Підручник розроблено відповідно до робочої програми дисципліни "Проектування і експлуатація газонафтопроводів". У підручнику подано основи проектування і розрахунку основних технологічних процесів транспортування нафти, нафтопродуктів і газу. Розглянуто фізичні властивості нафти, нафтопродуктів і газу, описано способи їх перекачування, дано характеристику основного і додаткового устаткування, наведено вимоги нормативних документів до технологічних об'єктів, і методи технологічного розрахунку та регулювання режимів експлуатації, що дозволить майбутньому спеціалістові приймати раціональні рішення під час проектування та експлуатації систем трубопровідного транспорту та зберігання нафти і газу. Призначено для підготовки бакалаврів за напрямом 6.050304 - "Нафтогазова справа". Підручник може бути використаний студентами всіх форм навчання та слухачами інституту післядипломної освіти, а також інженерно-технічними працівниками, які займаються проектуванням і експлуатацією об'єктів трубопровідного транспорту та зберігання нафти і газу. ВСТУП........................................................................................9 1 ЗАГАЛЬНІ ПИТАННЯ ТРАНСПОРТУВАННЯ НАФТИ НАФТОПРОДУКТІВ І ГАЗУ...............................10 1.1 Історичні аспекти нафтогазової галузі як джерела забезпечення енергоресурсами................................................10 1.2 Особливості різних способів транспортування нафти, нафтопродуктів і газу..............................................................28 1.2.1 Особливості трубопровідного транспорту..................29 1.2.2 Особливості залізничного транспорту ........................31 1.2.3 Особливості морського транспорту.............................32 1.2.4 Особливості річкового транспорту..............................33 1.2.5 Особливості автомобільного транспорту....................34 1.3 Економіка різних видів транспортування нафти і нафтопродуктів.........................................................................35 1.3.1 Вибір раціонального способу транспортування нафтових вантажів.....................................................................................35 1.3.2 Розрахунок економічних показників трубопровідного транспорту.................................................................................36 1.3.4 Розрахунок економічних показників залізничного транспорту.................................................................................41 1.3.5 Розрахунок економічних показників водного транспорту ...43 1.4 Приклад розрахунку економічних показників........................44 1.5 Етапи проектування магістральних нафтогазопроводів.......48 Запитання для самоконтролю..........................................................53 2 ОСНОВНІ ТЕХНОЛОГІЧНІ ПАРАМЕТРИ МАГІСТРАЛЬНОГО НАФТОПРОВОДУ І ВИМОГИ НОРМАТИВНИХ ДОКУМЕНТІВ ДО ЙОГО ЛІНІЙНОЇ ЧАСТИНИ.......................................56 2.1 Основні технологічні параметри магістрального нафтопроводу............................................................................56 2.2 Вимоги нормативних документів до лінійної частини магістрального нафтопроводу ............................................................58 Запитання для самоконтролю...............................................65 3 НАСОСНІ СТАНЦІЇ МАГІСТРАЛЬНИХ НАФТОПРОВОДІВ...................................................................67 3.1 Вимоги норм технологічного проектування до нафтоперекачувальних і наливних станцій................................67 3.2 Основне устаткування нафтоперекачувальних станцій.....76 3.3 Технологічні схеми нафтоперекачувальних станцій..........95 3.4 Допоміжне устаткування насосного цеху.........................102 3.5 Характеристики відцентрових насосів та їх математичні моделі........................................................................................108 3.6 Облік кількості нафти в трубопровідному транспорті............114 3.6.1 Методи вимірювань кількості нафти.....................................116 3.6.2 Засоби вимірювання кількості нафти. їх конструктивні особливості і області застосування..................................................118 3.6.3 Експлуатація і повірка лічильників.......................................127 3.6.4 Системи вимірювання кількості і якості нафти....................132 Запитання для самоконтролю......................................................136 4 ФІЗИКО-ТЕХНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ НАФТ І НАФТОПРОДУКТІВ......................................................................141 4.1 Склад нафті їх технологічна класифікація...............................141 4.2 Основні фізико-технічні властивості нафт і нафтопродуктів..................................................................................153 4.2.1 Густина нафти..........................................................................153 4.2.2 В'язкість нафти і нафтопродуктів...........................................157 4.2.3 Температура застигання...........................................................166 4.2.4 Пожежо- та вибухонебезпечні властивості............................168 4.2.5 Випаровування нафти і нафтопродуктів................................172 4.2.6 Молярна маса............................................................................175 4.2.7 Теплоємність нафти та нафтопродуктів.................................177 4.2.8 Теплопровідність......................................................................179 4.2.9 Мінеральні домішки і вода як складові сирої нафти.............181 4.3 Неньютонівські рідини................................................................183 4.3.1 Неньютонівські рідини з реологічними характеристиками, які не залежать від часу...........................................................................184 4.3.2 Неньютонівські рідини, реологічні властивості яких залежать від часу.................................................................................................186 4.3.3 В'язкопружні рідини.................................................................188 4.3.4 Дослідження реологічних властивостей рідин за допомогою ротаційних віскозиметрів...................................................................188 