НЕФТЕГАЗОВОДОПРОВОД КАШЕВАРОВА "НГВПК" Российский патент 1997 года по МПК F16L9/18 F16L1/24 

Изобретение относится к трубопроводам, применяемым для транспортировки нефти, газа, воды и других веществ и прежде всего к транспортировке нефти с большим содержанием парафинов, транспортируемой по трубопроводу в горячем состоянии, при котором ее вязкость уменьшается в несколько раз.

Предлагаемый трубопровод НГВПК может получить эффективное применение не только для транспортировки нефти в подогретом состоянии, но также и для транспортировки обычной (холодной) нефти одновременно с попутным газом, который до сих пор в огромных количествах (более 10 млрд. м³) сжигается в факелах при добыче нефти из-за отсутствия газопроводов.

Аналогом предлагаемого трубопровода является трубопровод Ю.Б. Кашеварова а. с. СССР N 1564455 с приоритетом 22.12.87 г. Однако несмотря на явное преимущество этого трубопровода перед известными до сих пор изобретение не получило реализации. По-видимому, одной из главных причин этого явилось отсутствие в техническом описании трубопровода машины, необходимой для его изготовления. Второй причиной является сложность конструкции изготовления трубопровода по а. с. N 1564455. Третей причиной может быть отсутствие прочного дешевого эластичного материала, который необходим для сооружения такого трубопровода, в результате чего применена листовая сталь для образования периферийных трубопроводов. Наиболее близким к заявленному является трубопровод, известный из патента США N 3777502, 1973 г.

Предлагаемый трубопровод НГВПК исключает упомянутые недостатки трубопровода по а.с. N 1564455 и в результате применения нового материала многослойного стеклополотна, способ изготовления которого дан в патенте РФ N 2008383, 30.01.90 г. и новой машины МК-2 для прокладки трубопровода НГВПК. Многослойное стеклополотно, изготовленное по упомянутому способу, обладает прочностью на разрыв, превосходящей прочность лучших сортов стали, и к тому же имеет меньшую стоимость изготовления, большую химическую стойкость, меньшую массу в 5 10 раз при равной прочности на разрыв чем сталь.

Такие характеристики многослойного стеклополотна позволили упростить устройство предлагаемого трубопровода по сравнению с его прототипом и разработать конструкцию машины МК-2 для изготовления и прокладки трубопровода НГВПК, которая позволяет механизировать этот процесс и сделать его более производительным и дешевым.

Трубопровод НГВПК предлагается с целью уменьшения капитальных затрат на строительство нефтепроводов и затрат на их эксплуатацию, особенно для нефтепроводов, предназначенных для транспортировки парафиновой нефти, и для транспортировки обычной нефти одновременно с попутным газом. Кроме того, трубопровод НГВПК имеет целью уменьшить экологическую опасность, создаваемую известными нефтепроводами в результате утечки нефти из них в процессе аварий, а также уменьшить экономический ущерб, связанный не только с потерей вытекшей из нефтепровода нефти, но и с затратами на ликвидацию экологических последствий разлива нефти по земле и воде. Если учесть, что ежегодно из нефтепроводов вытекает в результате их повреждения более 1% транспортируемой нефти, то для нашей страны теряется нефть стоимостью до миллиарда долларов, при этом экологический ущерб от этого в несколько раз превышает стоимость утраченной нефти.

Трубопровод НГВПК состоит из трех эластичных оболочек, выполненных из многослойного стеклополотна. Его внутренняя оболочка предназначена для транспортировки нефти, верхняя наружная оболочка для природного газа или попутного газа, а нижняя оболочка для горячей воды. При этом внутренняя оболочка окружена оболочками для газа и воды и вероятность ее повреждения уменьшается во много раз по сравнению с вероятностью повреждения известных нефтепроводов. К тому же повреждение внутренней оболочки при сохранности наружных оболочек для воды и газа не ведет к утечке нефти из трубопровода и позволяет произвести его ремонт с затратами, во много раз меньшими, чем стоит ремонта известного нефтепровода и устранение экологических последствий разлива нефти от аварий на известных нефтепроводах.

