Материалы к занятиям по дисциплине «Сооружение, транспорт, хранение и сбыт нефти, нефтепродуктов и газа».

Национальный исследовательский университет Российский государственный университет нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина Материалы к занятиям по дисциплине «Сооружение, транспорт, хранение и сбыт нефти, нефтепродуктов и газа» (для групп ЭЭ-19-01, ЭЭ-19-02, ЭЭ-19-03, ВМ-19-01) Голунов Никита Николаевич, к.т.н., доцент кафедры проектирования и эксплуатации газонефтепроводов e-mail: [email protected] Москва, 2020 Национальный исследовательский университет Российский государственный университет нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина Лекция 1 Голунов Никита Николаевич, к.т.н., доцент кафедры проектирования и эксплуатации газонефтепроводов e-mail: [email protected] Секторы нефтегазового комплекса  поиск и разведка  транспорт углеводородов месторождений углеводородов (водный / трубопроводный /  бурение скважин железнодорожный /  разработка месторождений автомобильный)  добыча углеводородов  переработка углеводородов  логистика и сбыт  генерация тепло- и электроэнергии 3 Факторы, влияющие на транспортировку углеводородов и продуктов их переработки  Этап технологической цепочки  Местоположение добывающий промыслов  Местоположение перерабатывающих предприятий  Расположение конечных потребителей  Степень развитости транспортной инфраструктуры  Тип транспортируемого продукта  Объемы транспортируемого продукта  Рельеф местности  Климатические условия  Преимущества и недостатки конкретного вида транспортировки  Стоимость транспортировки 4 Способы транспортировки углеводородов водный +  Относительно низкая (удельно) стоимость транспорта  Неограниченная пропускная способность путей (особенно морских)  Возможность перевозки на большие расстояния от объектов добычи или переработки трубопроводный +  Относительно низкая (удельно) стоимость транспорта  Возможность бесперебойной круглогодичной доставки в любую точку, в которую проложен трубопровод  Разгрузка традиционных видов транспорта –  Сезонность перевозок по –  Большие финансовые речным и частично морским маршрутам  Ограничения при перевозке небольших объемов грузов  «Порожний» возврат судов в обратном направлении затраты на строительство трубопровода  Ограничения по ассортименту грузов  «Фиксированность» трассы и дополнительные финансовые затраты на подключение новых потребителей железнодорожный +  Возможность круглогодичной доставки в любую точку, в которой есть железная дорога  Высокая скорость доставки грузов  Одновременная доставка разных грузов (нефть, газ, нефтепродукты) –  Относительно высокая (удельно) стоимость транспорта и стоимость строительства железных дорог  Рост загрузки сети железных дорог  «Порожний» возврат цистерн в обратном направлении автомобильный +  Большая маневренность и быстрота доставки  Возможность круглогодичной доставки в любую точку, в которой есть автодорога  Возможность доставки грузов в пункты, удаленные от железных дорог или водных путей –  Относительно высокая (удельно) стоимость перевозок  Ограниченная вместимость цистерн  Большой расход топлива на собственные нужды  «Порожний» возврат в обратном направлении 5 Водный способ транспортировки углеводородов динамика международных морских перевозок, млн тонн 567 533 000 тонн общий дедвейт мирового танкерногазовозного флота 29% суммарного дедвейта всех судов в мире 90% мирового производства судов приходится на КНР, КНДР и Японию На сегодняшний день в мире: 2 781 танкеров для сырой нефти общим дедвейтом 445 582 тыс тонн 5 668 тысяч танкеров для нефтепродуктов дедвейтом 52 775 тыс