Трубопровод

В 1863 году Дмитрий Менделеев предложил доставлять нефть с бакинских нефтяных приисков до морского порта не в бочках, а по трубам. Предложение не было принято. Спустя два года первый трубопровод построили в Пенсильвании, США.

В 1877 году Александр Бари и его помощник Владимир Шухов вновь выдвигают идею трубопроводного транспорта, опираясь и на американский опыт и на предложение Менделеева, и в 1878 году Шухов построил первый в России нефтепровод от Баку до нефтеперерабатывающих заводов^[2].

По инициативе Менделеева в 1896—1906 годах по проекту Шухова был построен первый магистральный продуктопровод диаметром 200 мм, длиной 833 км для перекачки керосина из Баку в Батуми, который стал самым крупным трубопроводом в мире. В 1910—1913 годах построен нефтепровод «Грозный — Махачкала» диаметром 200 мм, длиной 162 км. После 1925 года построены нефтепроводы диаметром 250 мм: «Баку — Батуми» длиной 834 км, «Грозный — Туапсе» длиной 49 км.

В 1931 году построен продуктопровод диаметром 300 мм «Армавир — Никитовка» длиной 445 км, а к 1941 году — «Махачкала — Грозный», «Гурьев — Орск», «Малгобек — Грозный» и др.^[2]

В 1937 году в Особой Краснознамённой Дальневосточной армии были проведены учения, на которых была осуществлена опытная прокладка трубопровода через реку Суйфун.

В 1938—1943 годах во время Великой Отечественной Войны несколько трубопроводов было построено в западной части Украины, где надземные балочные системы переходов получили широкое распространение^[2]. Были построены продуктопровод «Астрахань — Саратов», бензинопровод через Ладожское озеро и др.

В 2004 году контрабандисты из Эстонии и России сумели ввести в нелегальную эксплуатацию «водкопровод».

В Российской Федерации

Согласно правилам Ростехнадзора трубопроводы должны защищаться от разрушения из-за превышения давления предохранительными клапанами.

Расчеты трубопроводов на прочность в Российской Федерации регламентируются нормативными документами:

Расчеты на прочность производятся с целью определения наилучшей конфигурации трубопровода и расстановки опор, при которой:

• Толщины стенок труб и фитингов достаточны, чтобы выдерживать внутреннее давление при заданной температуре и соответствуют требованиям норм
• Напряжения не превышают допустимых нормами значений
• В результате изменения нагрузок, регулярно повторяющихся во времени, не происходит разрушение от малоцикловой усталости
• Нагрузки на опоры и штуцеры оборудования не превышают допустимых значений
• Перемещения находятся в допустимых пределах, при которых не происходит падения с опор и коллизий
• Сжимающие силы и наружное давление не приводят к потере местной и общей устойчивости труб
• Деформации сильфонных, линзовых, резиновых копенсаторов не превышают допустимых значений
• Обеспечена герметичность фланцевых соединений от действия давления, изгибающих моментов и осевых нагрузок

В Российской Федерации такие расчеты производятся с использованием специализированных программ, таких как СТАРТ-ПРОФ, АСТРА-НОВА, dPIPE, CPIPE, РАМПА, АСТРА.

В зависимости от вида прокладки и/или перехода (типа опирания)^[3]

• наземный — укладывается выше уровня земли на отдельных опорах;
• надземный^[4];
  • арочный^[5];
  • висячий^[6];
  • балочный;
• подземный — укладывается непосредственно на грунт в траншеях, канавах, насыпях, штольнях, на опорах в тоннелях и дюкерах^[7];
• подводный — укладывается по дну водоёмов, рек или в траншеях, прорытых на дне^[8];
• плавающий — укладывается на поверхности болот, а также озёр, рек и др. водоёмов с креплениями к поплавкам (чаще пластмассовым)^[9].

