МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА ПРЕДПРИЯТИИ нефтяной и ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Всесоюзный научно-исследовательский институт по строительству магистральных трубопроводов

-ВНИИСТ-

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ИСПЫТАНИЮ, ОСУШКЕ И ЗАПОЛНЕНИЮ ПРОДУКТОМ ПРОДУКТОПРОВОДА ШФЛУ

Р 597-86

Москва 1986

МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА ПРЕДПРИЯТИЙ НЕФТЯНОЙ И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Всесоюзный научно>исследовательский институт по строительству магистральных трубопроводов

■ВНИИСТ*

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ИСПЫТАНИЮ, ОСУШКЕ И ЗАПОЛНЕНИЮ ПРОДУКТОМ ПРОДУКТОПРОВОДА ШФЛУ

Р 597-86

Москва 1986

4.5.5.    Время осушки участка Т определяют по формуле

(5)

X

4.5.6.    Наиболее рационально производить осушку одновре -менно по нескольким участкам продуктопровода, принимая длину осушаемого участка 100-200 км.

4.6.    При отсутствии источника природного газа осушку внутренней полооти трубопровода рекомендуется проводить методом его вакуумирования.

4.6.1.    Осушка вакуумированием основывается на принципе испарения пленочной влаги со стенок трубопровода при давлении насыценяя, соответствующем температуре трубопровода.

В ходе вакуумной осушки наблюдается несколько характерных фаз.

Первая фаза достаточно быстротечная, соответствует удалению из трубопровода воздуха и небольшой части водяного пара; давление уменьшается от атмосферного до давления насыщения воды при температуре внутри трубопровода, принимаемой равной температуре грунта на глубине заложения.

Вторая фаза - собственно осушка трубопровода, значительно продолжительнее; во время этой фазы вода находится в состоянии кипения, образующийся водяной пар отсасывается вакуупирующим устройством; вторая фаза характеризуется постоянством давления и температуры.

Третья фаза соответствует удалению водяного пара, оставшегося в трубопроводе после второй фазы; давление вновь падает достаточно быстро, переходя от давления насыщения к значению, близкому к предельному вакууму, создаваемому системой.

4.6.2.    Потер) давления Л Р на трение по длине трубопровода при вакуумировании определяют по формуле

'ICQ'

^{ЛР 2} $ ^Яе $ (f*p ’    ^(б)

где 6 - коэффициент сопротивления по длине;

„ „от - поток газа;

— Р -f д

- среднее давление в трубопроводе;

10

Рис.4. Зависимость падения давления в трубопроводе от длины участка при различных диаметрах трубопровода для Р£ = 4 мм рт.ст.

- i • 0,1;----d = 0,219; - о    -d=0,530

II

P,, P ? - давление в начале и в конце юубопровода соответственно;

2    -    дннакическая вязкость откачиваемого газа;

В - длина осушаемого трубопровода;

d - внутренний диаметр трубопровода.

- задается из технологических соображений в зависимости от температуры внутри трубопровода и возможностей ваку-умирущего устройства, a Q определяется производительно -етъю вакуумирующего устройства при заданном .

4.6.3. Максимально возможную длину осушаемой секции выбирают в соответствии с рис.4.

Для интенсификации процесса осушки отсос паровой фазы производится поочередно с противоположных концов осушаемой секции, причем вакуумирующая система периодически подключается к соседним секциям.

При таком методе максимально возможная длина осушаемой секции по п.4.6.3 удваивается.

Рис.5. Зависимость давления от температуры на кривой насыщения

12

Методика оценочного расчета времени осушки секции трубопровода

4.6.4. Методика расчета разработана в предположении,что при достижении давления насыщения процесс испарения и откачки является квазистационарным, что характерно для трубопровода диаметром более 300 ш при длине осушаемой секции не более

20 км.

