Устройство для транспортирования коррозионноактивных газов

 

Использование: в области трубопроводного транспорта, например, при транспорте агрессивных газов. Сущность изобретения: устройство содержит металлический высоконапорный трубопровод и смонтированный внутри него соосный эластичный трубопровод, межтрубное пространство между которыми заполнено малосжимаемой антикоррозионной жидкостью и разделено по длине на ряд изолированных секций, снабженных компенсаторами, соединенными с межтрубным пространством и полостью эластичного трубопровода, при этом длина каждой секции межтрубного пространства уменьшается по мере удаленности от начала трубопровода и не превышает величины а места соединения межтрубного пространства с полостью эластичного трубопровода расположены на расстоянии от начальной точки каждой секции не более: где P_н - давление газа в начальной точке трубопровода; P_к - давление газа в конечной точке трубопровода; P = P_вн + P_нар - сумма допустимых из условий прочности внутреннего (P_вн) и наружного P_нар) давлений на стенку эластичного трубопровода; L - общая длина трубопровода; n - номер секции от начала трубопровода. 2 ил.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту, преимущественно агрессивных газов, и может быть использовано в газодобывающей и химической промышленности. Существует целый ряд устройств, назначением которых является транспортирование коррозионно-активных жидкостей и газов [1] Однако, как правило, эти устройства обладают либо малой эффективностью (ингибиторы, пассиваторы), либо дороги и ложны в реализации (нанесение на внутреннюю поверхность трубопроводов полимерных и других покрытий), либо не обеспечивают требуемых технологических и технико-экономических показателей как, например, перекачка по пластмассовым трубам (низкие давления перекачки, большое количество насосных или компрессорных станций, завышенные диаметры трубопроводов.) Известно техническое решение [2] наиболее близкое по технической сущности, включающее в себя металлический трубопровод и коаксиально установленный внутри него эластичный трубопровод, по которому перемещается коррозионно-активная жидкость. Межтрубное пространство разделено на ряд одинаковых по длине секций, заполненных малосжимаемой антикоррозионной жидкостью с давлением, которое максимально компенсирует внутреннее давление в эластичном трубопроводе, при этом межтрубное пространство в каждой секции соединено с полостью эластичного трубопровода через компенсирующее устройство, установленное на определенном расстоянии от начальной точки секции, что позволяет согласовывать давление в эластичной трубе и межтрубном пространстве при нестационарных режимах перекачки.

Однако при перекачке по такому трубопроводу газа его надежность резко падает ввиду увеличения перепада давлений в межтрубном пространстве и эластичной трубе выше допустимого из условий прочности эластичной трубы, особенно в секциях, наиболее удаленных от начала трубопровода, что обусловлено параболическим характером падения давления в эластичном трубопроводе при течении газа в отличие от линейного при течении жидкости; при этом места соединения межтрубного пространства с полостью эластичного трубопровода, расположенные на одинаковом от начальной точки каждой секции расстоянии, становятся неоптимальными при транспортировании газа.

Целью предлагаемого изобретения является увеличение надежности трубопровода при перекачке по нему коррозионно-активного газа.

Устройство для транспортирования коррозионно-активного газа включает металлический высоконапорный трубопровод и смонтированный внутри него соосный эластичный трубопровод, пространство между которыми заполнено малосжимаемой антикоррозионной жидкостью и разделено по длине на ряд изолированных секций, снабженных компенсаторами, соединяющими межтрубное пространство с полостью эластичного трубопровода, при этом для предотвращения перепада давлений на стенке эластичного трубопровода сверх допустимого длины секций межтрубного пространства уменьшаются по мере удаленности от начала трубопровода, при этом длина каждой не должна превышать величины
а места соединения межтрубного пространства с полостью эластичного трубопровода расположены на расстоянии от начальной точки каждой секции:

где P_н- давление газа в начальной точке трубопровода;
P_к давление газа в конечной точке трубопровода;
P P_вн+ P_нар сумма допустимых из условий прочности внутреннего (P_вн) и наружного (P_нар) давлений на стенку эластичного трубопровода;
L общая длина трубопровода;
n номер секции от начала трубопровода.

Необходимость последовательного уменьшения каждой последующей секции, считая от начала трубопровода, обусловлена тем, что давление газа в эластичной трубе по длине трубопровода изменяется нелинейно, по параболе, что связано с проявлением дроссельного эффекта в трубе: падение давления приводит к увеличению реального объема газа и, как следствие, скорости потока, что, в свою очередь, увеличивает потери давления на единицу длины трубопровода и т. д. В результате скорость падения давления газа на конечных участках трубопровода намного выше, чем на начальных, вследствие чего, при одинаковой длине всех секций межтрубного пространства, что имеет место при перекачке жидкости, перепад давлений на стенке эластичной трубы, особенно в конечных секциях трубопровода, неизбежно будет превышать допустимые расчетные значения.