В зависимости от транспортируемой среды

• Аммиакопровод — предназначается для транспортировки аммиака. В России и на Украине функционирует экспортный магистральный аммиакопровод Тольятти — Одесса.
• Водопровод — предназначен для обеспечения водой населения, промышленных предприятий, транспорта^[10]. В зависимости от видов потребления бытовых и промышленных нужд трубопроводы водоснабжения различают по органолептическим свойствам и пригодности для питья: хозяйственно-питьевые, производственные, противопожарные, поливные^[10].
• Воздухопровод — часто создается в рамках промышленного предприятия для обеспечения производства сжатым воздухом^{[источник не указан 4261 день]}.
• Газопровод — предназначен для транспортировки попутного нефтяного, природного и искусственного газа^[10]. Стратегические газопроводы предназначаются для передачи на дальние расстояния больших объёмов газа — на экспорт к предприятиям, осуществляющим газовый синтез^{[источник не указан 4261 день]}.
• Нефтепровод — предназначен для транспортировки сырой нефти. Нефть при этом подвергается подогреву, препятствующему затвердеванию входящих в её состав парафинов^{[источник не указан 4261 день]}.
• Нефтепродуктопровод — предназначен для транспортировки нефтепродуктов, в том числе бензина и керосина, полученных в результате крекинга. Осуществляется до предприятий, предназначенных для производства нефтепродуктов более высокой переработки. Подобные трубопроводы, чаще всего, применяются в пределах одного предприятия. Для транспортировки нефтепродуктов на большое расстояние, используются специальные автомобильные либо железнодорожные цистерны.
• Мазутопровод — трубопровод, осуществляющий транспортировку тяжёлых нефтепродуктов, отходов крекинга. Такие продукты могут использоваться в качестве топочного мазута, а также для переработки в дизельное топливо или даже для дальнейшего отделения легких углеводородов^{[источник не указан 4261 день]}.
• Паропровод — технологический трубопровод, предназначенный для передачи пара под давлением, используемого для отопления или работы сторонних механизмов^{[источник не указан 4261 день]}.
• Конденсатопровод — технологический трубопровод, предназначенный для сбора конденсата^{[источник не указан 2953 дня]}.
• Продуктопровод — в общем смысле, трубопровод, предназначенный для транспортировки искусственно синтезированных веществ (в том числе, перечисленных выше), чаще всего — продуктов нефтяного синтеза. В частном случае может означать систему, предназначенную для доставки по трубам любых пригодных для этого объектов^{[источник не указан 4261 день]}.
• Массопровод — предназначен для транспортировки гидроторфа на торфоразработках, различных сыпучих материалов на складах и промышленных предприятиях, золоудалители теплоэлектростанций и т. п.^[3]
• Этиленопровод — инфраструктура, предназначенная для транспортировки по трубам специфического синтезированного промышленного сырья — этилена^{[источник не указан 4261 день]}.
• Теплопровод (см. тепловая сеть) — предназначен для передачи теплоносителя (вода, водяной пар) от источника тепловой энергии в жилые дома, общественные здания и промышленные предприятия^[10]. По расположению относительно зданий и сооружений разделяются на наружные и внутренние^[10]. В зависимости от длины, диаметра и количества передаваемой энергии подразделяются на: магистральные (от источника энергии до микрорайона или предприятия), распределительные (от магистральных до трубопроводов, идущих к отдельным зданиям), ответвления (от распределительных трубопроводов до узлов присоединения местных потребителей тепла)^[10].

В зависимости от назначения

• Магистральные трубопроводы — трубопроводы и отводы от них диаметром до 1420 мм (включительно); единый производственно-технологический комплекс, включающий в себя здания, сооружения, его линейную часть, в том числе объекты, используемые для обеспечения транспортировки, хранения и (или) перевалки на автомобильный, железнодорожный и водный виды транспорта жидких или газообразных углеводородов, измерения жидких (нефть, нефтепродукты, сжиженные углеводородные газы, газовый конденсат, широкая фракция легких углеводородов, их смеси) или газообразных (газ) углеводородов, соответствующих требованиям законодательства^[11].
• Трубопроводы специального назначения — дюкеры и тоннели для прокладки внутри них (при пересечении различных преград) трубопроводов, теплосетей, электрокабелей и т. д.; сюда же относятся различные самонесущие и ограждающие функции и другие специальные трубопроводы^[3].