4.6.3. Задаются исходные величины:

внутренний и наружный диаметр осушаемого трубопровода

давление в месте вакуумирования Pj> ; быстрота откачки вакуумирующего устройства S_н при давлении всасывания;

4.6.6. Последовательность расчета:

по графику зависимости упругости паров воды от температуры выбирают давление насыщения при температуре грунта;

определяют поток газа в выходном сечении трубопровода по формуле    /

~~2 /

температура грунта на тлубине заложения трубопровода /_g^

Q' = S_H Л

определяют АР = Pj - Р^ , по рис.6 находят максимально возможную длину осушаемой секции для заданных значений £)g, P_z и Q \

рассчитывают количество влаги, подлежащей удалении из секции определенной выше длины, по формуле (2);

осушаемый участок длиной L разбивают на /2 равных участков В i и вычисляют давление в каждом I -м участке при значениях Р₂ и Q* ;

по графику рис.5 определяют значение давления насыщения P_s. в каждом ь -м участке;

в зависимости от величины Р$- по графику зависимости упругости паров воды от температуры находдт значение послед -ней в каждом i -м участке Tj ;

определяют перепад температур в каждом i -м участке осушаемой секции:

л /; - т_?р    /i    )

13

в зависимости ох величины ATi по графику (рис.б) вычисляют величину удельного теплового потока Qj от грунта в трубопроводу при нестационарной теплообмене мевду ними. Знания удельного теплового патока, представленные на рис .6,найдены путей численного решения на ЭВМ уравнения Фурье;

определяют тепловой поток Ц} на i -и участке трубопровода:

Si - Vi s_t,    _we    S_i-7S„e_i

Рис.6. Зависииость удельного теплового потока от теи-пературного напора

14

рассчитывают массу воды /#,- яа i -и участке: производят расчет времени испарения Т- массы воды/77/

где R - скрытая теплота парообразования воды;

осушки всего участка:

Г V’

Т -

_r Rm

Ъ-~ТГ'

определяют среднее время Т

т = J* ;

ti    _

находят среднее паровадеденне щ по всему участку трубопровода:    _

m •^s~y~'

определяют объемное паровыделение if в месте вакуумирования:    —

a. m

*~7п

где р/I - плотность паровой фазы при давлении Р* и тем-^J пера туре T_z

и сравнивают с быстротой откачки вакуумнруюцего устройства;

если ~tf_н или lf«S_H , то выбирают другое ва-куумируюцее устройство, другую величину О.' или изменяет длину осушаемой сещни таи, чтобы    _н    ;

определяют объем \Г викуумируемой секции:

определяют время Тф откачки воздуха из секции фор -вакуумным насосом:

с-__)Р

с    ^ЬФ

еде ^йф - быстрота откачки форвакуумным насосом; общее время осушки Т₀

Т₀ = Т₂ + Тф .

15

Необходимое оборудование

4.6.7. Выбор оборудования основывается на следующих критериях:

времени применения; продолжительности операции; наблюдении, техническом обслуживании; транспортировке, грузовых операциях; стоимости рабочей силы; стоимости энергии; температуре внутри трубопровода; характеристике размеров сооружения; наличии охлаждающей воды.

Оборудование, необходимое для вакуумной осушки трубопровода, состоит:

из системы создания вакуума; из оборудования КШ1.

Системы создания вакуума

4.6.8. Существует иного решений, обеспечивающих выполнение осушки трубопровода вакуумный методом.

Среди наиболее используемых можно рекомендовать; крыльчатке насосы (параллельное включение); крнльчатые насосы, включенные параллельно с насосом ВООТС; насосы с жидкостным кольцом, включенные с устанавливаемым перед ними газоструйным эжектором;

многоступенчатые эжекторные системы (газо- или водоструйные).

Наибольший интерес для осушки трубопроводов большого диаметра и протяженности может представлять схема вакууыируюпего устройства, представленная на рис.7.

Вакуумный насос 2 выбирают таким, сдобы предельное давление его йлло меньше давления насыщения веды нри средней температуре трубопровода, а производительность примерно соответст -вовала объемному паровыделекию при кипении.

16

Рис.7. Технологическая схема вакуумирующего устройства для осушки продуктопроводов:

I - гигрометр; 2 - вакуумный наооо 3 - конденсатор: 4 - эжектор;

5    - компрессор (парогенератор);

6    - глушитель

Эжекторы рассчитывают по методике, описанной в [2 ] и выбирают так, чтобы суммарный коэффициент инжекции (отношение массы инжектируемого потока к массе рабочего потока) обеспечивал отсос несконденсировавшею я газов после первого конденсатора.

Конденсаторы, представляющие собой кожухотрубные теплообменники, охлаждаемые водой, рассчитывают по методике [з].