4.3.5 Реологічні властивості нафт Прикарпаття.............................191 Запитання для самоконтролю........................................................197 5 ТЕХНОЛОГІЧНИЙ РОЗРАХУНОК МАГІСТРАЛЬНИХ НАФТОПРОВОДІВ..........................................................................200 5.1 Зміст технологічного розрахунку магістральних нафтопроводів.....................................................................................200 5.2 Початкові дані для технологічного розрахунку нафтопроводів.....................................................................................201 5.3 Основні формули гідравлічного розрахунку нафтопроводів....................................................................................206 5.4 Узагальнена формула Л. С Лейбензона.....................................214 5.5 Гідравлічний нахил в трубопроводі та на ділянках з лупінгами і вставками.............................................................................................215 5.6 Рівняння балансу напорів............................................................219 5.7 Гідравлічна характеристика трубопроводу................................220 5.8 Суміщена характеристика насосних станцій і трубопроводу......................................................................................222 5.9 Розрахункова довжина трубопроводу. Перевальні точки.......225 5.10 Розрахункові значення витрати, густини, в'язкості нафти, що перекачується...............................................................................227 5.11 Визначення числа нафтоперекачувальних станцій і необхідної довжини лупінга................................................................................229 5.12 Визначення місця розташування нафтоперекачувальних станцій на профілі траси трубопроводу...........................................231 5.13 Еквівалентні нафтопроводи......................................................235 5.14 Розрахунок пропускної здатності системи насосна станція - прилегла ділянка трубопроводу..........................239 5.14.1 Алгоритм визначення пропускної здатності системи ГНПС - прилегла ділянка нафтопроводу..........................................241 5.14.2 Розрахунок режиму роботи системи ГНПС - прилегла ділянка нафтопроводу із заданою витратою рідини.....................................245 5.15 Збільшення пропускної здатності нафтопроводу..................258 Запитання для самоконтролю........................................................261 6 ФІЗИКО-ТЕХНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ГАЗІВ І ГАЗОВИХ СУМІШЕЙ.........................................................................................265 6.1 Густина газів і їх сумішей. Питомий об'єм..............................265 6.2 Критичні параметри газів і їх сумішей......................................268 6.3 В'язкість газів і їх сумішей.........................................................269 6.4 Теплота згорання палива............................................................272 6.5 Рівняння стану. Коефіцієнт стисливості газу...........................275 6.6 Теплоємність................................................................................281 6.7 Теплопровідність.........................................................................285 6.8 Ефект дроселювання...................................................................287 6.9 Вологість газу..............................................................................288 6.10 Гідрати природних газів...........................................................293 6.11 Парціальний тиск. Пружність насиченої пари.......................295 6.12 Зведення об'єму газу до нормальних і стандартних умов....299 6.13 Процеси горіння у газоповітряній суміші. Розрахунок реакцій горіння газоповітряних сумішей....................300 Запитання для самоконтролю.......................................................313 7 СКЛАД СПОРУД ТА ОСНОВНІ НОРМАТИВНІ ВИМОГИ ДО ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЕКТУВАННЯ МАГІСТРАЛЬНИХ ГАЗОПРОВОДІВ..............................................................................317 7.1 Коротка характеристика основних об'єктів газотранспортних систем та їх призначення...................................................................317 7.2 Класифікація газопроводів.........................................................321 7.3 Склад лінійних споруд та вимоги до них..................................322 7.4 Склад вузлів редукування газу та вимоги до них.....................324 7.5 Склад вузлів очистки газопроводів та вимоги до них............325 7.6 Вимоги до перекривальної арматури.......................................327 7.7 Електропостачання лінійних споживачів магістрального газопроводу.......................................................................................329 7.8 Вимоги до телемеханізації лінійної частини..........................330 7.9 Об'єкти комплексного захисту магістрального газопроводу від підземної корозії та вимоги до них.................................................331 7.10 Склад споруд та об'єктів компресорної станції...................332 7.11 Склад споруд газорозподільних станцій та вимоги до них......................................................................................................338 7.12 Технологічний зв'язок.............................................................341 Запитання для самоконтролю........................................................342 8 ТЕХНОЛОГІЧНИЙ РОЗРАХУНОК МАГІСТРАЛЬНИХ ГАЗОПРОВОДІВ...........................................................................343 8.1 Рівняння нерозривності для потоку газу...............................344 8.2 Гідравлічний розрахунок газопроводів.................................345 8.3 Коефіцієнт гідравлічного опору для газопроводів. Коефіцієнт гідравлічної ефективності..............................................................349 8.4 Тепловий розрахунок газопроводів.......................................353 8.5 Зміна тиску по довжині газопроводу. Середній тиск...........355 8.6 Розрахунок складних газопроводів методом еквівалентних діаметрів...........................................................................................358 