При транспортировке парафиновых нефтей существенно уменьшается число насосных станций и станций подогрева нефти, а также уменьшается суммарная мощность насосных станций и станций подогрева нефти, необходимые для перекачки заданного объема нефти, т.к. горячая вода, закачиваемая в трубопровод, имеет большую температуру, большую теплоемкость, большую текучесть (меньшую вязкость) чем нефть, в результате чего нефть перекачивается при более высокой температуре с меньшей вязкостью. Использование горячей воды, закачиваемой в нижнюю оболочку трубопровода НГВПК, может дать большой технико-экономический эффект и сократить срок окупаемости капитальных затрат на строительство трубопровода.

Изготовление трубопровода производится на трассе его прокладки с помощью машины МК-2, смонтированной на базе полуприцепа к седельному тягачу, состоящему на серийном производстве. В машину МК-2 устанавливаются два рулона с полосами многослойного стеклополотна, из которых изготавливается внутренняя оболочка нефтепровода, и два рулона с верхней и нижней оболочками нефтепровода из многослойного стеклополотна, предназначенными для наружных трубопроводов соответственно газа и воды. После склейки двух наружных оболочек с внутренней оболочкой производится обмотка наружных оболочек полосами многослойного стеклополотна на обмоточных механизмах машины МК-2 с проклейкой между слоями обмотки.

Таким образом поставленная цель достигается, во-первых, конструкцией трубопровода, обеспечивающей уменьшение затрат на транспортировку нефти, ремонт нефтепровода, устранение экологических последствий повреждения трубопровода. Во-вторых, применением нового материала для изготовления трубопровода многослойного стеклополотна, изготовляемого по разработанному мной способу, более прочного, дешевого, более долговечного и более удобного для строительства трубопровода чем сталь. В-третьих, применение специальной автомашины МК-2, конструкция которой предложена для изготовления и прокладки трубопровода и позволяет в несколько раз ускорить и удешевить создание трубопроводов, соединяющих нефтедобывающие и нефтепотребляющие регионы, отстоящие друг от друга на тысячи километров.

На фиг. 1 дан общий вид машины МК-2 сверху; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 сечения Б-Б и В-В на фиг. 2; на фиг. 4 сечение Г-Г на фиг. 2; на фиг. 5 узел I на фиг. 4.

Машина МК-2 в рабочем положении изображена в виде полуприцепа 1, установленного на задней части грузового автомобиля 2.

Полуприцеп 1 имеет колонки 3, на цапфах 4 которых установлены полуоси 5 катушки 6 с рулоном 7 оболочки 8 и колонки 9, отличающиеся от колонок 3 тем, что на время установки нижней катушки 6 они отклоняются во внешнюю сторону, колонки 10 и 11 такого же устройства, что и колонки 3 и 9, предназначенные для установки на них цапф 12 полуосей 13 катушки 14 с рулоном 15 оболочки 16, колонки катков 17 и 18 и 19, электромотор с редуктором 20, баки 21 и 22 с клеем и лаком, обмоточный механизм 23, стальной кожух 24, ходовые колеса 25 и установочные колеса 26.

Обмоточный механизм 23 машины МК-2 имеет устройство, аналогичное устройству известного обмоточного механизма машины МК, описание которого дано в а. с. N 1800193. Отличие обмоточного механизма 23 (фиг. 1) заключается только в том, что перед каждой обоймой 27 (фиг. 2) имеется кольцо 28, жестко связанное с рамой полуприцепа 1, имеющее паз и трубку 29, предназначенные для проклейки обмотки трубопровода слоями 30 стеклополотна.

