CC BY
43
УДК 622.691.24
https://doi.org/10.24412/2226-2296-2021-1-2-45-48
I
Развитие трубопроводного транспорта нефтепродуктов методом последовательной перекачки
А.В. Токаренко, А.Р. Валеев, Б.Н. Мастобаев
Уфимский государственный нефтяной технический университет, 450062, г. Уфа, Россия E-mail: tokarenko.andrey.v@mail.ru
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7197-605X, E-mail: anv-v@yandex.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5379-9520, E-mail: mastoba@mail.ru
Резюме: В статье рассматривается становление метода последовательной перекачки нефтепродуктов в трубопроводном транспорте. Проведено сопоставление развития данного метода в СССР и США, отмечены ключевые моменты в строительстве нефтепродуктопроводов и применении последовательной перекачки. Рассмотрены крупнейшие трубопроводные системы, реализующие данный метод перекачки. Определены причины интенсивного применения последовательной перекачки в середине XX века и последующие причины уменьшения ее популярности.
Ключевые слова: нефтепродукты, последовательная перекачка, нефтепродуктопровод, трубопроводная система, трубопроводный транспорт, история трубопроводного транспорта.
Для цитирования: Токаренко А.В., Валеев А.Р., Мастобаев Б.Н. Развитие трубопроводного транспорта нефтепродуктов методом последовательной перекачки // История и педагогика естествознания. 2021. № 1-2. С 45-48. D0I:10.24411/0131-4270-2021-1-2-45-48
DEVELOPMENT OF PIPELINE TRANSPORTATION OF PETROLEUM PRODUCTS BY THE METHOD OF SEQUENTIAL PUMPING
Andrey V. Tokarenko, Anvar R. Valeev, Boris N. Mastobaev
Ufa State Petroleum Technological University, 450062, Ufa, Russia E-mail: tokarenko.andrey.v@mail.ru
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7197-605X, E-mail: anv-v@yandex.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5379-9520, E-mail: mastoba@mail.ru
Abstract: The article considers formation stage of sequential pumping method of in pipeline transport. A comparison of the development
of this method in the USSR and the USA is made; the key points in construction of oil product pipelines and use of sequential pumping are
noted. The largest pipeline systems implementing this pumping method are considered. Reasons for the intensive use of sequential pumping
in the middle of the XX century and the subsequent reasons for the decline in its popularity are determined.
Keywords: oil product, sequential pumping, oil product pipeline, pipeline system, pipeline transport, pipeline transport history.
For citation: Tokarenko A.V., Valeev A.R., Mastobaev B.N. DEVELOPMENT OF PIPELINE TRANSPORTATION OF PETROLEUM PRODUCTS BY
THE METHOD OF SEQUENTIAL PUMPING. History and Pedagogy of Natural Science. 2021, no. 1-2, pp. 45-48.
DOI:10.24412/222B-2296-2021-1-2-45-48
Широкое применение трубопроводного транспорта стало одним из инструментов стремительного развития нефтегазовой отрасли во всем мире в XX веке. Именно такой вид транспорта с момента его зарождения позволил одновременно обеспечивать надежную и недорогую доставку нефти и нефтепродуктов на большие расстояния.
До начала XX века протяженными нефтепроводами перекачивалась только легкая нефть. Однако по мере развития нефтегазовой отрасли, нефтепереработки и расширения перечня востребованных топлив начала появляться задача одновременного транспорта большего количества различных нефтепродуктов, которая ранее не вставала перед учеными и инженерами мира.
Так, в США и в СССР началось теоретическое и экспериментальное обоснование и апробация возможности транспорта различных нефтепродуктов в одной трубопроводной системе. За счет большой номенклатуры нефтепродуктов строительство отдельного трубопровода для каждого вида топлива оказалось экономически невыгодно.
Отрасль перешла к концепции последовательной перекачки нефтепродуктов, при которой перекачка происходит повторяющимися партиями.
Впервые в индустриальных масштабах последовательная перекачка различных жидкостей была осуществлена в 1927 году, когда по трубопроводу Грозный-Махачкала последовательно с нефтью перекачивалась вода, необходимая для охлаждения дизельных двигателей на насосных станциях. Затем в 1929 году в США были проведены опыты по перекачке бутана и трех сортов бензина по трубопроводу длиной 1290 км и диаметром 0,2 м.