Исходя из условия, что как внутреннее P_вн в начальной точке каждой секции, так и наружное P_нар в конечной точке каждой секции давления на стенку эластичного трубопровода, а также их сумма P P_вн + P_нар являются величинами постоянными для каждой секции, и учитывая, что квадрат давления газа в трубопроводе по его длине меняется линейно [3] легко убедиться в равенстве отношения разности квадратов давлений в начальной и конечной точках каждой секции к длине каждой секции на отношение разности квадратов давлений в начальной и конечной точках всего трубопровода к общей его длине, т.е.

Из этого следует, что сумма внутреннего наружного давлений на стенку эластичного трубопровода не будет превышать допустимого значения P, если длина не превышает величины

Расположение места соединения каждой секции межтрубного пространства с внутренней полостью эластичного трубопровода на расстоянии

обеспечивает нулевую нагрузку на разделительный элемент компенсатора в стационарных условиях перекачки и минимальную при изменении режима, например при остановке перекачки. Это вытекает из следующего. В начальной точке каждой секции эластичная труба находится под внутренним давлением, превышающим давление в межтрубном пространстве на величину P_вн максимально допустимое из условий прочности внутреннее давление на эластичную трубу. Вследствие падения давления перекачиваемого газа по длине эластичного трубопровода в точке 1_к.n. каждой секции давления в эластичном трубопроводе и межтрубном пространстве сравняются. Поэтому в этой точке нагрузка на разделительный элемент компенсатора будет равна нулю.

На фиг. 1 на примере трубопровода с пятью секциями межтрубного пространства представлен график изменения давления по длине трубопровода в эластичном трубопроводе и межтрубном пространстве при одинаковой длине всех секций межтрубного пространства и одинаковых допустимых внутренних давлениях на стенку эластичного трубопровода.

На фиг. 2 то же, при условии последовательного уменьшения длины секций межтрубного пространства по предлагаемому техническому решению при номинальной производительности трубопровода (а) и при уменьшенной производительности (б).

При перекачке газа по эластичному трубопроводу распределение газа по его длине кривая 1, фиг. 1, носит параболический характер, причем скорость падения давления возрастает по мере удаления от начала трубопровода. При условии, что внутреннее давление в начальной точке каждой секции не превышает допустимого значения P_вн и одинаково в каждой секции, а длина всех секций одинакова, наружное давление P_нар на стенку эластичного трубопровода изменяется по ломаной 2, при этом в каждой секции межтрубного пространства P_нар возрастает (P_нар1<P<P и т.д.) и может превысить допустимое значение, что приведет к разрушению эластичного трубопровода.

С изменением длины секций таким образом, что длина каждой последующей секции меньше предыдущей (l₁>l₂>l₃ и т.д.), давление газа внутри эластичного трубопровода по-прежнему изменяется по параболе (3, фиг. 2, а), но в этом случае в каждой секции поддерживается как одинаковое внутреннее давление в начальной точке каждой секции P_вн, так и одинаковое наружное давление в конечных точках секций (P_нар1 P_нар2 P_нар), не превышающее допустимого значения. С этой целью места соединения межтрубного пространства через компенсатор с внутренней полостью эластичного трубопровода расположены на таком расстоянии l_c от начальных точек секций, чтобы на этом расстоянии падение давления составило величину P_вн, что обеспечивает также нулевую нагрузку на разделительный элемент компенсатора в стационарных условиях перекачки. При этом расстояние места установки компенсатора от начальной точки каждой секции уменьшается по мере удаления секции от начала трубопровода l_c1> l_c2>l_c3 и т.д.).

При снижении производительности газопровода давление по всей длине газопровода уменьшается как и интенсивность его снижения по длине кривая 5 (фиг. 2, б), соответственно снижается давление в межтрубном пространстве - ломаная 6, причем внутреннее P_вн и наружное P_нар давления на стенку эластичного трубопровода также снижаются и остаются одинаковыми в каждой секции.

При отключении компрессоров давление в эластичном трубопроводе и межтрубном пространстве равны нулю.

Предложенное устройство имеет преимущество, т.е. в любой секции внутреннее и наружное давления в каждой секции не превышают допустимых значений и при любом режиме работы трубопровода давление в межтрубном пространстве автоматически согласуется с давлением в эластичном трубопроводе таким образом, что нагрузка на стенку эластичного трубопровода является минимальной.

Формула изобретения

Устройство для транспортирования коррозионно-активных газов, включающее металлический высоконапорный трубопровод и смонтированный внутри него соосный эластичный трубопровод, межтрубное пространство между которыми заполнено малосжимаемой антикоррозионной жидкостью и разделено по длине на ряд изолированных секций, снабженных компенсаторами, соединенными с межтрубным пространством и полостью эластичного трубопровода, отличающееся тем, что длина каждой секции межтрубного пространства уменьшается по мере удаленности от начала трубопровода и не превышает величины
, а места соединения межтрубного пространства с полостью эластичного трубопровода расположены на расстоянии не более

от начальной точки каждой секции,
где P_н давление газа в начальной точке трубопровода;
P_к давление газа в конечной точке трубопровода;
P P_вн+P_нар сумма допустимых из условий прочности внутреннего (P_вн) и наружного (P_нар) давлений на стенку эластичного трубопровода;
L общая длина трубопровода;
n номер секции от начала трубопровода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2