С верхнего и нижнего рулонов 7 в процессе движения машины МК-2 сматываются полосы пластмассы 31 (на фиг. 3a обозначены косой штриховкой), армированной стеклополотном 32 (изображенным крестиком) с их внутренней стороны (по отношению к рулону 7), так, что при прохождении через катки 17 и 33 (фиг. 3a) полосы пластмассы 31 соприкасаются под воздействием на них катков 17. Катки 33 разогреваются (как электроутюги) до температуры спекания (сварки) полос пластмассы 31. Катки 33 имеют радиус больше радиуса катков 17 на толщину одной полосы пластмассы 31. Проходя через них, две полосы 31 спекаются свариваются в результате их разогрева и вдавливания в них полос стеклополотна 32. Катки 33 имеют ширину, равную расстоянию между оболочками 36 (фиг. 4 и 5) нефтепровода "Н" и водопровода "В" или газопровода "Г". Между катками 33 и 17, имеющими общую ось вращения, находится теплоизолирующая шайба 34, препятствующая разогреву катков 17, в результате чего пластмассовые поверхности соприкасающихся оболочек 31, находящихся между шайбами 34 и между катками 17, не соединяются (не свариваются) между собой, этому содействует также то, что катки 17 не создают давление на полосы, сматываемые с верхнего и нижнего рулонов 7, а только сближают эти полосы до соприкосновения. Края полос, выходящие за пределы ширины катков 33, также остаются не сваренными между собой.

После прохождения полос между катками 33 в углубление, созданное верхним катком 33, из верхней трубки 35 вытекает клей, а из нижней трубки 35 на ширину катка 33 клеем (на фиг. 3 клей обозначен точечным пунктиром) смазывается проходящая под этой трубкой пластмассовая полоса, стягиваемая с рулонов 15 и представляющая собой вдвое сложенный рукав из эластичной водо-, газо и нефтенепроницаемой пластмассы 36, армированной продольными полосами стеклополотна, которая на фиг. 3б, 4 и 5 обозначена утолщенной черной линией.

Катки 18 сближают полосы 36 до соприкосновения с центральной полосой, соединенной катками 17. При этом смазанные клеем поверхности полос 36 склеиваются с центральной полосой. Катки 19 сжимают все полосы, проходящие между ними, в такой мере, что, во-первых, их вращение определяет скорость движения этих полос между катками 19, и во-вторых, препятствует проходу между ними сжатого воздуха, нагнетаемого компрессором в пространство 37, образующее центральный нефтепровод "Н", и пространства 38 газовода "Г" и водопровода "В". Катки вращаются с помощью электродвигателя с редуктором 20, который также вращает вал 39, приводящий в движение все механизмы обмоточного механизма 23 со скоростью, согласованной со скоростью вращения катков 19, определяющих также скорость движения машины МК-2 вдоль трассы трубопровода.

Давление сжатого воздуха, нагнетаемое компрессорами в пространства 37 и 38, определяет натяжение изготовленного трубопровода 40 между машиной МК-2 и якорным устройством, фиксирующим начальный конец трубопровода 40, в который нагнетается сжатый воздух по мере продвижения машины МК-2 по трассе трубопровода. При этом в пространстве 37 создается давление воздуха на 0,3 - 0,5 кг/см² больше атмосферного, а в пространстве 38 на 0,2 0,3 кг/см² больше атмосферного.

В машине МК-2 давление сжатого воздуха в пространстве 38 воспринимает стальной кожух 24, который придает оболочке 36 цилиндрическую форму для обмотки ее стеклополотном 30 в обмоточном механизме 23.

Ось трубопровода, изготавливаемого машиной МК-2, имеет наклон к поверхности земли, уменьшающий его деформацию в вертикальной плоскости при укладке на трассу.

Изготовленный трубопровод подвергают испытанию, создавая давление воздуха в нем в 1,5 раза больше чем оно возможно при эксплуатации. Затем давление воздуха понижается до расчетного при его эксплуатации и он укладывается в траншею. Если трубопровод предназначается использовать для транспортировки горячей нефти, то до его укладки в траншею производится обмотка его теплоизолирующим слоем с гидроизоляцией обычным способом известными устройствами, применяемыми для этой цели.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого трубопровода, предназначенного, например, для транспортировки нефти в разогретом состоянии, уменьшающим ее вязкость, будет существенно выше чем у известных нефтепроводов за счет того, что станции подогрева и перекачки нефти могут быть установлены в 2 3 раза на большем расстоянии друг от друга при равной затрате энергии на каждой из станций подогрева и перекачки нефти, т.к. одновременно будет подогреваться и закачиваться в пространство 38 горячая вода, обладающая большей теплоемкостью и текучестью чем нефть. Следовательно, при эксплуатации в 2 3 раза уменьшаться энергозатраты для транспортировки равного объема нефти.