На керосинопроводе Баку-Батуми А.А. Кащеевым в 1930 году проводились испытания технологии последовательной перекачки керосина и газойля. И уже в 1931 году в США Phillips Petroleum Corporation вводит в эксплуатацию трубопровод длиной 1090 км и диаметром 200 мм, по которому прокачивалось 10 различных нефтяных продуктов, в том числе бутан. В СССР последовательная перекачка начала применяться на магистральном трубопроводе Астрахань-Саратов в 1944 году.
1-2 • 2021
История и педагогика естествознания
В 1930 году в США был построен крупный бензинопро-вод Больших озер являющийся разветвленной сетью для перекачки нефтепродуктов. Общая протяженность составила 1920 км (рис. 1)
В 40-е годы В.С. Яблонским разрабатывалось теоретическое обоснование последовательной перекачки нефтепродуктов, и в 1946 году им был издан первый труд по этой тематике [2]. В дальнейшем последовательной перекачкой занимались В.А. Юфин, В.Ф. Новоселов, М.В. Лурье, В.И. Марон, Г.З. Закиров, М.М. Гареев, М.В. Нечваль и др. [3-5].
По очевидным причинам во время и после Второй мировой войны развитие технологий трубопроводного транспорта во всем мире замедлилось, и следующие ключевые моменты в применении последовательной перекачки относятся к 50-м и 60-м годам XX века.
Несмотря на схожие темпы начала исследований по последовательной перекачке нефтепродуктов в США и СССР, в последующие годы США несколько опережало. Это обусловлено как состоянием экономики и инфраструктуры после войны, так и фактом, что исторически в США осуществляют свою деятельность одновременно много компаний в области нефти и газа - в том числе и его транспорта - и трубопроводная сеть является более разветвленной и состоит из трубопроводов меньшего диаметра. Так, в СССР первая промышленная эксплуатация технологии последовательной перекачки произошла только в 1962 году, когда на нефтепроводах Уфа - Петропавловск, Салават-Уфа, Куйбышев-Брянск была произведена перекачка семи сортов дизельного топлива и двух сортов бензина.
В США же период 1945-1970 годов отмечается бурным ростом сети нефтепродуктопроводов за счет интенсивного развития нефтепотребления, увеличением добычи и импортных поставок нефти, и все возрастающей потребности в различных видах топлива. Примечательно, что к 1945 году было уже построено почти 80% всех действующих нефтепроводов и только 17% нефтепродуктопроводов, и то преимущественно за счет малопроизводительных вну-триштатных линий диаметром 200-300 мм, а для распределительных - 50-100 мм.
В 60-е годы в США за счет потребности в перекачке больших объемов топлив происходит переход нефтепродук-топроводного транспорта к строительству крупных разветвленных систем большой протяженности и большого диаметра - 750-900 мм.
В США значительный вклад в развитие последовательной перекачки внесла Colonial Pipeline Company. Компания была основана в 1961 году, а строительство трубопровода началось в 1962-м. На данный момент Colonial Pipeline Company является крупнейшей в США трубопроводной системой для нефтепродуктов и может транспортировать более 3 млн барр. бензина, дизельного топлива и реактивного топлива между побережьем Мексиканского залива США и районом гавани Нью-Йорка (рис. 2).
Первоначально компания носила название Suwannee Pipe Line; ее организовали восемь крупных нефтяных компаний: Sinclair Pipeline Co., Texaco Inc., Gulf Oil Co., American Oil Co., The Pure Oil Co., Phillips Petroleum Co., Cities Service Co. и Continental Oil Co. с целью создания трубопровода от побережья Мексиканского залива до восточного побережья. В феврале 1962 года на заседании совета директоров Suwannee Pipe Line Company предпри-
Рис. 1. Схема бензинопровода «Больших озер»
ятие было переименовано. Совет выбрал Colonial Pipeline Company, чтобы отразить количество штатов колониальной Америки, по которому предлагаемый трубопровод пройдет от Хьюстона, штат Техас, до гавани Нью-Йорка. Mobil присоединилась к другим восьми компаниям в 1962 году.