тонн 543 судна СПГ общим дедвейтом 43 835 тыс тонн 1 463 судна СУГ общим дедвейтом 24 639 тыс тонн По данным информационного провайдера HIS Markit, 2018 год 6 Водный способ транспортировки углеводородов. Конструкция танкера САМОХОДНЫЕ танкеры (морские, речные, озерные и река-море) НЕСАМОХОДНЫЕ баржи (морские и речные) Корпус делится перегородками на ряд отсеков (танков), которые заполняются наливными грузами Объем одного танка может составлять от 600 до 10 000 м³ Супертанкер «Knock Nevis». Дедвейт 564 763 тонны, что составляет 658 362 м³ (4,1 миллиона баррелей). Длина танкера – 458,45 м, ширина – 68,86 м, осадка с грузом – 24,61 м. Экипаж судна 40 человек. Максимальная скорость – 13 узлов, тормозной путь корабля 10,2 км. Осадка при полной загрузке не позволяла судну проходить не только Суэцким и Панамским каналами, но и Ла-Маншем (наименьшая глубина в фарватере - 23,5 м). 7 Водный способ транспортировки углеводородов. Классификация танкеров 64% газовозов 42% танкеров производится в КНДР $12 000 ÷ 15 000 стоимость 1 дня фрахта среднего танкера Распределение танкеров по возрасту ОТ ОБЩЕГО КОЛИЧЕСТВА ОТ ОБЩЕГО ДЕДВЕЙТА VLCC (623 судна в мире) вместимость – 2 млн БН. Стоимость – $97 млн «Суэцмакс» (490 судов в мире) вместимость – 1 млн БН. Стоимость – $65 млн «Афрамакс» (900 судов в мире) вместимость – 500-700 тыс БН. Стоимость – $55 млн «Панамакс» (415 судов в мире) вместимость – 350-500 тыс БН. 8 Водный способ транспортировки углеводородов. Основные судоходные пути транспортировки УВ по мировому океану 9 Водный способ транспортировки углеводородов. «Бутылочные горлышки» транспортировки УВ по мировому океану 9 8 7 6 5 3 1 4 10 2 Пропускная способность, млн.бар/сут Наименьшая ширина, км Наименьшая глубина, м 1 - Ормузский пролив 17 54 28 6 - Гибралтар 2 - Малаккский пролив 15 15 12 3 - Суэцкий канал 4,5 0,045 – по дну 0,12 – по поверхности Название 4 - Баб-эль-Мандебский пролив 5 - Босфор Пропускная способность, млн.бар/сут Наименьшая ширина, км Наименьшая глубина, м 7,5 14 338 7 - Дарданеллы 3 1,3 40 13 8 - Пролив Дувр (Па-де-Кале) 2 32 21 1,3 5 60 80 10 10 200 0,5 0,092 12,5 Название 3,3 26 182 9 - Датские проливы: - Зунд (Эресунн) - Каттегат - Скагеррак 3 3,7 27,5 10 - Панамский канал 10 Водный способ транспортировки углеводородов. Ключевые порты и терминалы России Перевалка 2018 по бассейнам, млн т Умба Кола Приморск Усть-Луга Высоцк НЕФТЬ Ворота Арктики Сабетта Варандей Пригородное Шесхарис КТК ТМТП Де-Кастри НЕФТЕПРОДУКТЫ Козьмино НТ «Шесхарис» СМНП Козьмино МТ «КТК» СМНП Приморск НТ УстьЛуга НТ Пригородное АНТ Варандей ПНХ Умба НТ ТМТП НТ ДеКастри РПК Высоцк АНТ «Ворота Арктики» Год ввода к эксплуатацию 1964 2009 2001 2001 2012 2009 2008 2016 1933 2006 2004 2016 Грузооборот, млн.т/год 30 30 67 74 30 8 12 15 20 12 12 8,5 Кол-во причалов 7 2 ВПУ 3 ВПУ 4 3 1 ВПУ - - 6 - 3 - ж/д, т-д ж/д, т-д т-д т-д ж/д, т-д т-д т-д танкеры т-д т-д ж/д, т-д т-д Наименование Входящий транспорт 11 Водный способ транспортировки углеводородов. Морские причалы СМНП Козьмино СМНП Приморск Стендер устройство, используемое для перекачки жидкостей и газов с берега на танкер или с танкера на берег Конструкция стендера – позволяет сохранять соединение при изменении осадки судна, избегать влияния приливов и отливов, а также воздействия других внешних факторов Боновые заграждения локализуют зону разлива в акватории, а также используются для ограждения судов в процессе проведения погрузочных операций Боновые заграждения изготавливаются из материала, обладающего прочностью, стойкостью к воздействию нефти и нефтепродуктов. Конструкция соединений обеспечивает оперативное развёртывание 12 Водный способ транспортировки углеводородов. Отгрузка нефти в арктических условиях КУПОН на МЛСП «Приразломная» МТ«Ворота Арктики» СМЛОП «Варандей» (ПАО «ЛУКОЙЛ») (69.010226 с.