Железнодорожный транспорт СУГ

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина

Филиал РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина в городе Ташкенте

РЕФЕРАТ

на тему

Введение

Транспорт -- одна из важнейших базовых отраслей экономики, обеспечивающая потребность в перемещении пассажиров и грузов. Функционирование транспорта -- часть экономической деятельности, направленная на увеличение степени удовлетворения потребностей населения и экономики с помощью изменения географического положения людей и товаров. Транспорт доставляет сырье к тем местам, где имеются лучшие условия для его переработки, или готовые товары к районам их наиболее эффективного использования, и людей к местам труда и отдыха. Иногда говорят, что транспорт расширяет полезное пространство. Это средство, освобождающее материальные ресурсы и направляющее их из мест, где они приносят мало пользы, к местам, где их польза реализуется более полно. Точно так же транспорт обеспечивает доступ к природным ресурсам и предоставляет возможность получить эффект от вовлечения их в хозяйственный оборот, который до этого не мог быть реализован. Таким образом, транспорт освобождает естественные ресурсы от их географической ограниченности, делая их доступными. Другими словами, транспорт можно определить еще и как средство увеличения степени удовлетворения потребностей общества посредством перемещения людей и товаров. Торговля и транспорт -- неразрывные общественные процессы, их интересы переплетаются.

Через систему пассажирских перевозок транспорт влияет на социальную сферу, а через систему грузовых перевозок -- на эффективность работы всех отраслей хозяйства и на формирование конечной цены потребления любого товара, доставленного потребителю.

Поскольку газ по сравнению с нефтью имеет меньшую термическую плотность, для его транспортировки требуется объем, значительно превышающий объем, необходимый для транспортировки нефти аналогичной теплотворной способности, что инициировало разработку способов транспортировки и хранения газа в сжатом и сжиженном виде.

Важнейшей проблемой международной торговли сжиженными газами является способ доставки их из районов добычи в районы потребления. Страны, не имеющие собственных значительных месторождений газа и разделенные морскими бассейнами, например Япония, страны Западной Европы и другие, вынуждены прибегнуть к услугам морского транспорта. В некоторых случаях морские перевозки сжиженных газов и в пределах одной страны являются наиболее целесообразным и экономическим видом транспорта. Проблема доставки сжиженных газов морем стала особенно актуальной в последние годы в связи с бурным ростом потребления газов в областях, достаточно удаленных от мест добычи.

Сжиженные углеводородные газы (СУГ)

Сжиженные углеводородные газы (СУГ) - смесь сжиженных под давлением лёгких углеводородов с температурой кипения от ?50 до 0 °C. Предназначены для применения в качестве топлива. Основные компоненты: пропан, пропилен, изобутан, изобутилен, н-бутан ибутилен.

Производится в основном из попутного нефтяного газа. Транспортируется и хранится в баллонах и газгольдерах. Применяется для приготовления пищи, кипячения воды, отопления, используется в зажигалках, в качестве топлива на автотранспорте.

Газы углеводородные сжиженные (пропан-бутан, в дальнейшем СУГ) - смеси углеводородов, которые при нормальных условиях находятся в газообразном состоянии, а при небольшом повышении давления или незначительном понижении температуры переходят из газообразного состояния в жидкое.

Основными компонентами СУГ являются пропан и бутан. Пропан-бутан (сжиженный нефтяной газ, СНГ, по-английски - liquifiedpetroleumgas, LPG) - это смесь двух газов. В состав сжиженного газа входят в небольших количествах также: пропилен, бутилен, этан, этилен, метан и жидкий неиспаряющийся остаток (пентан, гексан).

Сырьем для получения СУГ являются в основном нефтяные попутные газы, газоконденсатных месторождений и газы, получаемые в процессе переработки нефти. сжиженный углеводородный пропан нефтеперегонный

С заводов СУГ в железнодорожных цистернах поступает на газонаполнительные станции (ГНС) газовых хозяйств, где хранится в специальных резервуарах до продажи (отпуска) потребителям. Потребителям СУГ доставляется в баллонах или автоцистернами.