Оборудование КИП

4.6.9. Независимо от характеристик продуктопровода, которые большей частью известны, необходимо определить параметры:

температуру внутри трубопровода во время осушки, меняющуюся по длине;

остаточное количество воды в начале осушки, зависящее от тщательности выполнения предыдущей стадии вытеснения воды разделителями;

характер окружающей среды, изменяющийся по длине трубо -провода.

За время выполнения осушки контролируют только два параметра:

а)    абсолютное давление, по которому во время фавн кипе -ния можно судить о средней температуре лшения.

Для этой целя можно использовать вакуумметры типа МТП-СА или дифманометры, один конец которого подсоединен ж вакуумному сосуду с разрежением не менее Ю“²торр;

б)    точка росы смеси воздух - всасываемый водяной пар, которая поввеляет убеджтьоя:

в отсутствии натекания воздуха (по содержанию неконденсируемых газов);

в состоянии сухости трубопровода в конце операции.

Для згой цели могут использоваться гигрометры соответствующего типа.

5. ЗАПОЛНЕНИЕ ПРОДУКТОПРОВОДОВ Ш1 ПРОДУКТОМ

5.1. Заполнение продуктопровода продуктом - технологическая операция, следующая непосредственно за осуикой продуктопровода. Технология заполнения во многом определяется тем,каким способом выполнялась осумка продуктопровода.

Схема посекционного заполнения продуктопровада

5.2. Если осумка сещии продуктопровода производилась природным газ mi, то рекомендуется следующая технология его заполнения (рнс.8,а).

5.2.1.    В секции устанавливают давление природного газа на 0,2-0,3 МПа больше, чем давление упругости паров ШФЛУ при данной температуре грунта (например, 0,7 Ша при температуре грунта 12*Чз).

5.2.2.    Заполнение производится насосом I на закрытую с обеих сторон секцию I без применения разделителей.

5.2.3.    После повышения давления в секции на 0,2-0,3 МПа и начала конденсации продукта открывается кран на свечу со стороны линейного крана, находящегося на более высокой отметке в случае прямолинейного участка; с двух сторон - в случае выгнутого вниз участка, и со стороны, противополакной месту заполнения,в случае выгнутого вверх участка.

5.2.4.    Природный газ, выходящий из заполненной секции, скитается на факельном устройстве.

5.2.5.    Максимальный темп заполнения М_тах определяют следующим аналитическим выражением:

где J> - средняя плотность продукта, кг/м3;

р., р - плотность газообразного и жидкофазного продукта j'J на линии насыщения соответственно, кг/мз;

R - теплота конденсации, ккал/кг;

^    -    тепловой поток от трубопровода к грунту,ккал/м²*ч.

19

УДК 621.643.001.4(083.96)

В настоящем документе приведены рекомендации по уточненшо параметров гидравлических испытаний продуктопроводов на герметичность с учетом температурной стабилизации, по технологии осушки внут -ренней поверхности продуктопроводов и по залояне -нив продуктопровода ШФЛУ (широкой фракции легких углеводородов).

Рекомендации раэработаны лабораторией строительства специальных трубопроводов Киевского филиала ВНИИСТа.

Научный руководитель и ответственный исполнитель канд.техн.наук А.А.Свердлов. Исполнители: А.И.Валеева, Н.В.Туб.

Всесоюзный научно-исследовательский институт по строительству магистральных трубопроводов (ВНИИСТ), 1986

а

Рис.8. Технологические схемы заполнения продуктопроводов: н - номера секций; I - насос; <1,3,... а - линейные краны;* 4 - нагреватель

Министерство стро-{Рекомендации по испытанию ительства предпри-jосушке и заполнению про -ятий нефтяной и ;дуктом продуктопровода ШФ. газовой проиышлен-; ности    ;

,    }    Р    597-86

I. ОБОЛЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Рекоиендации распространяются на технологию гидравлических испытаний на герметичность линейной части магистральных продуктопроводов, прокладываемых подземно.

1.2.    Рекомендации разработаны в развитие глав СМиП Ш-42-80 "Магистральные трубопроводы. Правила производства и приемки работ".

Х.З. В Рекомендациях представлены зависимости для выбора времени температурной стабилизации продуктопроводов при гид -равлических испытаниях на герметичность, рекомендации по испытанию трубопроводов в зимнее время, а такие по выбору технологии осушки и заполнения продуктом продуктопровода 1ВФЛУ.