В 1963 году при строительстве трубопровода инженеры столкнулись с множеством проблем. Главной из них была разработка и изготовление клапанов, способных своевременно открывать и закрывать двухтонные стальные ворота, чтобы предотвратить смешивание различных продуктов. Электродвигателям потребовалось три минуты, чтобы закрыть массивные ворота; это привело к перемешиванию 2400 барр. продукта, что сделало продукт непригодным для использования. Чтобы уменьшить это перемешивание, инженеры Colonial разработали гидравлическую систему, которая сократила пе-
Рис. 2. Схема нефтепродуктопроводов Colonial Pipeline Company (США)
NORTH CAROLINA
¡riwnstwra
TEXAS
TENNESSEE
Albany Bainbridße
SYSTEM STARTS IN HOUSTON, TX
Í46J
История и педагогика естествознания
1-2 ■ 2021
1. Резервуары Colonial Pipeline Company (США)
ремешивание (и потери) до 120 барр. по мере внесения изменений в отгружаемые продукты. Первая «закладка» Colonial началась утром 16 сентября 1963 года в Хьюстоне. В тот день он был закрыт из-за прогнозов надвигающегося сильного шторма. Двумя днями позже на побережье Мексиканского залива обрушился ураган Синди (1963). Продукт впервые прибыл в Гринсборо, штат Северная Каролина, в ноябре 1963 года. В течение следующих нескольких месяцев продукт был доставлен на рынки дальше на север в юго-восточных и сред-неатлантических штатах. Длина трубопровода составила 5 500 миль (8 850 км). К 1965 году система Colonial в среднем перекачивала 636 553 барр. нефтепродуктов.
Примечательно, что вся работа трубопровода Colonial Pipeline контролировалась из диспетчерского центра в Атланте (штат Джорджия). Из этого центра операторы наблюдают за подачей продуктов в трубопровод, работой насосных станций и за отбором продуктов из магистрали на распределительных базах. Измерение плотности продуктов производится в 105 различных пунктах трассы - на головных и промежуточных насосных станциях, в резервуарных парках и просто в отдельных точках трубопровода. На продуктопро-воде для контроля производительности и количества нефтепродукта установлено 143 расходомера. Colonial Pipeline -первый в США трубопровод, с самого начала работающий по графикам, составленным двумя цифровыми ЭВМ. Для составления графика перекачки в ЭВМ вводятся такие исходные данные, как степень заполнения трубопровода, общий расход продукта и распределение его по отдельным партиям. Изложенное выше свидетельствует о высоком уровне орга-
Рис. 3. Динамика потребления нефти в США
низации трубопроводного транспорта партий нефтепродуктов, уникальном для 1963 года. Вопрос о смесеобразовании и последующей рассортировке смеси практически не стоит, это достигается жестким контролем за параметрами смеси, а также использованием разделителей (фото 1).
Однако стремительный рост потребления нефтепродуктов в США требовал увеличения объемов перекачки. Поэтому на следующий год (май 1966) Colonial начала первую фазу проекта расширения, чтобы добавить 18 промежуточных подкачивающих станций и увеличить мощность системы. Это привело к расширению потока продукции по магистрали между Сельмой, Северная Каролина и Гринсборо. Совет директоров Colonial Pipeline одобрил фазы 2 и 3 своих ранних проектов по расширению, чтобы увеличить пропускную способность магистрали до 1 млн барр. в день. Вторая фаза расширения была завершена в ноябре 1967 года, добавлены дополнительные насосные агрегаты и новый трубопровод от Митчелла, штат Вирджиния, до Роанока, штат Вирджиния.
Следующий этап развития Colonial Pipeline Company начинается с 1971 года, когда началось добавление второй линии параллельно первой с целью удовлетворения все возрастающего спроса на нефтепродукты и необходимости в их перекачки. Это строительство продолжалось до 1980 года, по существу удвоив пропускную способность трубопроводной системы. Средняя производительность Colonial увеличилась до 1 584 000 барр. в день. Доля собственности Colonial увеличивается до 10 акционеров, в том числе: Atlantic Richfield Company, нефтяная компания ВР, Городская сервисная компания, Continental Pipe Line Company, компания «Мобил Пайп Лайн», инвестиционная компания «Филлипс», Texaco, Inc., Американская нефтяная компания, «Торонто Пайплайн Компани» и «Юнион Ойл Компани».
