Трубопровод

Промышленный трубопровод представляет собой сложное техническое сооружение, которое предназначено для бесперебойной поставки углеводородов или других веществ в жидком и газообразном состоянии. Все трубопроводы — это сложные системы с большим количеством труб, а также соединений. Трубопроводы экономически выгодны, поскольку удешевляют доставку материалов на огромные расстояния.

Классификация

Существует большое количество типов трубопроводов с различным диаметром, поэтому их классификация многообразна и основывается на том параметре, по которому они анализируются. В зависимости от циркуляции рабочих жидкостей выделяют магистральные трубопроводы:

• напорные трубопроводы;
• без напора (самотечные) трубопроводы.

Первый тип трубопроводов характеризуется постоянным внутренним давлением жидких и газообразных веществ, которое начинается от значения 0,1 МПа. Это обязательное условие для транспортировки газообразных и жидких веществ.

По характеру транспортируемых веществ разделяют следующие виды трубопроводов:

• газопровод, предназначен для транспортировки природного газа к местам его потребления, на экспорт;
• нефтепровод такого типа, рассчитан на транспортировку нефтепродуктов, нефти в сыром виде на предприятия такой продукции, как нефть;
• водопровод, один из наиболее распространенных в своем классе трубопроводов. С его помощью доставляется по трубам вода питьевого, технического характера для предприятий и бытовых нужд;
• водосток, предназначен для отвода под ливневые, грунтовые жидкости. Такой трубопровод улучшает состояние почвы в процессе строительных работ;
• водовыпуск, еще одна магистральная установка для транспортировки, используемой для отвода влаги, которая собирается в нижних частях коллекторов;
• канализационные системы. Эти трубопроводы необходимы, чтобы выводить наружу не только отходы жизнедеятельности человека, но и бытовые;
• гидропровод. Применяется при транспортировке полезных ископаемых. Под воздействием потока жидкости происходит транспортировка твердых и сыпучих веществ. Особенно такой трубопровод активно применяется в работе магистральных горно обогатительных предприятий;
• паропровод. Трубопровод служит для того, чтобы передавать пар на расстояния в пределах промышленных предприятий, атомных и других электростанций;
• теплопровод. Трубопровод необходим для транспортировки горячей воды в виде пара конечным потребителям системы теплоснабжения;
• кислопровод. Как свидетельствует название, трубопровод доставляет кислород на огромные расстояния  на промышленные предприятия, в цеха и на межцеховое оборудование;
• аммиакопровод. Специфический тип промышленных трубопроводов инженерного сооружения, который необходим для транспортировки аммиака к промышленным потребителям.

В зависимости от транспортируемых веществ предусматривается классификация трубопроводов по классу опасности для человека и окружающей среды. Исходя из того, какая опасность исходит от транспортируемой среды (химически агрессивное, пожароопасное, взрывоопасное), выделяют 3 группы (А,Б, В), а также 5 категорий опасности в зависимости от расчетных рабочих показателей (температура и давление). В каждой из основных групп продуктов предусмотрена подгруппа (а, б, в) — оно отображает пожарную опасность и токсичность компонента для определенной среды.

По степени агрессивности передаваемых веществ также предусмотрена градация трубопроводов, предназначенных для этих целей. Трубопроводы бывают малоагрессивными, средней степени и высокоагрессивными. В зависимости от способа изготовления промышленные трубопроводы могут быть простыми, что представляет собой обычную надземную или подземную конструкцию без ответвлений. Более сложные конструкции трубопроводов отличаются наличием последовательных, параллельных веток, разнообразных ответвлений, множеством крепежных устройств, фитингов, опор и др.

По способности выдерживать температурные нагрузки бывают такие трубопроводы:

• холодные трубопроводы, работают ниже 0 градусов;
• средние трубопроводы, температурный диапазон не менее +1 — +45 °С;
• горячие трубопроводы, функционируют при t больше +45 °С.

Что касается величины потери напора в трубопроводах, то это еще один анализируемый показатель сети. Трубопроводы делятся на длинные и короткие типы конструкций. У длинных трубопроводов потери при транспортировке газа или горячих элементов не превышают 10% от потерь напора в длину. Для них не учитывают фактор местного сопротивления. Примером могут служить подземные магистральные водоводы, нефтепроводы, газопроводы и др.

У коротких потери напора по местному сопротивлению берутся в учет. Такие потери равны или превышают значение в 10% от длины напора трубопровода. Такими свойствами обладают, например, машинные трубопроводы.