8.7 Збільшення пропускної здатності газопроводу....................362 8.8 Оптимальні параметри газопроводів.....................................364 8.9 Визначення оцінювальної пропускної здатності газопроводу.......................................................................................365 8.10 Газоперекачувальні агрегати компресорних станцій...........369 8.11 Розрахунок режимів роботи компресорної станції..............379 8.12 Розміщення КС на трасі газопроводу.....................................386 Запитання для самоконтролю......................................................388 9 РОЗРАХУНОК ТРУБОПРОВОДІВ НА МІЦНІСТЬ............390 Запитання для самоконтролю......................................................399 10 ПІДГОТОВКА ГАЗУ ДО ТРАНСПОРТУВАННЯ ……….401 Запитання для самоконтролю........................................................414 11 ПЕРЕКАЧУВАННЯ ВИСОКОВ'ЯЗКИХ І ЗАСТИГАЮЧИХ НАФТ..................................................................................................415 11.1 Коротка характеристика методів перекачування високов'язких і застигаючих нафт.....................................................415 11.1.1 Перекачування з підігріванням..............................................415 11.1.2 Перекачування з попереднім поліпшенням реологічних властивостей........................................................................................419 11.1.3 Гідроперекачування................................................................422 11.1.4 Перекачування в потоці-носії.................................................423 11.1.5 Перекачування з використанням кліматичних особливостей........................................................................................424 11.1.6 Ізотермічне перекачування......................................................425 11.2 Теплові і гідравлічні режими роботи неізотермічних нафтопроводів......................................................................................425 11.2.1 Зміна температури нафти по довжині неізотермічного трубопроводу.......................................................................................425 11.2.2 Визначення втрат напору в "гарячих" трубопроводах.........436 11.2.2 Особливості Q - Н характеристики "гарячих" трубопроводів.....................................................................................440 11.3 Устаткування насосно-теплових станцій................................442 Запитання для самоконтролю..........................................................443 12 ЕКСПЛУАТАЦІЯ МАГІСТРАЛЬНИЙ ГАЗОНАФТОПРОВОДІВ...............................................................447 12.1 Оперативно-диспетчерське управління магістральними трубопроводами..................................................................................447 12.2 Технічне діагностування систем нафтогазопостачання.........452 12.2.1 Причини аварій та дефекти технічних систем.....................456 12.2.2 Основні види та причини відмов систем нафтогазопостачання..........................................................................463 12.2.3 Діагностування устаткування компресорних і насосних станцій..................................................................................................471 12.2.4 Діагностування резервуарних конструкцій...........................483 12.2.5 Діагностування технологічного устаткування та свердловин підземних сховищ нафтогазової продукції......................................492 12.2.6 Діагностування лінійної частини газонафтопроводів..........495 12.2.7 Параметричне діагностування лінійної частини газонафтопроводів.............................................................................504 12.2.8 Технологія проведення діагностування лінійної частини трубопроводів засобами внутрішньотрубної інспекції..............................................................................................515 12.3 Устаткування для очищення внутрішньої порожнини трубопроводів.....................................................................................523 12.4 Захист газонафтопроводів від корозії.....................................530 12.4.1 Антикорозійні захисні покриття............................................531 12.4.2 Електрозахист підземних споруд...........................................533 12.4.3 Спостереження за корозійним станом нафтогазопроводів..538 12.5 Запальні відомості про трубопровідну арматуру магістральних трубопроводів......................................................................................543 12.5 Призначення та вимоги до трубопровідної арматури.............543 12.5.2 Клгісифікація перекривальної арматури та її основні конструктивні елементи....................................................................546 12.5.3 Конструктивні і технологічні особливості та відмінності перекривальної арматури.............................................550 12.6 Ідентифікація небезпек та аналіз ризиків на об'єктах нафтогазопроводів...............................................................................568 Запитання для самоконтролю........................................................578 ТЕСТОВІ ЗАВДАННЯ.......................................................................583 Перелік використаних і рекомендованих джерел............................636 Додаток А. Фізико-хімічна характеристика компонентів природних і штучних газів..................................................................639 Додаток Б. Фізико-хімічна характеристика горючих газів.............641 Додаток В. Класифікація дефектів трубопроводів..........................642 Додаток Г. Перелік методів неруйнівного контролю, які застосовують для діагностування основного обладнання компресорних станцій..................................................647 Додаток Д. Форма акту №1 робочої експертної комісії про технічний стан труб газопроводу......................................................654 Додаток Е. Форма акту висновків робочої експертної комісії про технічний стан труб газопроводу...............................................656 ПРЕДМЕТНИЙ ПОКАЖЧИК.........................................................65