Третий этап развития связан с расширением системы нефтепроводов, превращающим ее в распределительный нефтепродуктопровод. В 1977 году Colonial Pipeline объявила о строительстве 40-дюймовой петли от Атланты, Джорджия до Гринсборо, Северная Каролина, и 16-дюймовой боковой петли между Гринсборо, Северная Каролина и Сельма, Северная Каролина. По оценкам, эти улучшения позволят увеличить производительность системы почти на 20%, 2 млн барр. в день. 3 ноября 1978 года была введена в эксплуатацию новая 40-дюймовая линия от Атланты, штат Джорджия, до Гринсборо, Северная Каролина. Colonial стала первой компанией, которая оборудовала резервуары для хранения бензина геодезическими куполами. Colonial обновила свой центр управления в Атланте с помощью компьютеризированной системы SCADA нового поколения. К 1980 году пропускная способность системы Colonial Pipeline была уже на 83% больше, чем при ее первом запуске в 1964 году.
Последовательная перекачка всех партий нефтепродуктов трубопроводу Colonial Pipeline осуществляется со сферическими разделителями, отделяющими одну партию от другой. Исключение составляют партии осветительного керосина, двух сортов авиационного бензина и двух сортов дизельного топлива, которые перекачиваются без разделения.
Список одобренных к перекачке нефтепродуктов включает более 86 различных наименований продуктов. При этом 15-20 продуктов перекачиваются регулярно.
В тот же период (в 1972 году) был введен в эксплуатацию другой крупный нефте-продуктопровод, Explorer, протяженностью
1-2•2021
История и педагогика естествознания
W.
2240 км (на текущий момент длина составляет уже 2945 км) и диаметром 600-700 мм, который транспортирует бензин, дизельное топливо, мазут и реактивное топливо с побережья Мексиканского залива на Средний Запад. Его мощность составляет 660 тыс. барр. в сутки. Explorer принадлежит Marathon Petroleum, Phillips 66, Sunoco Logistics и Shell.
Также большие объемы нефтепродуктов перекачивает Plantation Pipe Line Company. Компания поставляет около 700 тыс. барр. в день бензина, реактивного топлива, дизельного топлива и биодизеля по своей трубопроводной сети протяженность 4990 км. Она берет свое начало в Луизиане и заканчивается в Вашингтоне, округ Колумбия. По пути нефтепровод обслуживает различные столичные районы, включая Бирмингем, штат Алабама, Атланту, штат Джорджия, Шарлотт, штат Северная Каролина, и район Вашингтона, округ Колумбия.
Однако в дальнейшем случился перелом в развитии нефтепроводов и нефтепродуктопроводов, начатый с нефтяного кризиса 1973 года. С 1980 года начало происходить систематическое сокращение потребления нефти и нефтепродуктов (рис. 3), увеличение концентрации нефтеперерабатывающих мощностей, повышение технической оснащенности как действующих, так и вновь сооружаемых трубопроводов. Также наметился курс на обновление действующих нефтепродуктопроводов, а именно замена линий малого диаметра на новые, более мощные системы из труб большего диаметра. Сеть нефтепродуктопроводов США, как и нефтепроводов, стала представлять собой закольцованные системы, обеспечивающие доставку нефтепродуктов с НПЗ многочисленным потребителям. На начало 1980 года в США действовало 110 нефтепроводных компаний. Общая протяженность сети трубопроводов по перекачке нефти и нефтепродуктов достигла 274 тыс. км, в том числе на сборные (промысловые) нефтепроводы приходилось 59,1 тыс. км, на магистральные нефтепроводы - 98,6 тыс. км, а на нефтепродуктопроводы - 116,3 тыс. км. Наибольшей концентрацией нефтепродуктопроводов характеризовались следующие направления: Техас, Луизиана - Северо-Восток; Техас, Луизиана - Средний Запад; побережье Мексиканского залива. Нефтепродуктопроводы в этих направлениях проложены параллельно нефтепроводам, например, на направлениях Хьюстон 0150 Чикаго, Батон-Руж - Нью-Йорк, Хьюстон - Шуга Крик и между южными штатами. Сосредоточение в направлении на Чикаго
и Нью-Йорк - Филадельфия мощных систем нефтепровода и нефтепродуктопроводов являлось подтверждением наличия здесь крупнейших потребителей нефтепродуктов.
В последующие годы применение последовательной перекачки начало стремительно сокращаться. То преимущество, которое давал данный метод перекачки в годы начала его применения - а именно меньшие затраты на перекачку нефтепродуктов по сравнению с их раздельным транспортом, - утратило актуальность.