Прочие

• Пневматическая почта — использование воздуха под давлением для перемещения по трубам физических объектов — чаще всего, стандартизированных капсул с объектами небольшой массы и объёма. Используется в рамках одного или близко расположенных зданий, использует механические способы маршрутизации^{[источник не указан 4261 день]}.
• Канализация — предназначена для отведения загрязнённых промышленных и бытовых стоков через систему трубопроводов с очисткой и обезвреживанием перед утилизацией или сбросом в водоём^[10]. По назначению канализационные системы разделяют: бытовые, производственные, водостоки; по расположению: внутренняя и наружная; по типу: напорные (сброс под давлением) и безнапорные (сброс самотёком)^[10].
  • Водосток (дренаж)
• Водовыпуск

В составные части трубопроводов входят:

• краны;
• трубопроводная арматура;
• компрессорная станция;
• газораспределительная станция — для газопровода.

В сопутствующие части трубопроводов входят^[12]:

• опоры;
• опорные сёдла;
• рёбра жёсткости;
• шпангоуты;
• бандажи;
• фланцы;
• отводы;
• заглушки;
• клапаны;
• дисковые затворы.

Материал прокладываемых труб может быть^[13]:

• металл:
  • сталь;
  • чугун;
• пластмасса:
  • винипласт (ВП);
  • полиэтилен (ПЭ);
  • поливинилхлорид (ПВХ);
  • стеклопластик;
  • фаолит;
• асбоцемент;
• керамика;
• стекло;
• железобетон.

Мониторинг состояния трубопроводов проводится ультразвуковым и инфразвуковым методами, которые позволяют отслеживать коррозию, повреждения, дефекты и деформации труб.

В 2019 году российские учёные из Института нефтегазовой геологии и геофизики (ИНГГ) Сибирского отделения РАН разработали технологию, позволяющую с помощью изучения акустических шумов следить за состоянием опор трубопроводов. Данный метод подходит также для оценки надежности опор мостов и строительных балок^[14]. Изучение акустических шумов, снимаемых со стенок трубопровода, позволяет отслеживать возможное ослабление опорных конструкций, по которым проложен трубопровод, и своевременно предотвращать возможные аварии. Метод, разработанный российскими учёными, позволяет определить снижение устойчивости опор на самой ранней стадии^[15]. Метод основан на измерении акустических характеристик в пролётах труб с помощью вертикального геофона и одноканальных цифровых регистраторов. Методика анализа проста, дёшева и не требует существенных затрат вычислительных мощностей^[16].

В зависимости от типа трубопровода и вида прокладки могут использоваться защитные покрытия^[13]:

• антикоррозионные;
• теплоизоляционные.

При открытой прокладке трубопроводов в качестве антикоррозионных изоляционных материалов применяются^[13]:

• масляные краски;
• антикоррозионные лаки.

Вид теплоизоляционного покрытия определяется температурой транспортируемой среды, условиями и видом прокладки труб^[13].

Для предотвращения быстрого изнашивания труб от механических и других воздействий на переходах через препятствия (реки, озёра, автомобильные дороги, железнодорожные пути и т. д.) их прокладывают в защитных кожухах, то есть прокладка трубы производится внутри другой трубы большего диаметра, не менее чем на 200 мм. В технической литературе кожух также называют «чехлом», «футляром» или «патроном».

Для транспортировки агрессивных сред трубопроводы защищают от коррозии изнутри, покрывая их стойкими материалами: резиной (гуммирование), пластмассами, минеральными эмалями, цементным раствором^[13].

Трубопроводы, прокладываемые в траншеях, на дне водоёмов, болот и т. д. защищают специальной антикоррозионной изоляцией в зависимости от коррозионных свойств грунтов и грунтовых вод^[13].