1Л. При проведении технологических процессов и измерений параметров необходимо руководствоваться "Правилами техники безопасности при строительстве магистраль®!* трубопроводов" (М., Недра, 1982), утвержденными Миннефтегазстроеы П/УШ-1981 г.

1.5.    Примеры расчетов продолжительности температурной стабилизации и продолжительности осушки приведены в рекомендуемом прмд.1.

1.6.    Рекомендации по технологии осушки продуктопроводов ШФЛУ могут быть исп ользованы при осушке других продуктопроводов, имевших диаметр не более 700 мм и требующих степени осушки внутренней полости, соответствующей температуре точки росы не ниже минус 20°С.

( Утверждены КФ ВНИИСТа j 20 марта 1986 г.

i

!_

Внесены КФ ВНИИСТа, лабораторией строительства специаль -аых трубопроводов

Срок вве ния в дей I января 1987 г

[стане

1.7. Рекомендации по технологии заполнения продуктопрово-дов ШФЛУ могут быть использованы при заполнении других продук-топроводов продуктом, транспортируемым при сверхкритическом давлении.

2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ПРОДУКТОПРОВОДОВ НА ПРОЧНОСТЬ

2.1.    Гидравлические испытания продуктопроводов ШФЛУ на прочность производятся в соответствии со СНи11 Ш-42-80 "Магистральные трубопроводы. Правила производства и приемки работ" при положительных температурах грунта на глубине заложения трубопровода.

2.2.    При отрицательных температурах грунта на глубине заложения гидравлические испытания осуществляются водным раствором метанола или диэтиленгликоля. Концентрация раствора 10% вес.

Длина испытываемого участка не должна превышать 10 км (между двумя линейными кранами, выдерживающими одностороннее дав -ление).

испытательная среда (водный раствор метанола или диэтиленгликоля) по окончании испытания секции передавливается в следующую секцию.

3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ИСШГАНИЯ ПРОДУКТОПРОВОДОВ ШФЛУ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ

3.1.    Гидравлические испытания продуктопроводов на герметичность выполняются в соответствии с "Рекомендациями по методике расчета параметров гидравлических испытаний магистральных продуктопроводов на герметичность" (Р 386-85).

3.2.    Гидравлические испытания продуктопроводов ШФЛУ на герметичность производится с учетом температурной стабилизации трубопровода.

3.3.    Отсчет времени температурной стабилизации трубопровода начинается в момента окончания заполнения трубопровода жидкостью.

4

В продолжительность температурной стабилизации включается время подъема давления напорной среды до испытательного на прочность, время выдержки под испытательным давлением и время снижения давления напорной среды до Рр, при котором произво -дится испытание на герметичность.

3.4. При испытаниях используется манометр Ы1-П2 с пределом измерения 10,0 Ша, класса точности 0,3 по ГОСТ 8623-77.

3.3. Продуктопрсвод ШФЛУ следует считать стабилизированным по температуре, если суточное изменение давления воды в нем в процессе выдержки под испытательным давлением, обуслов -ленное теплообменом трубопровода с грунтом, не превышает допустимой основной погрешности манометра, применяемого для изме -рения испытательного давления, т.е. 0,05 Ша в сутки,

3.6. Продолжительность Т_ст температурной стабилизации трубопровода (п.3.3) определяют по уравнению

(V

где ^ - продолжительность температурной стабилизации испытываемого участка трубопровода диаметром 273 мм при значении коэффициента теплопроводности грунта, равном 0,93 Вт/мтрад (0,8 ккал/м*ч*град) и суточном изменении давления, меньшем 0,03 МПа;

К_я - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние ^А теплопроводности грунта на продолжительность температурной стабилизации;

Kj - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние ди-“ аметра трубопровода на продолжительность его температурной стабилизации.

3.6.1.    Т₀ определяют (рис.1) по температуре грунта на глубине заложения трубопровода и температуре воды, закачиваемой в трубопровод при его заполнении.

3.6.2.    Коэффициент Н_л для испытываемого участка трубопровода рассчитывают по теплопроводности грунта на глубине заложения трубопровода (рис.2).

3.6.3.    Если испытываемый участок трубопровода проложен в грунтах с различающимися коэффициентами теплопроводности, то коэффициент К * вычисляют как среднеарифметическое

ZK,

-AlL.

У?    ft.

