Статья посвящена вопросам эффективности применения очистки магистральных газопроводов, выбора средств очистки трубопроводов.
Ключевые слова: надежность газопроводов, очистной поршень, гелевый поршень, скребок, снижение энeргoзaтрaт.
Интенсивное развитие газовой промышленности Казахстана и напряженность эксплуатации газотранспортного оборудования, обуславливают необходимость решения проблем разработки и внедрения новых энергосберегающих технологий транспорта газов. Непосредственно это связано с вводом новых мощностей, заменой морально устаревшего и физически изношенного оборудования, реконструкцией газотранспортных объектов, прежде всего с целью увеличения газопотоков при снижении удельных энергозатрат на транспорт природного газа по магистральным газопроводам.
С целью повышения гидравлической эффективности и надежности газопроводов предприятиями, которые их эксплуатируют, принимается ряд мер: очистка внутренней полости трубопроводов с помощью очистных устройств различного типа, установка узлов пуска и приема очистного оборудования, повышение скорости газа в газопроводах и т. д.
Загрязнения, которые выносятся очистным устройством в процессе очистки внутренней полости газопровода, принимают в специальные емкости. Затем они вывозятся и утилизируются. Но, в отдельно взятых случаях, очистка трубопроводов негативно сказывается на экологическом состоянии окружающей среды [1].
Наибольшее скопление загрязнений наблюдается в конденсатосборниках, буферных емкостях, дрипах, пылеуловителях, дренажных и сливных емкостях.
Для проведения очистки внутренней полости газопроводов применяются различные типы очистных устройств. Выбор их типа зависит от вида загрязнений, которые накапливаются внутри трубопровода. К их числу относятся следующие: скребки, поршни-разделители и очистные поршни. В период завершения строительно-монтажных работ на газопроводах для очистки полости от загрязнений и строительного мусора (электроды, шлак и пр.) применяются скребки. Затем, после проведения гидравлических испытаний трубопровода для вытеснения жидкости, используются поршни-разделители. На заключительном этапе, после завершения пуско-наладочных работ, а также в период эксплуатации очистка внутренней полости газопровода производится при помощи очистных поршней, которые снабжены специальными манжетами и дисками для смягчения ударов при приеме поршня в камере.
Очистные поршни на установках запуска и приема иностранного производства обычно поступают в комплекте с камерами. Поршни отечественного производства поставляются отдельно и комплектуются непосредственно в линейно-производственном управлении [2].
Наименее эффективной технологией, используемой для очистки, является скребок из пеноматериалов (из пенопласта, поропласта, пенорезины). За ним следует манжетный скребок. В обоих случаях приспособление захватывает большую часть твердых частиц в трубопроводе; однако при своем прохождении через трубопровод скребок лишь разносит частицы по всей протяженности и вмазывает их в коррозионные язвы (в стенках трубопровода), которые необходимо очищать. Использование или неподходящего устройства или его неправильное применение только усугубляет проблему. Если добавить к этому убежденность в том, что стенки трубопровода очищены (хотя это не так), это становится причиной дополнительного нарушения целостности трубопровода [2].
В стремлении к сохранению целостности трубопровода борьба с коррозионными язвами — очень важна. Очистка язв от твердых частиц и предотвращение коррозии, будь она химической или биологической, является задачей первостепенной важности. Язва должна быть очищена полностью, до дна и вдоль ее краев. Любое количество частиц или микробов, оставленных в язвах, будет приводить к дальнейшей коррозии стенок трубопровода. Микробы, присутствующие на дне язв, защищают себя, покрываясь продуктами своей жизнедеятельности. Скребок из пенопласта или манжетный скребок, который проходит над ними, не беспокоя их, а только усиливая защиту микробов путем вмазывания частиц в язвы, создавая для микробов идеальную среду, способствующую продолжению коррозии стенок трубопровода.