ш.) ВПУ КТК в Черном море 13 Водный способ транспортировки углеводородов. Арктический нефтегазовый флот России Первый танкер СПГ ледокольного класса в мире Christophe De Margerie Классы судов В канале за ледоколом, при толщине льда, м Зима-Весна Лето-Осень Мелкобитый разреженный лёд неарктических морей от 0,4 до 0,7 Ice1 -3 Разреженные 1-летние 1-летние арктические льды арктические льды до 0,6 до 0,8 до 0,7 до 1,0 до 0,8 до 1,0 до 0,9 до 1,2 до 0,11 до 1,3 до 1,2 до 1,7 Сплоченные 1-летние арктические льды до 1,4 до 1,7 до 2,0 до 3.2 Arc4 Arc5 Arc6 Arc7 Сплоченные 1- и 2-летние арктические льды Arc8 Первый российский танкер типа «Афрамакс» «Владимир Мономах» Самостоятельное плавание, при толщине льда, м Зима-Весна Лето-Осень до 2,0 до 3,1 до 3,4 б/о Сплоченные многолетние арктические льды Arc9 до 3,5 Icebreaker6-9 до 4,0 б/о Ледоколы 7 танкеров класса arc7 построены специально для транспортировки нефти с месторождения «Новый Порт» 15 газовозов класса arc7 построены специально для транспортировки сжиженного газа проекта «Ямал-СПГ» 5 танкеров класса arc6 2 для обслуживания платформы «Приразломная» 3 для обслуживания Варандейского терминала 14 Водный способ транспортировки углеводородов. Сжиженный природный газ Завод СПГ на Сахалине Запущен в 2009 г. Производительность – 9,8 млн тонн Технологическая схема производства СПГ Завод СПГ на Ямале Запущен в 2018 г. Производительность – 17,4 млн тонн 15 Водный способ транспортировки углеводородов. Классификация судов-газовозов. Танкеры для СПГ Типы газовозов:  Напорный (Fully pressurised tankers) (3 500 – 10 800 м3) (до 20 бар)  Полурефрижераторный (Semi-pressurised tankers) (2 000 – 25 0000 м3) (от 4 до 8 бар и от 0 до -104 oС)  Рефрижераторный (Fully refrigerated tankers) (18 000 – 266 000 м3) (до 0,3 бар и до -162 oС) Классификация судов СПГ: Тип судна Объем Длина Small Scale LNG до 36 000 м3 до 137 м Med Max LNG от 36 000 до 90 000 м3 до 250 м Lower Conventional LNG от 90 000 до 145 000 м3 до 277 м Upper Conventional LNG от 145 000 – 208 000 м3 до 290 м Yamalmax 172 000 м3 до 300 м Q-Flex от 209 000 до 220 000 м3 до 315 м Q-Max от 220 000 до 266 000 м3 до 345 м 16 Водный способ транспортировки углеводородов. Конструкция танкеров для СПГ 17 Водный способ транспортировки углеводородов. Регламенты морской транспортировки Кодекс торгового мореплавания России (Морской кодекс) Глава 41 Гражданского кодекса Кодекс внутреннего водного транспорта России Правила транспортно-экспедиционной деятельности ЗАКОНОДАТЕЛЬНЫЕ АКТЫ РФ Международная конвенция об унификации некоторых норм права, касающихся коносаментов Конвенция ООН о морской перевозке грузов МЕЖДУНАРОДНЫЕ ЗАКОНОДАТЕЛЬНЫЕ АКТЫ Международная конвенция по предотвращению загрязнения с cудов (MARPOL 73/78) — предусматривает комплекс мер по предотвращению эксплуатационного и трансграничного загрязнения моря судами с нефтью, жидкими веществами в больших количествах, вредными веществами в упаковке, сточными водами Международная конвенция о контроле судовых балластных вод и осадков и управлении ими от 2004 года Коносамент (Bill of Lading, BOL) – документ, подтверждающий право владения грузом Морская накладная (Seaway Bill) – одна из разновидностей транспортных накладных, обычно применяется при транспортировке от одного филиала к другому Доковая расписка (Dock Receipt или Dock Warrant) – оформляется транспортной компанией по получении товара для транспортировки на пирсе