L

«я

5

где    К:    - коэффициент теплопроводности на данной i -и

участке;

t_г - длина i -участка;

Ь - длина испытываемого трубопровода.

Рис.1. Зависимость продолжительности температурной стабилизации Т0 трубопровода диаметром 273 мм от температуры грунта tгр и закачиваемой воды t. при коэффициенте теплопроводности грунта Л = - 0,93 Вт/м*град (0,8 ккал/м*ч*град) и суточном изменении давления веды др = 0,0? МПа

3.6.4. При отсутствии данных по теплопроводности грунта для испытываемых участков трассы коэффициент Кj определяют по минимальному значению коэффициента теплопроводности для грунтов данного региона (справочное приложение 2).

3.6.5. Коэффициент К £ для испытываемого участка трубопровода находят по отношению данного диаметра (I к диаметру d₀ - 273 мм (рис.З).

Рио.2. Зависимость коэффициента коррекцииК _Л от коэффициента теплопроводности грунта Л

Рис.З. Зависимость коэффициента коррекции К d от отношения диаметров d / о ₀

7

3.7.    Продуктопровод считается выдержавший испытание на герметичность, если не будут обнаружены утечки, а после окончания температурной стабилизации давление останется без изменений.

3.8.    При обнаружении утечек участок трубопровода подлежит ремонту, повторному испытанию на прочность и проверке на герметичность; если воду не удаляли из трубопровода, температур -ная стабилизация не требуется.

4. ОСУШКА ВНУТРЕННЕЙ ПОЛОСТИ ПРОДУКТОПРОВОДОВ ШФЛУ

4.1.    Осушка внутренней полости продуктопроводов ИЩУ осуществляется с целью предупреждения образования гидратов при заполнении продуктопровода продуктом.

4.2.    Для предупреждения образования гидратов необходимая степень осушки внутренней полости продуктопровода ШФЛУ должна соответствовать температуре точки росы от -10 до -15°С.

4.3.    Осушку внутренней полости продуктопровода производят после удаления из него свободной влаги поршнями-разделителями согласно СНиП Ш-42-80 (разд.Н).

4.4.    Теоретическое количество воды , подлежащей удалению из трубопровода осушкой, определяют по формуле

~( ^3 -2Sf]^lJ>K    (2)

-    внутренний диаметр трубопровода, м;

-    длина осушаемого участка, ы;

-    толщина водяной пленки, м;

-    плотность воды, кг/м³;

-    коэффициент, зависящий от профиля трубопровода, качества вытеснения воды поршнями-разделителя-ми и т.д.

kA .1. Толщина пленки жидкости на внутренней поверхности трубопровода зависит от. состояния внутренней поверхности трубопровода, наличия покрытия на поверхности и т.д.

Толщина пленки изменяется от 20 до 100 мкм. Обычно на

специально не обработанных поверхностях толщина пленки составляет ВО шш, на новых трубах после тщательней очистки - 50 мкм,

4.4.2. Коэффициент К принимается равным 1,2.

4.5. На трассах строительства продуктопроводов, гделме-ется возможность подключения его к действующим газопроводам, рационально проводить осушку природным газом низкого давления.

4.5.1.    Природный газ для осушки внутренней полости трубопровода должен иметь температуру точки росы не выше -15°С.

4.5.2.    Максимальное давление природного газа на входе в осушаемый участок не выше 2,0 МПа ниже области образования-гидратов природного газа при минимально возможных температу -рах грунта на глубине заложения продуктопровода.

4.5.3.    Теоретическое количество газа $_т , необходимого для осушки участка продуктопровода длиной L , определяют по формуле

' ⁽³⁾

где    - предельное влагосодержание природного газа при

средней температуре в осушаемом трубопроводе и давлении 0,1 МПа;

$р - количество влаги, содержащееся в исходном газе, подаваемом на осушку, г/ны³.

4.5.4. Пропускную способность участка трубопровода О вычисляют по формуле Г 11    '

4AJV Ри ~ Рн ^ °'^55/

поправочный коэффициент, учитывающий отклонение режима течения газа от квадратичного;

коэффициент, учитывающий влияние подкладных колод;

коэффициент эффективности, учитывающий состояние внутренней полости трубопровода;

давление газа на входе и на выходе из трубопоово-да соответственно, МПа;

коэффициент сжимаемости;

относительная плотность газа по воздуху;

средняя температура по длине трубопровода, К.

км.

9