Rurociągi

Zapotrzebowanie na surowce wymaga sprawnego transportu z odległych miejsc wydobycia ropy naftowej, gazu, węgla, miedzi i minerałów do ośrodków przemysłowych i miast. Najlepszym rozwiązaniem w tym zakresie okazały się podziemne magistrale przesyłowe z rur stalowych. Rurociągi dalekiego zasięgu wykorzystuje się głównie do przesyłania ropy naftowej i produktów ropopochod­nych oraz gazu ziemnego i wody. Rurociągami coraz częściej jednak przesy­ła się także takie materiały, jak węgiel lub koncentraty rud. Rozdrabnia się je w kruszarkach i po zmieszaniu z wodą pod ciśnieniem kilku MPa przetłacza rurociągami na odległość setek kilometrów. Ocenia się, że ok. 50% wszyst­kich surowców energetycznych świata jest transportowanych rurociągami. Od­rębne zagadnienie stanowią rurociągi przemysłowe w obrębie fabryk, rurociągi w siłowniach wodnych, atomowych i cieplnych oraz obudowy tuneli i przejść podwodnych.

Rurociąg dalekiego zasięgu (magistralny) to rurociąg łączący wydzielone obiek­ty nadania i odbioru lub rozdziału transportowanego medium (stacje pomp, stacje sprężarkowe, zbiorniki magazynowania). Rurociągami magistralnymi transportuje się ropę (ropociągi), produkty naftowe, gaz (gazociągi).

Ze względu na charakter pracy rurociągi można podzielić na: wysoko-, średnio-i niskoprężne.

Ze względu na położenie w stosunku do terenu rurociągi dzieli się na:

• podziemne (podwodne), gdy rurociąg jest zasypany warstwą ziemi (lub po­
  kryty wodą)

• zagłębione, gdy rurociąg leży poniżej poziomu terenu, ale nie jest zasypany,

• naziemne, gdy rurociąg leży nad powierzchnią terenu, ale nie projektuje się
  ciągów komunikacyjnych ponad nim,

• nadziemne, gdy pod rurociągiem projektuje się ciągi komunikacyjne
  

O przepustowości rurociągu decyduje: średnica i ciśnienie.

Obydwa czynniki mają wpływ na koszt wykonania.

Ciśnienie wymaga lepszej stali lub grubszej ścianki.

Zwiększenie średnicy to więcej materiału żeby dobrze zaprojektować rurociąg.

Ważny jest racjonalny dobór średnicy przy minimalizacji kosztów przesyłu.

Zmiana ciśnienia: zwiększenie grubości, zwiększenie wytrzymałości - wybrać minimum zmian

Koszty przesyłu maleją w zależności od wydajności rurociągu.

Koszt transportu 1m³ gazu rurociągiem o średnicy 900mm jest o 40% mniejszy niż w przypadku rurociągu o średnicy 600mm.

Rurociąg pracuje pod ciśnieniem 70÷80atm czyli 7÷8MPa.

W przypadku zasilania budynku wodą 2÷5atm.

Całością spraw energetycznych zajmuje się Międzynarodowa Agencja Energii.

Wyposażenie rurociągu: stacja pomp, stacje sprężarkowe, zbiorniki do magazynowania, dodatkowo stacje pomiarowe.

Cały rurociąg sklada się z podst. elem. skład:

1) rury przewodowe i osłonowe:

przewodowe - sam rurociąg

osłonowe - o większej średnicy, zabezpiecza rurociąg przed wpływem zagrożeń zewnętrznych.

2) armatura trasowa - zasuwy, zawory odcinające, zawory zwrotne

3) komory wysyłania i przyjmowania czyszczaków

4) kształtki - trójniki, łuki i zwężki

5) kołnierze połączeniowe - służą do przyłączania 2 fragmentów rur ale nie na samej trasie lecz gdy przyłączamy jakiś element, bocznik. Sam rurociąg jest łączony za pomocą spoin.

6) odpowietrznik

7) odwadniacze

8) urządzenia zabezpieczające przed nieporządanym ciśnieniem

9) obciążniki zabezpieczające rurociągi przed wypłynieciem na przeszkodach wodnych lub trasach zawodnionych (rurociąg dociąża: ciężar własny, grunt znajdujący się bezpośrednio nad rurociągiem)

Rurociąg kotwimy lub dociążamy płytami od góry (problem ze statecznością)

10) materiały izolacyjne - ochrona bierna strony zewnętrznej zbiornika przed korozją.

11) elementy ochrony katodowej - rodz. Inst. Elektr. Zabezpieczającej przed korozją na skutek różnicy potencjału elektr.

12) zdalne sterowanie zaworami występującymi na trasie urządzenia do wykrywania przecieków na etapie eksploatacji

Rurociągi dalekiego transportu (naftowe, gazowe) wykonuje się z rur stalowych:

Mogą to być rury: bez szwów, ze szwem wzdłużnym spawanym lub zgrzewanym, ze szwem spiralnym spawanym lub zgrzewanym

Rura ze szwem prostym: szew na calej długości

Taka spoina błyskawicznie stygnie. Proces normalizacji: podgrzewamy rurę i stopniowo schładzamy. Naprężenia się normalizują. Proces normalizacji materiału.

Krawędzie mogą być zgrzewane.

Rura ze szwem spiralnym: szew po linii spirali.

Spawana lub zgrzewana.