В зависимости от давления существует отдельная классификация газовых трубопроводов и магистральных водопроводов:

• для низкого давления оно не должно быть более 12 атмосфер;
• среднее давление — означает диапазон от 12 до 25 атмосфер;
• высокое — от 25 атм и выше.

Существует определенная классификация трубопроводов, которая касается бытовых надземных газовых водопроводов. Это связано с масштабами обеспечения водой промышленных объектов и населения. Поэтому выделяют такие категории водопроводов, как:

• трубопроводы производственного назначения;
• установки для полива;
• противопожарные трубопроводы;
• хозяйственные;
• питьевые трубопроводы.

Специалисты выделяют несколько разновидностей коллекторов в соответствии со СНиП:

• производственные трубопроводы. Предназначены для отвода стоков, возникающих вследствие процессов промышленного производства;
• бытовые трубопроводы. Эти сооружения предназначены на отвод сточных вод от источников санитарно-технического предназначения;
• объединенные трубопроводы. Такие системы нужны для того, чтобы комбинированно перемещать сточные жидкости промышленных предприятий и бытовых. В последующем они подвергаются совместной очистке;
• внутренние. Данные необходимы для отвода жидких талых вод с крыш, чердаков, кровель зданий и сооружений.

Для того, чтобы определить категорию трубопровода в соответствии с рабочими параметрами транспортировки, необходимо анализировать следующие критерии:

• паропроводы, работающие от парогенераторов, проверяются по рабочей температуре и давлению;
• паропроводы, работающие от турбин и оснащенные опцией противодавления, сдерживают температуру пара на холостом ходу;
• паропроводы, работающие от нерегулируемых оборотов турбин. Предназначены для функционирования при определенных показателях давления и температуры;
• паропроводы, функционирующие от редукционных или охлаждающих установок. Эти трубопроводы способны поддерживать максимальные значения показателей температуры и давления;
• трубопроводы, работающие в паре с аэраторами. Эти сети гарантируют номинальное давление водяного столба, а также температуру насыщения воздухом аэратора;
• трубопроводы, комбинированные с питательными насосами. При закрытой задвижке дают максимальное и устойчивое давление в сети;
• системы подачи и обратного хода для водяных теплосетей в домах. Максимальное давление достигается за счет работы насосных станций.

Рекомендуем:

Классификация трубопроводов по масштабу

Деление по масштабу основывается на 2 основных показателях: это протяженность и требования к системе трубопроводов в целом. Чем на большее расстояние он тянется, тем более значимой она считается. Такие газопроводы или нефтепроводы обычно используются для перекачки энергоносителей между странами и даже континентами. По данному критерию есть несколько основных классов трубопроводов.

Магистральные

Это нефтепроводы и газопроводы предназначены для транспортировки самых разнообразных веществ на очень большие расстояния. Могут быть надземными и подземными. Традиционно ими пользуются при перекачке нефти, газа, нефтепродуктов. Каждый такой трубопровод имеет в своей сети насосную и газораспределительную станции, линейные установки. Насосы работают без перерывов, поэтому любая остановка может вызвана исключительно поломкой.

Технологические

Такими трубопроводами пользуются промышленные предприятия. С их помощью перекачивать можно абсолютно любые вещества в жидкой или газообразной форме. Это могут быть не только нефтепродукты или газ, но также пар, технологическое сырье. Они также применяются для удаления отработанных отходов производства.

Коммунально-сетевые

С такими надземными трубопроводами можно столкнуться в каждом дворе многоэтажки. Их используют для доставки потребителям горячей воды и пара, а также вывода бытовых отходов. Монтаж таких систем является достаточно сложным, поскольку требуется предусмотреть множество различных переходов, изгибов, разветвлений, распределительных мест соединения, которые требуют постоянно замены прокладок.

Для изготовления такой продукции применяются износостойкие марки стали, которые не боятся воздействия транспортируемой агрессивной и промерзанию вследствие низких температур устойчивые к коррозии. Такие трубопроводы могут быть сетевыми, распределительными, транзитными или выполнять роль ответвлений.

Судовые

Эти трубопроводы используются для доставки веществ на судовом транспорте. Они должны соответствовать специальным техническим критериям: по протяженности, по назначению, по диаметру, по приемлемым условиям эксплуатации.

Машинные

Среди всех остальных трубопроводов эти сооружения имеют самые небольшие размеры. Ими оснащается любое транспортное средство или самоходный механизм. Как правило, служат для передачи смазки трущимся деталям, подвода топлива, охлаждающей жидкости или воздуха.