С уменьшением в 2 3 раза числа станций по подогреву и перекачки нефти существенно уменьшатся капитальные затраты на строительство предлагаемого трубопровода. При этом стоимость изготовления самого нефтепровода предлагаемым способом из пластмассы и стеклополотна будет по крайней мере в 1,5 2 раза дешевле чем ныне изготовляемого металлического. Учитывая изложенное, можно принять, что стоимость изготовления предлагаемого нефтепровода со станциями подогрева и перекачки нефти будет в 2 раза дешевле чем ныне создаваемого. Следовательно, скорость окупаемости капитальных затрат уменьшится не менее чем 3 4 раза.

К тому же необходимо учесть, что предлагаемый нефтепровод будет в 2 3 раза долговечнее чем металлический, во-первых, потому, что пластмасса и стеклополотно в несколько раз более химически стойкие чем сталь, и, во-вторых, металлические нефтепроводы поражаются таким разрушительным явлением как "усталость металла", порождаемая гидравлическими ударами в процессе перекачки нефти. Предлагаемый нефтепровод не подвержен такой страшной (аварийно опасной) болезни металла, т. к. в конструкции нефтепровода предусмотрено пространство 38 для перекачки газа, которое полностью исключает вредное воздействие гидравлических ударов на нефтепровод, к тому же материал предлагаемого нефтепровода не подвержен такой болезни.

Большое значение будет иметь предлагаемый нефтепровод и для соблюдения требований безопасности и экологичности такого рода сооружений, т.к. даже при повреждении оболочки нефтепровода, ограничивающей пространство 37, нефть попадет в пространство 38 трубопровода 40 и на землю не вытечет из трубопровода ни одной капли нефти. При этом будет зафиксировано изменение давления в пространствах 37 и 38 по отношению к нормальным и тем самым будет определена необходимость отключения трубопровода и его ремонт с предварительной откачкой его содержимого на станциях, смежных с местом повреждения нефтепровода 37.

Учитывая преимущества предлагаемого нефтепровода перед ныне сооружаемыми нефтепроводами, нефтегазоводопровод НГВПК следует применять и для перекачки обычной нефти, не требующей подогрева. В этом случае пространство 38 следует использовать для транспортировки попутного нефтяного газа, а не сжигать его в факелах, как это делается в настоящее время, когда более 10 млрд. м³ попутного газа ежегодно сжигается в бесполезных факелах, что равноценно ежегодным потерям более 10 млн. т нефти.

Использование: строительство трубопроводов. Сущность изобретения: в нефтегазопроводе внутренний трубопровод 37 выполнен из двух полос многослойного стеклополотна, а внешний коаксиальный трубопровод 38 имеет перегородки 36, образованные склеиванием внахлест полос внутреннего трубопровода и изготовлен из двух оболочек-рукавов, приклеенных к перегородке. Наружный трубопровод усилен многослойной круговой намоткой многослойного стеклополотна с пропиткой слоев обмотки полосами стеклополотна. 5 ил.

Нефтегазоводопровод, содержащий внутренний цилиндрический трубопровод, наружный коаксиальный с ним и образующий кольцевой, разделенный диаметральной перегородкой канал, трубопровод, отличающийся тем, что внутренний трубопровод выполнен из двух полос многослойного стеклополотна, а диаметральная перегородка из шва, образованного склеиванием внахлест этих полос, при этом наружный трубопровод изготовлен из двух приклеенных к перегородке оболочек-рукавов, причем наружный трубопровод усилен круговой в несколько слоев обмоткой многослойного стеклополотна с прокладкой между слоями обмотки полосами стеклополотна.