В сосудах (цистернах, резервуарах, баллонах) для хранения и транспортировки СУГ одновременно находится в 2-х фазах: жидкой и парообразной. СУГ хранят, транспортируют в жидком виде под давлением, которое создаётся собственными парами газа. Это свойство делает СУГ удобными источниками снабжения топливом коммунально-бытовых и промышленных потребителей, т.к. сжиженный газ при хранении и транспортировке в виде жидкости занимает в сотни раз меньший объем, чем газ в естественном (газообразном или парообразном) состоянии, а распределяется по газопроводам и используется (сжигается) в газообразном виде.

Сжиженные углеводородные газы (СУГ) состоят из простых углеводородных соединений, являющихся органическими веществами, содержащими в своём составе 2 химических элемента - углерод (С) и водород (Н). Углеводороды отличаются друг от друга количеством атомов углерода и водорода в молекуле, а также характером связей между ними.

Товарный сжиженный газ должен состоять из углеводородов, которые в нормальных условиях являются газами, а при сравнительно небольшом повышении давления и температуре окружающей среды или незначительном понижении температуры при атмосферном давлении переходят из газообразного состояния в жидкое.

Самый простой углеводород, содержащий всего один атом углерода, - метан (СН4). Он является основным компонентом природного, а также некоторых искусственных горючих газов. Следующий углерод этого ряда - этан (С2Н6) - имеет 2 атома углерода. Углеводород с тремя атомами углерода - пропан (С3Н8), а с четырьмя - бутан (С4Н10).

Все углеводороды этого типа имеют общую формулу СnH2n+2 и водят в гомологический ряд предельных углеводородов - соединений, в которых углерод до предела насыщен атомами водорода. При нормальных условиях из предельных углеводородов газами являются лишь метан, этан, пропан и бутан.

Для получения сжиженных газов в настоящее время широко применяют природные газы, добываемые из недр Земли, которые представляют собой смесь различных углеводородов, преимущественно метанового ряда (предельных углеводородов). Природные газы чисто газовых месторождений в основном состоят из метана и являются тощими или сухими; тяжелых углеводородов (от пропана и выше) содержат менее 50 г/см3. Попутные газы, выделяемые из скважин нефтяных месторождений совместно с нефтью, помимо метана содержат значительное количество более тяжелых углеводородов (обычно более 150 г/м3) и являются жирными. Газы, которые добывают из конденсатных месторождений, состоят из смеси сухого газа и паров конденсата. Пары конденсата представляют собой смесь паров тяжелых углеводородов (С3, С4, бензина, лигроина, керосина). На газоперерабатывающих заводах из попутных газов выделяют газовый бензин пропан-бутановую фракцию.

ШФЛУ - широкая фракция легких углеводородов, включает в основном смесь легких углеводородов этановой (С2) и гексановой (С6) фракций. В целом типичный состав ШФЛУ выглядит следующим образом: этан от 2 до 5%; сжиженный газ фракций С4-С5 40-85%; гексановая фракция С6 от 15 до 30%, на пентановую фракцию приходится остаток.

Учитывая широкое применение в газовом хозяйстве именно СУГ, следует более подробно остановиться на свойствах пропана и бутана.

Пропамн -- это органическое вещество класса алканов. Содержится в природном газе, образуется при крекинге нефтепродуктов. Химическая формула C3H8 (рис. 1). Бесцветный газ без запаха, очень малорастворим в воде. Точка кипения ?42,1С. Образует с воздухом взрывоопасные смеси при концентрации паров от 2,1 до 9,5%. Температура самовоспламенения пропана в воздухе при давлении 0,1 МПа (760 мм рт. ст.) составляет 466 °С.

Пропан используется в качестве топлива, основной компонент так называемых сжиженных углеводородных газов, в производстве мономеров для синтеза полипропилена. Является исходным сырьём для производства растворителей. В пищевой промышленности пропан зарегистрирован в качестве пищевой добавки E944, как пропеллент.