Значение слова Трубопровод

Трубопроводом называется инженерное трубопроводное сооружение, состоящее из большого количества соединенных между собой труб определенного диаметра. Они представляют собой целостную трубопроводную систему и рассчитаны на передачу на значительные расстояния не только жидкостей, но также газообразных, сыпучих веществ.

Основные рабочие параметры любого трубопровода и его арматуры следующие:

• рабочая температура окружающего пространства;
• условное давление в системе;
• условная пропускная способность (диаметр прохода не менее 200 мм).

Категории трубопроводов

В зависимости от различных условий строительства и сооружения, можно выделить следующие категории трубопроводной прокладки:

1. Подземные трубопроводы. Являются наиболее популярными на территории РФ, а также многих стран мира. Статистика говорит о том, что прокладка трубопроводов производится именно таким способом порядка 98% всех существующих трубопроводов. Первое правило: глубина траншеи должна быть больше диаметра самой трубы. Прокладка трубопроводов выполняется в разных климатических условиях с привлечением механизированной техники. Однако земляные работы сами по себе считаются дорогостоящими, особенно на участках с болотистых, с промерзшими грунтами, твердыми породами.
2. Полуподземные трубопроводы. Часть труб с большим диаметром располагается выше выхода из-под земли на поверхность. Данный способ прокладки трубопроводов широко применяется на тех участках, которые изобилуют скальными породами.
3. Наземные трубопроводы. Данная трубопроводная система уместна и экономически обоснована там, где грунтовые воды располагаются близко под поверхностью, на заболоченных участках или же почва обладает низкой несущей способностью. В таком случае трубы больших диаметров могут идти просто по земле или размещаться на специальных опорах. Земляных работ при таком варианте немного, а сами трубы защищены от воздействия почвенной коррозии. К недостаткам данной технологии относится то, что требуются специальные проезды для транспорта и мигрирующих животных.

Части трубопроводов

Каждая трубопроводная сеть состоит из множества деталей, однако основным элементом выступают металлические трубы различного диаметра. Помимо них, важными элементами выступают также:

• предохранительные клапаны;
• затворы;
• станция с компрессорами;
• арматура;
• запоры;
• заглушки;
• отводы;
• запоры;
• шпангоуты;
• ребра жесткости;
• опорные седла;
• краны;
• газораспределительная станция;
• фланцы;
• опоры;
• бандажи и пр.

Материалы для труб

Основное вещество, которое применяется в ходе изготовления труб — это высококлассная сталь. Марки этого вещества могут быть различными, что связано с толщиной стенок, рабочим давлением, условиями эксплуатации. В зависимости от способа изготовления выделяют трубу бесшовную и сварную (достигается при помощи сварки).

Обе этих категории производятся промышленным способом из стали разных марок: начиная от углеродистой и заканчивая высоколегированной. Широкий ассортимент трубопроводной продукции приводит к необходимости тщательного подбора крепежных элементов, соединительных конструкций.

В последнее время наблюдается тенденция к применению стальных труб большого диаметра, имеющих специальное внутреннее покрытие в виде изоляционных материалов. Один слой является металлическим, а другой — из неметаллического материала, который устойчив к воздействию коррозии. К числу таких материалов можно отнести резину, эбонит, фторопласт, полиэтилен, стеклянные эмали. Такие специальные покрытия наносятся на внутреннюю поверхность трубы в виде жидкой массы, а впоследствии подвергаются обжигу для придания прочности.

В технологических трубопроводах возрастает использование такого вещества, как пластик, который гораздо легче металла и не подвержен коррозионным явлениям. Полимеры проще в обработке и монтаже, что приводит к снижению затрат на производство и установку. Полиэтиленовые изделия сохраняют высокую эластичность и одновременно необходимый уровень жесткости.

Отдельного внимания заслуживают металлополимерные трубы. Они имеют сложную структуру и состоят из нескольких слов различного материала. Отличаются высокой термостойкостью, прочностью, пропускной способностью. На стенках не образуются минеральные отложения, а также можно не опасаться за появление коррозии. Они крайне удобны в транспортировке и монтажных работах.

Основные тенденции в применении материалов для труб в современной промышленности:

• снижение расхода дорогостоящих цветных металлов и стали;
• повышение срока службы;
• борьба с коррозионными процессами;
• обеспечение высокой теплоизоляции;
• устойчивая пропускная способность.

Изготовление трубопроводов

К производству трубопроводов предъявляются очень высокие требования, учитывая агрессивную окружающее пространство в виде рабочих жидкостей, газа. Поэтому трубопроводы должны быть очень прочными, зачастую толстостенными и способными выдерживать высокое давление газа или жидких сред. Многие из таких трубопроводов пролегают под водой или глубоко в земле, что увеличивает риск деформации вследствие прогиба. Именно поэтому процесс изготовления трубопровода регламентируется строгими стандартами, а все изделия проходят обязательные испытания.