К этому привели следующие предпосылки:
- высокая доля производства (60-80%) автомобильного бензина и дизельного топлива в общем объеме выпуска нефтепродуктов;
- высокий уровень потребления автомобильного бензина, дизельного топлива и авиационного керосина (около 475 млн т в год), обусловленный наличием в США крупнейшего в мире парка автомобилей (в 1983 году - 162 млн ед.) и быстрым развитием авиации, особенно грузовой;
- существование разветвленной сети незамерзающих внутренних водных путей, длительный навигационный период (330 дней в году), обеспечивающие транспортировку нефтепродуктов в больших количествах по рекам и каналам с перевалкой на нефтепродуктопроводный транспорт;
- монополизация всех производственных и транспортных связей и закрепление за отдельными монополиями определенных видов транспорта;
- наличие крупных нефтяных монополий, сосредоточивших в своих руках, не только добычу, переработку, но и транспортировку нефти и нефтепродуктов, в том числе и трубопроводным транспортом;
- наличие мощной сети железных дорог США, работающей со значительной недогрузкой, обеспечивало сравнительно небольшие объемы перевозок нефтепродуктов.
Возрастающие требования к качеству продукта привели к необходимости исключения его смешивания и минимизации смесеобразования при последовательной перекачке двух партий нефтепродуктов. Поэтому со временем нефтегазовая отрасль начала переходить к сокращению количества продуктов в одном цикле перекачки, в том числе к перекачке монопродукта в нефтепродуктопроводе, или к транспорту продукта в отдельных емкостях, что стало возможным благодаря развитию логистики, контейнерной перевозки и совершенствованию морского, железнодорожного и автомобильного видов транспорта.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Притула А.Ф., Притула В.А., Транспорт нефти и нефтяных продуктов и газа, М.: 0НТИ НКТП СССР, 1938. 452 с.
2. Новоселов В.Ф. Профессор Яблонский Всеволод Сергеевич. Уфа: Изд-во УГНТУ, 1996. 35 с.
3. Лурье М.В., Марон В.И. Основные вопросы последовательной перекачки нефтепродуктов по магистральным продуктопроводам: обзор. Сер. «Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья», М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1972. 35 с.
4. Лурье М.В., Марон В.И. Последовательная перекачка нефтепродуктов: тематический обзор. Сер. «Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья», М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1973. 27 с.
5. Лурье М.В., Марон В.И., Юфин В.А. Последовательная перекачка нефтепродуктов. М.: ВНИИОЭНГ, 1973. 84 с.
REFERENCES
Pritula A.F., Pritula V.A. Transportneftiineftyanykhproduktovigaza [Transport of oil, oil products and gas]. Moscow, ONTI NKTP SSSR Publ., 1938. 452 p.
Novoselov V.F. Professor Yablonskiy Vsevolod Sergeyevich [Professor Vsevolod Sergeevich Yablonsky]. Ufa, UGNTU Publ., 1996. 35 p. Lur'ye M.V., Maron V.I. Osnovnyye voprosyposledovatefnoyperekachkinefteproduktovpo magistralnymproduktoprovodam: Obzor Ser. «Transport i khraneniye nefteproduktov i uglevodorodnogo syrya» [The main issues of sequential pumping of petroleum products through main product pipelines: Review of the Series "Transport and storage of petroleum products and hydrocarbon raw materials"]. Moscow, TSNIITEneftekhim Publ., 1972. 35 p. Lur'ye M.V., Maron V.I. Posledovatefnaya perekachka nefteproduktov: Tematicheskiy obzor Ser. «Transport i khraneniye nefteproduktov i uglevodorodnogo syrya» [Sequential pumping of petroleum products: A thematic review of the Series "Transport and storage of petroleum products and hydrocarbon raw materials"]. Moscow, TSNIITEneftekhim Publ., 1973. 27 p.
Lur'ye M.V., Maron V.I., Yufin V.A. Posledovatefnaya perekachka nefteproduktov [Sequential pumping of petroleum products]. Moscow, VNIIOENG Publ., 1973. 84 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Токаренко Андрей Владимирович, соискатель кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Валеев Анвар Рашитович, к.т.н., доцент кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Мастобаев Борис Николаевич, д.т.н., завкафедрой транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Andrey V. Tokarenko, Graduate Student of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas, Ufa State Petroleum Technological University. Anvar R. Valeev, Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas, Ufa State Petroleum Technological University. Boris N. Mastobaeu, Dr. Sci. (Tech.), Prof., Head of Department of Transport and Storage of Oil and Gas, Ufa State Petroleum Technological University.
История и педагогика естествознания
1-2 • 2021