порта и для перевозки за границу Деливери-ордер (Delivery Order) – может использоваться в качестве расписки от перевозчика и подтверждения договора транспортировки товара Штурманская расписка (Mate's Receipt) – оформляется помощником капитана о принятии груза на борт Складское свидетельство (Warehouse Receipt) – служит подтверждением от собственника складских площадей, о принятии груза на временное хранение 18 Водный способ транспортировки углеводородов. Регламенты морской транспортировки. Правила ИНКОТЕРМС международные правила, объясняющие наиболее используемые термины в области внешней торговли, прежде всего, относительно франко — места перехода ответственности от продавца к покупателю ИНКОТЕРМС (International commercial terms) Условия Инкотермс-2010 положения: регламентируют следующие Распределение транспортных затрат при доставке товаров – до какого момента предстоит платить продавцу, а когда данное обязательство переходит покупателю Момент перехода рисков от продавца к покупателю, в том числе риск повреждений, утраты, гибели груза Дата поставки товара. Устанавливается момент, когда происходит фактическая передача товара от продавца покупателю, либо его представителю 19 Водный способ транспортировки углеводородов. Регламенты морской транспортировки. Правила ИНКОТЕРМС FAS (Free Alongside Ship) «свободно вдоль борта судна» Продавец размещает груз вдоль борта судна в согласованном порту отгрузки. Далее покупатель несет все расходы и риски FOB (Free on Board) «свободно на борту» Продавец поставляет груз на борт судна Далее покупатель несет все расходы и риски CFR (Cost and Freight) «стоимость и фрахт» Продавец размещает груз на судне в порту. Продавец оплачивает все расходы, фрахт, и таможенные формальности. Риски и непредвиденные расходы несет покупатель CIF (Cost, Insurance and Freight) «стоимость, страхование и фрахт» Аналогично CFR, однако риски и непредвиденные расходы лежат на продавце 20 Железнодорожный способ транспортировки углеводородов Общая протяженность – 86 тыс. км 2017 – 235,7 млн т 2018 – 236,6 млн т январь-август 2019 – 154,1 млн т 21 Железнодорожный способ транспортировки углеводородов. Эстакада для сливо-наливных операций Железнодорожная эстакада – совокупность вдоль железнодорожного полотна сливо-наливных устройств (с шагом 4-6 м), соединенных общими коллекторами и площадкой для обслуживающего персонала. Количество сливо-наливных устройств определяется исходя из суточного объема поступления нефти или нефтепродуктов и отгрузки по железной дороге. Если число поступающих цистерн меньше 3-х, то применяют одиночные устройства для слива-налива; если более 3 – применяются одно- или двусторонние эстакады. Для подогрева нефти или вязких нефтепродуктов эстакады оборудуются паропроводами или электроподогревателями. В зависимости от тоннажа цистерн, вида транспортируемого продукта и степени автоматизации работ устанавливается время слива-налива железнодорожного маршрута (обычно в пределах 2 ÷ 4 часа). Сливная железнодорожная эстакада в СМНП «Козьмино» – конечной точке МН «Восточная Сибирь – Тихий Океан» Объем «обработки» – свыше 40 тыс. тонн в сутки, т.