Трудности не заканчиваются на стадии изготовления трубопровода, а продолжаются еще и во время монтажа. Наиболее сложными и ответственными являются монтажные работы, проводимые под водой. Перемещение и обустройство газовых труб требуют соблюдения высочайших мер безопасности.

Гораздо проще обстоит дело с трубопроводами, которые прокладываются по суше. Это касается и строительства, и монтажа. Здесь не требуется трубоукладочных кораблей, которые непосредственно выполняют монтаж трубопровода под водой на глубине десятков и сотен метров.

Отдельного внимания заслуживает процедура сварки труб друг с другом, после чего формируется единая газовая система. В сваренном виде они обязаны выдерживать давление и вес транспортируемых жидкостей, а еще условия внешней среды, в которой находятся.

Прокладка технологических трубопроводов может выполняться под землей, над землей, в траншеях или лотках. Способ выбирается на базе множества факторов: рельеф местности, уровень грунтовых вод, естественный уклон почвы, особенности обслуживания, диаметр трубы, протяженность. Если будут транспортироваться нефтепродукты, газ, то специалисты учитывают вязкость материала. Когда вязкость небольшая, то уклон должен составлять не менее, чем значение 0,002. Для вязкий — этот показатель составляет не менее 0,02. Это связано с условиями высвобождения доставленных трубопроводом нефтепродуктов или газа.

Контроль за состоянием и защита

Как и многие другие инженерно-технические сооружения, трубопроводы нуждаются в защите. Опасность для трубопроводов представляют следующие факторы:

• коррозионные явления;
• температурные перепады;
• агрессивные вещества, которые транспортируются по трубопроводу.

Для того, чтобы продлить эксплуатационный ресурс, на внешнюю и внутреннюю поверхности труб наносят специальные покрытия, которые выполняют антикоррозионную и теплоизоляционную функции. Дополнительную защиту трубопроводу обеспечивает технология укладки трубы меньшего диаметра в больший. Внутреннюю площадь металла обрабатывают специальными составами: в них может входить эмаль, резина, пластик. Они призваны уберечь трубопровод от агрессивных веществ, которые по нему передаются.

Необходим постоянный мониторинг за состоянием сооружений — выполняется он при помощи инфразвуковой и ультразвуковой методик. Они позволяют своевременно выявить места с коррозией, повреждениями, деформациями, дефектами трубопроводов. Специальные предохранительные клапаны защищают от перепадов давления в системе трубопровода.

Если производится открытая укладка труб, то для их изоляции могут использоваться антикоррозионные лаки, масляные краски. Характер покрытия трубопровода устанавливают на основании температуры окружающей среды, условий эксплуатации и вида труб. Особое внимание уделяется изделиям, которые прокладывают через участки с препятствиями (трассы, болотистая местность, леса, водоемы, железнодорожные пути).

В таких случаях при прокладке трубопровода обязательным является применение специальных защитных кожухов, которые продлевают эксплуатационный ресурс трубопроводов. Для тех сооружений, которые идут по дну водоема или в траншеях, наносится изоляция. Ее подбирают на основании свойств грунта и грунтовых вод.

Маркировка

Особое внимание уделяется маркировке трубопроводов, которая помогает установить специалистам, какие именно материалы переправляются по системе. Ее наносят вблизи месторасположения соединительных элементов трубопровода. Она имеет вид дроби, где в числителе указывается информация о технологической установке, а в знаменателе — шифр самой линии.

Схема маркировки трубопровода должна быть унифицированной в соответствии с требованиями СНиПов. Это все отображается в проектной документации на строительство и прокладку трубопровода. Места с маркировкой на трубах обводятся яркой несмывающейся краской. Для дополнительной сохранности трубопровод обрабатываются бесцветным лаком.

Каждая маркировка трубопровода включает в себя информацию о серийном нумерации для технологической установки, номерах постановочных блоков, нумерации трубопроводных линий. Наноситься на трубопровод она может не только краской, но и по технологии выбивания.