Бутамн (C4H10) -- органическое соединение класса алканов. В химии название используется в основном для обозначения н-бутана. Химическая формула C4H10 (рис. 1). Такое же название имеетсмесь н-бутана и его изомера изобутана CH(CH3)3. Бесцветный горючий газ, без запаха, легко сжижаемый (ниже 0 °C и нормальном давлении или при повышенном давлении и обычной температуре -- легколетучая жидкость). Содержится в газовом конденсате и нефтяном газе (до 12 %). Является продуктом каталитического и гидрокаталитического крекинга нефтяных фракций.

Производство, как сжиженного газа, так и ШФЛУ осуществляется за счет следующих трех основных источников:

? предприятия нефтедобычи - получение СУГ и ШФЛУ происходит во время добычи сырой нефти при переработке попутного (связанного) газа и стабилизации сырой нефти;

? предприятия газодобычи - получение СУГ и ШФЛУ происходит при первичной переработке скважинного газа или несвязанного газа и стабилизации конденсата;

? нефтеперегонные установки - получение сжиженного газа и аналогичных ШФЛУ происходит при переработке сырой нефти на НПЗ. В данной категории ШФЛУ состоит из смеси бутан-гексановых фракций (С4-С6) с небольшим количеством этана и пропана.

Основное преимущество СУГ - возможность их существования при температуре окружающей среды и умеренных давлениях, как в жидком, так и в газообразном состоянии. В жидком состоянии они легко перерабатываются, хранятся и транспортируются, в газообразном имеют лучшую характеристику сгорания.

Состояние углеводородных систем определяется совокупностью влияний различных факторов, поэтому для полной характеристики необходимо знать все параметры. К основным параметрам, поддающимся непосредственному измерению и влияющим на режимы течения СУГ, относятся давление, температура, плотность, вязкость, концентрация компонентов, соотношение фаз.

Система находится в равновесном состоянии, если все параметры остаются неизменными. При таком состоянии в системе не происходит видимых качественных и количественных изменений. Изменение хотя бы одного параметра нарушает равновесное состояние системы, вызывая тот

или иной процесс.

Сжиженные газы при хранении и транспортировании постоянно изменяют свое агрегатное состояние, часть газа испаряется и переходит в газообразное состояние, а часть конденсируется, переходя в жидкое состояние. В тех случаях, когда количество испарившейся жидкости равно количеству сконденсировавшегося пара, система жидкость-газ достигает равновесия и пары над жидкостью становятся насыщенными, а их давление называется давлением насыщения или упругостью паров.

Транспортировка СУГ

Транспорт сжиженных углеводородных газов осуществляется следующими способами:

* по железной дороге в специальных вагонах-цистернах, контейнерах-цистернах (танк-контейнерах) и вагонах, груженных баллонами;

* автотранспортом в специальных автоцистернах, контейнерах- цистернах и автомобилях, груженных цистернами и баллонами;

* морским транспортом на специальных судах-танкерах (газовозах) и судах-контейнеровозах, груженных контейнерами-цистернами;

* по трубопроводам. углеводородный газ транспорт

Транспортировка газов потребителю с месторождения становится экономически оправданной при переводе его в жидкое состояние, что способствует уменьшению его объема. При транспортировке сжиженного газа нужно учитывать его физико-химические особенности. Так как температура кипения пропана --42 °С, а для бутана эта температура составляет --0,5 °С, для того чтобы эта смесь оставалась жидкой, ее хранят и перевозят под давлением в 1,6 МПа (16 атмосфер). При высокой температуре давление паров пропана доходит до предельного значения, допустимого для стенок сосуда; жидкость в резервуаре очень сильно расширяется и, поскольку она несжимаема, может даже разгерметизировать сосуд. Поэтому в зависимости от внешних температурных условий пропан в соответствующей пропорции разбавляют неинтенсивно испаряющимся бутаном. Кроме того, для того чтобы резервуар не подвергся разгерметизации при повышении температуры, его заполнение ограничивается 85 % геометрического объема.

Главным преимуществом СПГ перед СУГ является то, что при сжижении СПГ при атмосферном давлении и при температуре -- 163 °С его объем уменьшается в 600 раз (против 250 раз, характерных для синтетического газа). Однако это же говорит о том, что даже незначительная утечка сжиженного топлива может быть очень опасной.

