принять z = 1; T = 20?С = 293 ?К и с достаточной степенью достоверности вести вычисления по упрощенной формуле:
Значения пропускной способности трубопроводов с наиболее распространенными в ГРС условными диаметрами при различных величинах давления газа приведены в таблице 1.
Разработчик:
Модуль:
Версия:
Расход газа:
Избыточное давление газа:
Температура газа:
Фактор сжимаемости газа при рабочих условиях :
Фактор сжимаемости газа нормальных условиях :
Максимально допустимая скорость газа в газопроводе:
Расход газа при рабочих условиях:
Расчетный диаметр газопровода:
1) Распространяются ли требования пункта 3.38 СП 42-101-2003 касательно скорости движения газа в газопроводе на трубопровод отвода паров на установку улавливания (УРП) углеводородных газов с железнодорожной эстакады налива бензина (состав газа: 48% воздух, 48% углеводороды, 2% бензол)?
2) Какие нормативные документы следует использовать для выбора рекомендуемой скорости потока (жидкости/газа) в трубопроводе на объектах нефтепереработки?
Если в нормативных документах нет этих сведений, то каким образом следует выбирать диаметр трубопроводов?
1. Согласно пункту 1.1 свода правил СП 42-101-2003 «Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб», положения данного СП распространяются на вновь сооружаемые и реконструируемые газораспределительные системы, нормы и правила на проектирование и строительство которых регламентированы СНиП 42-01-2002 «Газораспределительные системы».
Во «Введении» к СНиП 42-01-2002 указано, что настоящие строительные нормы и правила содержат технические требования, обязательные при проектировании и строительстве новых и реконструируемых газораспределительных систем, предназначенных для обеспечения природным и сжиженным углеводородными газами потребителей, использующих газ в качестве топлива, а также внутренних газопроводов, и устанавливают требования к их безопасности и эксплуатационным характеристикам, соответственно пункт 3.38 СП 42-101-2003, ограничивающий скорость движения газа в газопроводах распределительных сетей с учётом шумового воздействия, как и данный свод правил в целом, на объекты нефтепереработки не распространяется.
2. а) Требования по ограничению скорости истечения и движения нефтепродуктов по трубопроводу устанавливаются в целях защиты от статического электричества.
Для предприятий химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности действуют «Правила защиты от статического электричества в производствах химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности».
Пункт II-5-1 «Правил» гласит:
«Если в трубопроводах и технологической аппаратуре исключена возможность образования взрывоопасных концентраций паровоздушных смесей (герметизированная аппаратура, не содержащая окислителей, аппаратура и коммуникации под избыточным давлением или заполненные инертными газами или парами), скорости транспортировки жидкостей по трубопроводам и истечения их в аппараты не ограничиваются.
В остальных случаях скорость движения жидкостей по трубопроводам и истечения их в аппараты необходимо ограничивать таким образом, чтобы заряд, приносимый в приемную емкость (аппарат) с потоком жидкости, не мог вызвать с ее поверхности искрового разряда с энергией, достаточной для воспламенения окружающей среды.
Допустимые скорости движения жидкости по трубопроводам и истечения их в аппараты (емкости, резервуары) устанавливаются в каждом отдельном случае в зависимости от свойств жидкости, диаметра трубопровода и свойств материалов его стенок, а также других условий эксплуатации. При этом следует учитывать следующие ограничения скорости транспортировки и истечения жидкостей:
- для жидкостей с удельным объемным электрическим сопротивлением не более 105 ом·м — до 10 м/сек;
- для жидкостей с удельным объемным электрическим сопротивлением не более 109 ом·м — до 5 м/сек;
- для жидкостей с удельным объемным электрическим сопротивлением более 109 ом·м допустимые скорости транспортировки и истечения устанавливаются для каждой жидкости отдельно;
- в качестве предельно допустимой устанавливается скорость, при которой (при данном диаметре трубопровода) потенциал на поверхности жидкости в приемной емкости не превосходит предельно допустимого (см. приложение 10);
- заведомо безопасной скоростью движения и истечения этих жидкостей является 1,2 м/сек при диаметрах трубопроводов до 200 мм».
б) Аналогичные требования содержатся в разделе 4 Рекомендаций ВНИИПО МЧС России 2007 г. «Сливоналивные эстакады для легковоспламеняющихся, горючих жидкостей и сжиженных углеводородных газов. Требования пожарной безопасности»:
«Наливные устройства для налива легковоспламеняющихся и маловязких жидкостей должны быть оборудованы центробежными, а для налива масел и других вязких горючих жидкостей — роторными насосами.
Допустимая скорость истечения и движения нефтепродуктов по трубопроводу определяется в зависимости от объемного электрического сопротивления и зависит от свойств наливаемого продукта, диаметра трубопровода наливного устройства и свойств материалов его стенок. Она не должна превышать (см. прил. 2 — 5):
- для продуктов с удельным объемным электрическим сопротивлением не более 105 Ом·м — 10 м/с;
- для продуктов с удельным объемным электрическим сопротивлением не более 109 Ом·м — 5 м/с.
Для продуктов с удельным объемным электрическим сопротивлением более 109 Ом·м допустимые скорости истечения и транспортировки устанавливаются для каждого продукта отдельно, безопасная скорость движения и истечения этих продуктов составляет 1,2 м/с при диаметрах трубопроводов до 200 мм.
Ограничение максимальной скорости налива легковоспламеняющихся и горючих жидкостей до безопасных пределов обеспечивается перепуском части продукта во всасывающий трубопровод насоса.
Требования данного пункта следует рассматривать совместно с требованиями Правил защиты от статического электричества в производствах химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности.
Начальное заполнение цистерн нефтепродуктами следует производить со скоростью в трубопроводе не более 1 м/с до момента затопления конца загрузочной трубы на 0,4 — 0,5 м.
При необходимости транспортирования нефтепродуктов со скоростью, превышающей указанные выше, следует применять нейтрализаторы или релаксационные емкости ГОСТ 1510-84 «Нефть и нефтепродукты. Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение».
3. Требования к минимальной скорости движения в трубопроводах газов и паров Правилами защиты от статического электричества в производствах химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности не установлены (см. пункт I-2-1 «Правил»), эти скорости определяются технологическими требованиями.
Мероприятия по предотвращению опасных искровых разрядов при движении газов и паров предусмотрены главой II-6 «Правил», а именно:
«II-6-1. Для предотвращения возникновения опасных искровых разрядов при движении горючих газов и паров в трубопроводах и аппаратах необходимо всюду, где это технологически возможно, принимать меры к исключению присутствия в газовых потоках твердых и жидких частиц.
II-6-2. Конденсация паров и газов при большом перепаде давлений вызывает сильную электризацию газовых струй при истечении их через неплотности. Это требует повышенного внимания к герметизации оборудования, содержащего горючие пары и газы под высоким давлением.
II-6-3. Не допускается присутствие в газовом потоке незаземленных металлических частей и деталей оборудования.
Отвод зарядов из газового потока путем введения в него заземленных металлических сеток, пластин, рассекателей, коаксиальных стержней и т. п. устройств не рекомендуется» (см. также главы 2.3 и 2.6 РД 39-22-113-78 «Временные правила защиты от проявлений статического электричества на производственных установках и сооружениях нефтяной и газовой промышленности»).
Рекомендуем обратить внимание на следующие документы:
РТМ 6-28-007-78 «Допустимые скорости движения жидкостей по трубопроводам и истечения в емкости (аппараты, резервуары)».
РТМ II-2-67 «Руководящие материалы по выбору диаметра трубопроводов. Оптимальные скорости в трубопроводах».