Цветовая маркировка трубопровода предполагает применение определенного цвета в зависимости от транспортируемого вещества и его назначения. В случае аварии или внештатной ситуации на трубопроводе она помогает обслуживающему персоналу избежать более серьезных последствий аварии. Основные цвета обозначают следующие материалы:

• красный — пар (может быть перегретым, насыщенным, влажным и т.д.);
• зеленый — вода (техническая, питьевая, сточная и пр.);
• желтый — газы горючие и негорючие (к примеру, углекислый газ, аммиак, водород, хлор, ацетилен);
• синий — воздух в сжатом виде, в вакууме, атмосферный, кислород;
• фиолетовый — щелочи и растворы на их основе в органическом и неорганическом виде;
• оранжевый — кислоты органические и неорганические, кислотные растворы;
• коричневый — жидкости горючие и негорючие (масла, эмульсии);
• серый — разнообразные прочие материалы;
• черный — нефть и нефтепродукты.

Расход продукции и материалов в ходе монтажа стальных технологических трубопроводов

При проведении монтажных работ трубопровода инженерам приходится столкнуться с необходимостью расчета требуемого количества труб, соединительных элементов и других материалов. В первую очередь, этот показатель связан напрямую с длиной будущей системы, а также, каким образом трубопровод проложен (в земле, над землей, под водой).

При выполнении расчетов берутся во внимание следующие критерии:

• разбивка трубопровода по всей его длине;
• учет крупно узловой сборки трубопровода;
• учет мест монтажа и установки креплений на трубопроводе;
• необходимость проведения сварочных работ на трубопроводе;
• количество устанавливаемой арматуры и компенсаторов на трубопроводе;
• необходимость применения автоматики и контрольных приборов на трубопроводе;
• сложность тестирования готовых линий и сдачи трубопровода.

Наибольшее влияние на итоговую стоимость трубопровода оказывает его продолжительность. Сначала размечается протяженность трубопровода и рассчитывается примерно количество труб, секций, соединительных элементов, крепежа, арматуры, исходя из длины трубопровода. Для этого используются монтажные чертежи и карты для трубопровода, которые отображают привязку его секций к особенностям ландшафта, перекрытиям, уклонам.

После этого анализируется количество подвесок и опор на протяженности трубопровода. Заранее прорабатывается укрупненная сборка отдельных блоков и секций трубопровода. После этого можно приступать к расчетам сварочных работ.

Факторы, влияющие на работу

Эксплуатация должна строиться на принципах безопасности, бесперебойности и экономической эффективности. Инженеры учитывают множество критериев при выполнении расчетов: как объективных, так и субъективных. На работу трубопроводов различного предназначения оказывают влияние следующие факторы:

• температура окружающей среды;
• температура и степень агрессивности транспортируемого материала;
• наличие теплоизоляции;
• тип прокладки труб;
• давление вещества в системе трубопровода;
• металл трубы и его масса;
• нагрузки теплового удлинения;
• прочность сварной арматуры
• вибрационные нагрузки.

История

Начало применения трубопроводов для доставки нефтепродуктов относится ко 2-й половине 19-го века. Впервые трубопровод этого типа был создан в американском штате Пенсильвания. Спустя десять с лишним лет в царской России также был построен трубопровод, доставляющий нефть от приисков в Баку прямо на нефтеперерабатывающие предприятия.

Первый трубопровод имел длину 833 км, а в диаметре достигал 20 см. Однако на тот момент трубопровод считался самым крупным на земном шаре. Следующий трубопровод был проложен из Махачкалы в Грозный, однако его длина составляла всего 162 км. Дальнейшее развитие и строительство транспортировочных трубопроводов осуществлялось именно в регионах Кавказа и Закавказья.

В годы Второй мировой войны было построено несколько трубопроводов на территории Западной Украины. Также возводились сооружения из Астрахани в Саратов, через Ладожское озеро и пр. В наше время существует множество трубопроводов, по которым ежедневно перекачивается газ, нефть, вода и другие ресурсы. Это, если говорить о межгосударственном уровне, не принимая во внимание, обычные теплотрассы, которые есть в каждом городе.

Правовые нормы

Функционирование трубопроводов регламентируется рядом нормативных документов не только национального, но и межгосударственного характера. Это связано со сложностью обустройства трубопроводов и потенциальной экологической опасностью для человека и окружающей среды. Магистральные системы выделены в отдельный свод нормативных актов, поскольку зачастую обслуживаются транснациональными компаниями, сайты которых в доступе для всех.

Все этапы, начиная от разработки проекта, заканчивая изготовлением и монтажными работами трубопровода, регламентируются правилами такой организации, как ГосГорТехнадзор. Самые высокие требования предъявляются к трубопроводам, через которые транспортируют вещества токсичные, радиоактивные, взрыво- и пожароопасные. Эти требования заключаются в использовании наиболее прочных, непроницаемых, герметичных материалов труб и корпусных деталей.