Длительное время доминирующим элементом транспортной системы России по экспорту углеводородного сырья выступал трубопроводный транспорт. Однако в связи с диверсификацией рынков и расширением экспорта сжиженного неизбежны структурные изменения в пользу морского транспорта.

При транспортировке углеводородного сырья с месторождений, в том числе на экспорт, в течение многих десятилетий стратегически приоритетны были трубопроводные системы. Достаточно сказать, что по ним осуществляется более 80 % экспортных поставок нефти и 100 % газа. Это было связано с тем, что, во-первых, осваивались месторождения, расположенные в центре Западной Сибири, т.е. слабо ориентированные на морские варианты транспортировки. Во-вторых, трубопроводные и комбинированные системы страны переходили в системы потребителей в Западной Европе, куда и осуществлялись основные поставки. Ситуация радикально изменилась за последние 15 лет, так как часть трубопроводов и нефтяных терминалов бывшего единого Советского Союза оказались на территории новых независимых государств, отношения с которыми в части транспортировки углеводородного сырья складываются достаточно противоречиво. Кроме того, разработка основных нефтяных и газовых месторождений Российской Федерации все более смещается в сторону прибрежных территорий и арктического шельфа54.

При транспортировке СУГ на внутреннем рынке Российской Федерации в основном используется автомобильный и железнодорожный транспорт, при экспорте также используется и морской транспорт. Основные схемы экспортной транспортировки СУГ представлены на рис.1.2

Рис. 1.2. Основные экспортные схемы транспортировки СУГ

При транспортировке на экспорт сжиженного углеводородного газа самым оптимальным видом транспорта является железная дорога и морской транспорт. Речной и авиатранспорт для перевозки СУГ применялся в СССР и в настоящее время применяется для газоснабжения районов Крайнего Севера. Необходимость в авиаперевозках возникает, в основном, в зимний период в северных районах при отсутствии тары и недостаточном запасе газа в навигационный период у промышленных и бытовых потребителей, а также для газоснабжения экспедиций в Артике и Антарктиде. Авиаперевозки сжиженного газа осуществляется загрузкой баллонов вместимостью по 27 литров в грузовые самолеты (в зависимости от дальности полета и типа самолета загрузка доходит до 500 штук). Авиатранспорт является самым дорогим из существующих видов транспорта сжиженных газов. При использовании самолетов меньшей грузоподъемности расходы возрастают.

Также транспортировка сжиженного нефтяного газа осуществляется непосредственно по трубопроводам (продуктопроводам), которые, как правило, соединяют несколько предприятий, объединенных единой технологией, или предприятия и наливные железнодорожные эстакады. Протяженность продуктопроводов незначительна[2]. По трубопроводам сжиженные газы (пропан, бутан) перевозится как совместно с другими нефтепродуктами (бензинами), так и без них по специальным пропан-бутановым трубопроводам[3].

Автомобильная транспортировка требует разветвленной системы дорог, допускающих движение крупнотоннажных автогазовозов в течение всего календарного года. Автомобильные перевозки при транспортировке СУГ на экспорт встречаются крайне редко. Это обусловлено, прежде всего, высокими расходами на перевозку и малой вместимостью. Автотранспорт используется только для транспортировки СУГ на внутреннем рынке на короткие расстояния: до 50 км -- автомобилями, груженными цистернами и баллонами; до 500 км -- автоцистернами.

При морских перевозках используются суда-газовозы (где СУ Г перевозится наливом) или на контейнеровозах (когда СУ Г поставляется в танк-контейнерах). Суда-газовозы, в которых осуществляется транспортировка СУГ, имеют специальное оснащение -- в них газ перевозится в охлажденном виде. Основной элемент конструкции газовоза -- огромные изотермические резервуары для хранения СУГ (танки). Также в конструкцию входят грузовой отсек, двигательные установки и вспомогательное оборудование танков. В грузовой части газовозы имеют двойной корпус, что позволяет обеспечить повышенную безопасность перевозок. Отсутствие в России портовых мощностей и судов, позволяющих перевозить СУГ наливом, является острой проблемой отрасли.