Rury są elementem o dużej odpowiedzialności. Poddane są wielu kontrolom. Szwy są sprawdzane metodami ultradźwiękowymi aby wykryć uszkodzenia lub wtrącenia ciał obcych oraz metodami radiologicznymi.

Badaniu podlega nie tylko jakość wykonanych spoin, ale także grubość blach z których są wykonane.

Projekt opiera się na założeniu:

- określenie wymaganej przepustowości

- trasa poprowadzenia rurociągu - znamy zbliżone koszty ułożenia rurociągu

przeszkody - droga, tor kolejowy, przeszkoda wodna.

W przypadku awarii korzysta się ze zbiorników zapasowych, bo trudno dostać się do rurociągu. Ekonomicznie uzasadnione.

Czynniki oddziałujące na wytrzymałość rurociągu

1) oddziaływania zewnętrzne

2) cechy geometryczne

3) własności mechaniczne i fizykochemiczne użytych materiałów

4) jakość wykonania

Ad1) - działanie ciśnienia zewn. (ciśnienie robocze)

- obciążenie gruntem i obc. Ruchome na powierzchni terenu

- działanie temp.

- wpływ sprężystego wygięcia rurociągu w miejscach zakrzywienia (w poziomie i w pionie) a także na skutek osiadania rurociągu.

- uderzenie hydrauliczne - większe ciśnienie w momencie gdy następuje napływ produktu do prostego rurociągu lub w strefach jego zakrzywienia

2 czynniki które decydują o projektowaniu:

- rurociąg projektowany na tzw. wewn-ciśnienie projektowe: P = (2St/D)EF

P - wewnętrzne ciśnienie projektowe

S - min. granica plastyczności wg. specyfikacji wytwórcy rury

t - nominalna grubość śćianki

D - nominalna średnica zewnętrzna rury

E - współ. wzdłużnego złącza rury

F - współczynnik projektowy

Obciążenie zewnętrzne działające na rurociąg:

- trzęsienia ziemi

- tąpnięcia górnicze

- wibracje

- oddziaływania termiczne - wydłużenie i skracanie rurociągu

Rurociągi oparte na podporach - musimy uwzględnić strefę podporową. Lokalne naprężenia od podpór i elem. dodatkowych zwiększenie grubości rurociągu w miejscach podpór.

Budowa rurociągu dalekiego zasięgu ma pewną specyfikę. Pewne cechy które charakteryzują rurociąg są to:

- znaczne rozciągnięcie stale przemieszczającego się obszaru robót

- rozrzucenie wzdłuż trasy wyspecjalizowanych brygad i zespołów roboczych

- oddalenie od baz tech. I konieczność transportu różnych materiałów

- eksploatacja w war. Polowych sprzętu i środków transp.

- zaostrzone wymagania ochrony środowiska, działanie na granicy ich naruszenia

- stosowanie odpowiedniego sprzętu

Specjalne wymagania co do jakości:

- rur

- materiałów spawalniczych

- materiałów izolacyjnych (przeciw korozji)

- malowanie raz, zabezpieczenie przy pomocy asfaltu, włókien szklanych, taśm z tworzyw sztucznych - na cały czas eksploatacji rurociągu.

Wymagania muszą zapewnić bezpieczną i długotrwałą bezawaryjną działalność rurociągu. Zastosować wysoki współ. konsekwencji zniszczenia, o wiele większy od 1 bo duże koszty, straty, ryzyko naruszenia warunków ochrony środowiska.

Rurociąg wymaga specjalistycznych robót.

Przy budowie rurociągu dalekiego zasięgu stawia się wymagania co do jakości:

- rur - są kontrolowane w celu wykrycia rozwarstwień (dotyczy gatunku) oraz spraw. Łączy (rury spawane). Metody badań (radiologiczne lub ultradźwiękowe)

- mat. Spawalniczych w trakcie wykonywania rurociągu. Dotyczy elektrod, drutów spawalniczych, gazów technicznych. Elektrodą spawa się elementy łączone.

Gazy spawalnicze: argon, CO₂ (spawanie w osłonie gazów)

Drut spawalniczy w osłonie topika lub w osłonie gazów.

Druty współdziałają przy spawaniu z gazami lub z warstwą topiku. Z elektrod wydziela się gaz przy spawaniu.

Gazy techniczne: acetylen, tlen

- materiałów izolacyjnych - welony szklane, asfalt, taśmy z tworzyw sztucznych.

Zabezpieczenie rurociągu przed korozją bo rurociągi leżą w gruncie. Dochodzą inne agresywne czynniki. Korozja elektrolityczna - gdy grunt przechodzi w inny grunt. Zabezpieczeniem jest powłoka asfaltowa z welonem z włókna szklanego. Taśmy - warstwa ochronna (dodatkowe zabezpieczenie)

- roboty spawalnicze

- roboty izolacyjne

- układanie rurociągów do wykopu

W określonym okresie eksploatacji wszystkie elementy muszą działać niezawodnie

Okres eksploatacji - kilkadziesiąt lat (powyżej 30)

Rurociągi nie leżą w linii prostej. Układa się je jak leci teren z wyjątkiem przeszkód kiedy, trzeba zejść z trasy i z pionu np. przeszkoda wodna.

A - głębokość przejścia rury pod ciekiem wodny, min. 1,5m pod dnem cieku wodnego, 0,7m dla gr. Skalistych lub inne wymogi.

---