Эффективная очистка требует, чтобы язвы были полностью очищены, и микробы были удалены. Микробам требуется время, чтобы прикрепиться к стенкам трубопровода. Регулярная программа техобслуживания с использованием правильных устройств предотвратит это.
Единственной щеткой, которая проникает в язвы и очищает их, является щетка из тонкой проволоки (или проволочная щетка) рис.1 [3]. Существуют и некоторые специальные конструкции проволочных щеток, которые наиболее эффективны в определенных случаях. Как правило, наиболее эффективным устройством очистки является скребок Bi-Di с кистевыми щетками, которые представляют собой специальные, определенным способом установленные, проволочные щетки. Плоские проволочные щетки обычно слишком большие и жесткие, чтобы обеспечить наиболее эффективную очистку язв. Прямоугольная форма плоских проволочных щеток делает их неэффективными в очистке трубопровода, поскольку они не могут достать до дна язв. А оставить микробы или очаги коррозии на дне язв является неприемлемым решением.
Рис. 1. Скребок Bi-Di с кистевыми щетками
Наиболее часто применяются очистные поршни типа ДЗК-РЭМ, ОПР-М, которые позволяют очищать полость газопроводов как от твердых, так и от жидких веществ [36]. Для очистки газопроводов больших диаметров применяются поршни-разделители следующих модификаций: ДЗК-РЭМ-1200, ДЗК-РЭМ-1400, ОПР-М-1200, ОПР-М-1400. Поршень-разделитель типа ОПР-М-1400 представляет собой полый металлический корпус, на котором закреплены очистные элементы кольцевой формы, конструктивно схожие с автомобильной покрышкой. Они поджаты распорными втулками с установленными на них поролоновыми кольцами. Поршень обычно снабжен двумя, тремя и более очистными элементами. Также используются очистные поршни ПО-1, ПО-2 и ПО-5.
При продувке трубопроводов применяются очистные поршни, предназначенные для удаления из внутренней полости трубопровода посторонних предметов и зачистки его внутренней поверхности. Очистные поршни движутся по очищаемому газопроводу за счёт энергии сжатого воздуха или природного газа. Очистные поршни состоят из следующих основных элементов: корпуса, манжетных уплотнительных устройств и металлических щёток. Манжетные уплотнения обеспечивают плотность посадки поршней в газопроводе, а металлические щётки очищают внутреннюю поверхность трубопровода.
Корпус поршня выполнен из трубы и заглушен в передней части. Смонтированные по окружности и загнутые в одном направлении трубки предназначены для создания скоростных воздушных струй, обеспечивающих при продувке одновременно с поступательным перемещением вращение поршня реактивными силами.
Для продувки трубопроводов, проходящих по сильно пересечённой местности или прокладываемых по способу «змейка», применяются поршни, выполненные из двух частей, соединённых между собой шарнирно. Для установки обеих частей по одной оси и смягчения ударных нагрузок шарнир стабилизируется цилиндрической пружиной. Такая конструкция позволяет поршню вписываться в многочисленные кривые вставки, не создавая значительных ударных нагрузок на трубопровод.
Очистные поршни типа ОП могут применяться: для продувки магистральных трубопроводов под давлением воздуха или природного газа при скорости перемещения в пределах 35–70 км/ч; для очистки полости протягивания в процессе сборки и сварки секций в нитку.
Поршни-разделители применяются для промывки и одновременного освобождения от воздуха и заполнения водой для гидравлического испытания, а также для освобождения газопровода от воды после гидравлического испытания. Скорость перемещения этих устройств должна быть не менее 1 км/ч, а максимальная скорость может достигать 10 км/ч. Для удаления воды из газопровода поршни-разделители применяют в два этапа. На первом этапе работ предварительно удаляют основной объём воды, на втором — контрольном этапе вода полностью удаляется из испытанного газопровода.
При продувке и пневматическом испытании трубопровода сжатый воздух закачивается в него передвижными компрессорными станциями.