Железнодорожная транспортировка СУГ

При железнодорожной транспортировке (в основном, на расстояния 1000 км и более) используются специально оборудованные «вагоны-цистерны» грузоподъемностью от 30 до 35 т. Железнодорожные цистерны для перевозки сжиженных газов являются геометрически закрытыми сосудами, работающими под давлением. На внутреннем рынке, кроме специализированных вагонов-цистерн и контейнеров-цистерн, доставка сжиженных газов по железной дороге осуществляется в крытых вагонах, груженных баллонами (вместительностью 27 и 50 л). Таким способом газ поставляется в необеспеченные сетевым природным газом населенные пункты, отдаленно расположенные от газонаполнительных станций. Около 80 % экспорта СУ Г перевозится на железной дороге. Практически каждая крупная компания, экспортирующая СУГ, как правило, имеет своего перевозчика, однако владельцем подавляющей части железнодорожной инфраструктуры для перевозки СУГ является ОАО «СГ-Транс», предоставляющее цистерны в аренду ООО «Газпромтранс», ЗАО «Сибуртрансу» и другим крупным операторам. Специализированный парк вагонов-цистерн ОАО «СГ-Транс» для транспортировки СУГ по оценкам компании составляет около 57 % от общего парка газовых цистерн в Российской Федерации (около 27 тыс.). Структура вагонного парка в Российской Федерации для перевозки сжиженных углеводородных газов представлена на рис. 1.3.

Рис. 3.11. Структура вагонного парка для перевозки СУГ в РФ

Транспорт сжиженных углеводородных газов по желез­ным дорогам осуществляется в специальных цистернах и ва­гонах, груженных баллонами. Железнодорожные цистерны специальной конструкции различают по емкости и назначе­нию. Для перевозки пропана используют в основном цистер­ны объемом 54 м3, для бутана -- цистерны объемом 60 м3, а для сжиженных газов -- цистерны объемом 98 м3 

По своему устройству железнодорожная цистерна пред­ставляет собой сварной цилиндрический резервуар со сфе­рическими днищами, расположенный на четырехосной же­лезнодорожной платформе (тележке).

Доставка сжиженных газов в баллонах, транспортируемых по железной дороге, осуществляется в крытых вагонах. Та­кой способ перевозки вместо автомобильного применяется в тех случаях, когда потребитель находится на значительном удалении от кустовых баз и газонаполнительных станций сжиженного газа или в стороне от автомобильных дорог, что характерно для некоторых северных районов. Перевозка осу­ществляется в основном в баллонах объемом 50 л, загружае­мых в количестве 360 шт. в один четырехосный крытый вагон грузоподъемностью 60 т.

Для перевозки СУГ, в основном, используется один вид железнодорожных цистерн - с верхним наливом и сливом СУГ. Цистерна представляет собой сварной цилиндрический резервуар со сферическими днищами 2, расположенный на четырехосной железнодорожной тележке 1. Крепление резервуара к раме осуществляется стяжными болтами 5. В верхней части цистерн по их вертикальной оси имеется горловина люка-лаза с фланцем, на котором крепится крышка. Люк-лаз имеет диаметр 450 мм, на крышке которого расположена арматура. Люк вместе с арматурой закрывается предохранительным колпаком 3 диаметром 685 мм и высотой 340 мм. Для обслуживания арматуры вокруг колпака сделана площадка с поручнями 4 и лестницами 6 по обе стороны цистерны.

1 - четырехосная тележка; 2 - резервуар с днищем; 3 - колпак наполнения или слива; 4 - укреплённая площадка с поручнями; 5 - стяжные болты с хомутами; 6 - лестницы; 7 - узел манометродержателя; 8 - опорный башмак.

Крышка люка лаза железнодорожной цистерны для СУГ

На крышке люка размещены сливоналивная и предохранительная арматура, а также арматура для контроля сливоналивных операций. В центре крышки люка смонтирован пружинный предохранительный клапан 10, предназначенный для сброса паров сжиженного газа в атмосферу в случае, если в цистерне повысится давление сверх допустимого.

По обе стороны предохранительного клапана по продольной оси цистерны установлены два угловых сливоналивных вентиля 7 и 9, которые через скоростные клапаны 1, автоматически прекращающие выход сжиженного газа в случае обрыва шланга, соединены с трубами, доходящими почти до дня цистерны.