е. 10-11 составов 22 Железнодорожный способ транспортировки углеводородов. Типы цистерн Цистерны для нефти и нефтепродуктов Параметры нефтеналивных ж/д цистерн Тип платформы Грузоподъем ность, т Объем, куб. м. Длина, м Порожняя масса, т 4-осная 60-62 73-88 12-14 23-25 6-осная 90 100 16 36 8-осная 120-125 140-160 18-21 48-51 Цистерны для газа 23 Железнодорожный способ транспортировки углеводородов. Возможные схемы налива в железнодорожные цистерны I – нефть или нефтепродукт, II – паровоздушная смесь (ПВС) 1 – цистерна, 2 – шланг, 3 – наливной стояк, 4 – коллектор, 5 – телескопическая труба, 6 – герметизирующая крышка, 7 – линия отвода ПВС Открытый налив Струя нефти или нефтепродукта соприкасается с воздухом, что приводит к испарению и образованию зарядов статического электричества Применяется ограниченно только для темных нефтепродуктов Закрытый налив До нижней образующей цистерны опускается шланг, поэтому наливаемый продукт контактирует с воздухом только в начале налива Потери от испарения в 2 раза меньше, чем при наливе открытой струей Герметичный налив Осуществляется с помощью специальных автоматических систем налива (АСН) Отличительная особенность – наличие телескопической трубы, герметизирующей крышки, линии для отвода ПВС 24 Железнодорожный способ транспортировки углеводородов. Возможные схемы слива из железнодорожных цистерн а) открытый самотечный слив Применяется при сливе низкоиспаряющихся нефтепродуктов через нижние сливные приборы. По переносным желобам продукт поступает в центральный желоб, из которого по трубопроводу стекает в «нулевой» резервуар в) закрытый самотечный слив Применяется при сливе нефтепродуктов (в том числе бензинов), так как меньше потери от испарения. Отличается от открытого тем, что вместо переносных желобов используются гибкие рукава или шарнирно-сочлененные трубы, а вместо центрального желоба – коллектор д) принудительный нижний слив Производится насосом через нижний сливной прибор цистерны. Более предпочтителен, чем принудительный верхний б) межрельсовый самотечный слив Частный случай открытого самотечного слива, при котором центральный желоб располагается под сливаемыми цистернами и нет необходимости в переносных желобах г) сифонный самотечный слив Производится через горловину цистерн (при этом расход слива низкий). Начало движения обеспечивается вакуум-насосом. Для недопущения кавитации, давление в цистерне не должно опускаться ниже давления упругости насыщенных паров е) принудительный нижний слив Производится посредством сливного стояка через горловину цистерны с помощью вакуум-насоса 1 – нижний сливной прибор, 2 – переносной желоб, 3 – центральный желоб, 4 – трубопровод, 5 – «нулевой» резервуар (расположенный ниже уровня поверхности грунта), 6 – шарнирно-сочлененные трубы, 7 – коллектор, 8 – соединительный трубопровод, 9 – сливной стояк, 10 – насос, 11 – приемный резервуар. 25 Автомобильный способ транспортировки углеводородов. Обладает малой ёмкостью, но высокой мобильностью Автомобильный транспорт – основной вид транспорта, обеспечивающий доставку нефтепродуктов непосредственно к местам потребления Различие форм поперечного сечения кузовов-цистерн По типу перевозимого груза выделяют: бензовоз; мазутовоз; масловоз; битумовоз; нефтевоз; газовоз Автоцистерна Полуприцеп-цистерна Автотопливозаправщик 26 Автомобильный способ транспортировки углеводородов. Транспорт газа Полуприцеп для перевозки компримированных газов Полуприцеп для перевозки сжиженных газов Полуприцеп для перевозки газовых баллонов 27 Автомобильный способ транспортировки углеводородов. Слив-налив углеводородов в/из автоцистерны Сливо-наливной комплекс на нефтебазе Одиночная сливо-наливная эстакада Сливо-наливной комплекс (модель) 28 Трубопроводный транспорт углеводородов. Трубы для магистральных трубопроводов 1420 мм для газа 1220 мм для нефти максимальный диаметр 250 тыс. км протяженность магистральных трубопроводов Диаметр (толщина стенки), мм Давление, МПа СССР: 1420 (12, 14, 16) 1220 (10, 12, 14) 820 (8, 10, 12) 720 (7, 8, 10) СССР: нефть: 6,3 газ: 7,5 РФ: 1420 (26, 38) 1220 (22, 41) 1020 (21) 820 (16) 720 (14) РФ: нефть: 7,5 ÷ 10,0 газ (суша): 12,0 газ (море): 22 ÷ 28,0 47 % доля в общем грузообороте в стране более 1100 млн тонн грузов Наибольший объем грузооборота в России приходится на трубопроводный транспорт 29 Трубопроводный транспорт углеводородов. Трубы для магистральных трубопроводов ГОСТ 31447-2012 «Трубы стальные сварные для магистральных газопроводов, нефтепроводов и нефтепродуктопроводов» сварные цельнотянутые Химический состав стали определяет важнейшие характеристики будущей трубы – сопротивление разрушению, в том числе при отрицательных температурах и в агрессивных средах способы производства труб Si, Cr, Mn, Ni, Mo, V, B, Cu основные легирующие элементы Для производства труб применяется конструкционная сталь обыкновенного качества или высококачественная, также применяются легированные и коррозионностойкие стали Труба ХЛ-2-1020х21-К60-ЛТО ГОСТ 31447-2012 исполнение и тип диаметр и толщина стенки класс прочности вид термообработки 30 Трубопроводный транспорт углеводородов. Технологии изготовления труб для магистральных трубопроводов бесшовные прямошовные спиралешовные 31 Трубопроводный транспорт углеводородов. Технологии изготовления цельнотянутых (бесшовных) труб Нагрев заготовок Прошивка Сбивание окалины Калибровка Волочение Охлаждение 32 Трубопроводный транспорт углеводородов. Технологии изготовления прямошовных труб Получение листовой заготовки Заготовка под сварку Прокат или штамповка Автоматическая сварка под флюсом Метод непрерывного производства Нанесение покрытий 33 Трубопроводный транспорт углеводородов. Технологии изготовления спиральношовных труб Заготовки стали в рулонах Закручивание листа в трубу Автоматическая сварка под флюсом Линия по производству спиральношовных труб 34 Трубопроводный способ транспортировки углеводородов. Металлоемкость труб электросварных для магистральных трубопроводов (выборка из ГОСТ 52079-2003) Номинальный наружный диаметр труб, мм 325 356 377 426 530 630 720 820 1020 1220 1420 Теоретическая масса 1 м трубы, кг, при номинальной толщине стенки, мм 5 6 7 8 10 12 14 16 18 22 27 39 41 39 43 46 52 47 52 55 62 78 - 55 60 64 72 90 108 - 63 69 73 82 103 123 140 160 - 78 85 91 103 128 153 175 200 249 298 - 93 102 108 123 153 183 210 239 298 357 - 107 118 125 142 178 213 244 278 347 416 485 122 134 142 162 203 242 278 317 396 475 554 227 272 312 356 445 534 622 276 330 379 433 541 650 758 335 401 461 528 661 794 927 655 751 943 1136 1328 990 1192 1394 - 35 Трубопроводный транспорт углеводородов. Увеличение диаметра магистральных трубопроводов Основной диаметр трубопроводов по г.г.:  1945-46 – 325 мм  1947-54 – 529 мм  1955-67 – 1020 мм Кон.1967 г.  предложение об увеличении диаметра до 1620, 2020 и 2520 мм (увеличивается металлоемкость и пропускная способность, но снижается стоимость транспортировки на 10%). Специально к выставке «Интергаз-70» был закуплен стан 2520 у компании «Тиссен» (ФРГ) и организована международная дискуссия с участием специалистов. По инициативе Н.К. Байбакова (Заместитель Председателя Совета Министров СССР, председатель Госплана СССР) и А.К. Кортунова (Министр газовой промышленности СССР) были организованы встречи с представителями ФРГ, Франции. Опытные трубы диаметром 2520 мм на Международной выставке «Интергаз-70» в Москве В результате принято решение зафиксировать текущий диаметр с учетом доводов о:  сложности производства труб такого диаметра;  уязвимости труб от внешних воздействий при транспортировке и строительстве;  необходимости разработки новой «линейки» всей строительной техники;  отсутствии собственного оборудования и технологий для их производства в условиях эмбарго 36