Все вышеперечисленные способы имеют недостатки, особенно применительно к трубопроводам большой протяженности. Производительность насоса или объем жидкости, необходимые для удаления загрязнений с использованием высокоскоростных потоков, часто оказываются недостаточными. Механические скребки имеют тенденцию либо к образованию скоплений загрязнений в трубопроводе, либо к перескакиванию через них, в результате чего они образуют плотный слой, облегающий стенки (или поверхность дна) трубопровода.
Существующие конструкции очистных устройств не могут эффективно использоваться в газопроводах переменного сечения, проходить местные сужения во внутренней полости трубопровода и места, где установлены приборы или датчики. Также они не могут сохранять достаточно высокую степень герметичности на участках газопроводов большой протяженности, передвигать перед собой большие количества загрязнений без остановки или полной закупорки.
Гелеобразные поршни могут выполнять большинство функций обычных очистных устройств, а также отличаются способностью к некоторым химическим реакциям и не выходят из строя в процессе их передвижения по газопроводу, как механические поршни [4, стр.29].
Гель отличается весьма высокой адгезионной способностью по отношению к загрязняющим материалам. Эти материалы захватываются и переносятся в центральную часть гелевого поршня (рис.2).
Рис. 2. Механизм переноса загрязняющего материала в очистном поршне из геля
Удаление отложений со стенок трубопровода при использовании гелеобразных химических поршней происходит за счет растворения или выноса рыхлого мусора по мере прохождения поршня.
Используемые в настоящее время гели либо действуют подобно механическому скребку, проталкивая загрязнения вдоль днища трубопровода с уплотнением материала и, перескакивая над уплотненным слоем, либо требуют развития очень высокой скорости для образования турбулентности в виде вторичных потоков, которые имеют достаточную мощность для выноса загрязнений.
Гели характеризуются целым рядом свойств твердого тела. Они сохраняют форму, обладают упругими свойствами и эластичностью. По ряду свойств гели занимают промежуточное положение между растворами и твердыми телами.
При эксплуатации газопроводов гели используются для следующих целей: удаления загрязнений из внутренней полости трубопроводов; при заполнении и гидравлических испытаниях трубопроводов; удаления конденсата из газопроводов; прокачки ингибиторов коррозии; удаления застрявших в трубопроводах механических скребков.
В целом, выбор скребков в 90 % [5] случаев следует применять скребки с использованием щеток. Применение кистевых щеток на скребках будет способствовать сокращению затрат на уретан примерно на 50 % [5], поскольку их понадобится значительно меньше. Это наиболее эффективная комбинация.
Может быть применен также вариант, когда вместо механических поршней за осушающим следует гелеобразный проталкивающий поршень, по составу совместимый с проталкивающим газом. В состав геля этого дополнительного поршня может быть введен ингибитор коррозии.
Цепочка из комбинации гелевых поршней, в том числе осушающего, механических поршней и проталкивающего газа, может обеспечить одновременное освобождение полости трубопровода от воды и осушку и, как следствие, значительное сокращение затрат времени и средств на проведение этих операций по сравнению с обычно применяемыми методами.
Литература:
1. Крылов В. Г., Салюков В. В., Отт К. Ф., Смирнов В. А., Стояков В. М. Очистка линейных участков магистральных газопроводов // Газовая промышленность, 2000, № 11. — с. 57–58.
2. Natural Gas Engineering Handbook, 2nd Edition Copyrigt, 2005 by Gulf Publishing Company, Houston, Texas
3. Бошкова, И. Л. Трубопроводный транспорт и переработка продукции морских скважин. Учебное пособие/ И. Л. Бошкова. — Одесская государственная академия холода, 2010. — 144 с.
4. Бурных В., Дутчак И., Ковалева Л., Макеев А., Слесарев В. Исследование технологического процесса очистки газопроводов гелями и области их применения // Нефтяник, 1994, № 3. — с. 29–32.
5. Assessing The Effectiveness Of Pipeline Cleaning Programs/ Pipeline & Gas Journal? June, 2012.