Для отбора из цистерны или подачи в нее паров сжиженного газа служит угловой вентиль 6, соединенный через скоростной клапан с паровым пространством цистерны.

Для контроля за правильностью заполнения сжиженным газом служат вентили 2 и 3, заканчивающиеся внутри цистерны трубками на уровне максимального наполнения. При этом трубка вентиля 2, маховик которого окрашен в зеленый цвет, заканчивается на уровне максимально допустимого заполнения сосуда цистерны сжиженным газом, а трубка вентиля 3, маховик которого окрашен в красный цвет, -- на 50 мм выше. Таким образом, вентиль 2 является вентилем-сигналом, а слой жидкости в 50 мм (находящийся между концами вентилей- трубок 2 и 3) представляет собой допустимое контролируемое переполнение железнодорожной цистерны сжиженными газами.

Контроль за опорожнением цистерны осуществляется вентилем 4, трубка которого установлена на уровне нижней плоскости сливоналивных трубок. Термометр для замера температуры сжиженных газов помешается в кармане 8, представляющим собой длинную трубку. Конец этой трубки, опущенный в цистерну, заварен, а верхний конец, ввинченный во фланец люка, открыт. Вентиль 1 служит для удаления из сосуда цистерны отстоявшейся воды и тяжелых неиспаряющихся остатков сжиженных газов. Конец трубки этого вентиля заканчивается на расстоянии 5 мм от низа цистерны.

Расчет сосудов железнодорожных цистерн на прочность производится с учетом действия нагрузок от упругости паров жидкости и давления жидкости в результате толчка или торможения цистерны.

Расположение арматуры на крышке люка железнодорожной цистерны

1 - вентиль для удаления воды; 2, 3 - вентили для контроля уровня наполнения; 4 - вентиль для контроля опорожнения; 5 - вентиль сброса газа; 6 - угловой вентиль для отбора (подачи) паровой фазы сжиженного газа; 7,9 - угловые вентили для наполнения и слива сжиженного газа;

8 - карман для термометра, 10 - предохранительный клапан.

Кроме специальных цистерн доставка СУГ потребителям осуществляется в крытых вагонах, груженных баллонами. Такой вид транспорта применяется при снабжении газом бытовых потребителей, расположенных в районах, значительно удаленных от КБ и ГНС. В некоторых случаях доставка сжиженного газа в баллонах по железной дороге экономически эффективнее, чем доставка газа автотранспортом. В каждом конкретном случае выбирается оптимальный вариант путем сравнения тарифов и затрат.

По железной дороге баллоны со сжиженным газом перевозятся в двух- и четырехосных крытых вагонах. Обычно перевозятся баллоны вместимостью 27 и 50 л. Они должны быть полностью исправны и снабжены двумя защитными резиновыми кольцами толщиной не менее 25 мм.

В настоящее время такой способ транспортировки СУГ применяется достаточно редко.

Заключение

Отметим, что перевозка газа по железной дороге наиболее массовый тип доставки, благодаря которой за один раз можно перевезти большое количество сырья. С экономической точки зрения - это весьма выгодно. Возможна организация перевозки сжиженного газа и в баллонах. В этом случае транспортировка производится в крытых вагонах. Данный способ доставки используется в тех случаях, когда получатель находится на значительном удалении от газонаполнительных станций или в стороне от автомобильных дорог. Необходимо принять меры обеспечения безопасности, так как вещество легко воспламеняется и взрывоопасно.

Список литературы

Раневский Б.С. Сжиженные углеводородные газы. -- М.: Изд-во «Нефтьи Газ», 2009. - С. 252.

Интернет ресурс: https://www.gazprom-neft.ru/press-center/sibneft-online/archive/2016-june/1113659/

Интернет ресурс: https://rep.bntu.by/bitstream/handle/data/4674/Основной%20текст.pdf?sequence=1

Преображенский, Н.И. Сжиженные углеводородные газы / Н.И. Преображенский. - Л.: Недра, 1975. - 280 с

Размещено на Allbest.ru