Трубопровод для транспортировки газа

ТРУБОПРОВОД ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ГАЗА В изобретении представлен трубопровод для транспортировки газа, в котором давление подачи выходящего через его выход газа не должно превышать пороговую величину,содержащий предохранительное устройство с датчиком давления и датчиком температуры,установленными на трубопроводе вблизи входа трубопровода, характеризующийся тем, что предохранительное устройство содержит устройство измерения расхода и предназначено или для поддержания повышенного входного давления в трубопровод и/или для обеспечения возможности использования трубопровода с уменьшенным внутренним диаметром в пределах заданного уровня безопасности по утечкам и повышенному давлению. Стокке Йорн Ингве, Хаускен Гертруд Элизабет (NO) Стручков М.Н. (RU) 016949 Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к трубопроводам для транспортировки газа. Более конкретно, изобретение относится к газопроводам, которые должны эксплуатироваться с заданным уровнем безопасности по повышенному давлению и утечкам газа из трубопровода, даже если этот трубопровод соединен с источником давления, который может создавать в трубопроводе давление, превышающее установленное нормами проектирования трубопровода. Уровень техники Согласно инструкции операторы газопроводов должны эксплуатировать трубопроводы так, чтобы опасность утечек газа в течение одного года находилась в пределах заданного уровня безопасности. Указанные инструкции в разных странах различны, но во всех случаях они устанавливают требования к эксплуатации газопроводов. Для типичного уровня безопасности годовая вероятность утечек и превышения заданного давления в пределах допустимой величины 2 бар должна быть меньше 110-3. Этот уровень безопасности является общим для всех источников высокого давления и всех ситуаций, которые могут возникать при эксплуатации трубопровода. Для выполнения требований инструкций трубопровод содержит предохранительное устройство или предохранительный узел. Элементы, которые могут быть использованы применительно к предохранительному устройству, должны отвечать требованиям надежности, удовлетворяющей указанному уровню безопасности. Настоящее изобретение основано на том, что газопровод и все оборудование, определяющее безопасность, должны находиться в пределах заданного общего уровня безопасности, поэтому такие способы и элементы, которые не могут обеспечить указанный уровень безопасности, являются неподходящими. Существует ряд автоматизированных систем управления и систем обнаружения утечек, которые не пригодны для использования в предохранительном устройстве, связанном с газопроводами. В известных предохранительных устройствах для газопроводов используются измерения давления и температуры. Ранее не известны предохранительные устройства, в которых, кроме того, используется измерение расхода на входе газопровода. Сжимаемость газа приводит к отсутствию прямой взаимосвязи расхода, давления и температуры в трубопроводе с состоянием среды, выходящей из этого трубопровода. Поэтому предохранительные устройства для трубопровода, транспортирующего жидкость, не пригодны для трубопровода, транспортирующего газ. Обычно газопровод подключен к действующей трубопроводной системе, а давление подачи газа,выходящего из газопровода, не превышает заданной пороговой величины, допустимой в соответствии с техническими условиями, заданными для трубопроводной системы, в которую поступает газ из указанного трубопровода. Соединение трубопровода и трубопроводной системы обычно осуществляют с помощью так называемого соединения с горячей врезкой (врезкой в работающий трубопровод). Задачей изобретения является создание газопровода, который, в частности, подходит для присоединения к действующей трубопроводной системе в соответствии с вышеупомянутыми техническими условиями. Раскрытие изобретения Указанная задача решена в трубопроводе для транспортировки газа, в котором давление подачи выходящего через его выход газа не должно превышать пороговую величину, содержащем предохранительное устройство с датчиком давления и датчиком температуры, установленными на трубопроводе вблизи его входа, при этом предохранительное устройство содержит устройство измерения расхода и предназначено или для поддержания повышенного давления на входе в трубопровод и/или для обеспечения возможности использования трубопровода с уменьшенным внутренним диаметром в пределах заданного уровня безопасности по утечкам и повышенному давлению. Термин "заданный уровень безопасности по утечкам и повышенному давлению" означает, что давление подачи газа, выходящего из трубопровода через его выход, не должно превышать пороговой величины и не должно быть утечек из трубопровода в пределах заданной вероятности, установленной уровнем безопасности. Предпочтительно обеспечивается такой уровень безопасности, что годовая вероятность превышения заданного давления подачи на выходе трубопровода, находящегося обычно в пределах 2 бар, для всех источников давления, аварийных ситуаций и утечек из самого трубопровода должна быть менее 110-3, предпочтительно менее 110-5. В предпочтительном варианте осуществления изобретения устройство измерения расхода представляет собой трубу Вентури, расположенную на входе или вблизи входа трубопровода. Предпочтительно предохранительное устройство соединено с возможностью регулирования по меньшей мере c двумя предохранительными клапанами, установленными последовательно в трубопроводе, вблизи входа или на входе трубопровода. Предохранительное устройство управляется в соответствии с алгоритмом,согласно которому вычисление давления на выходе из трубопровода основано лишь на измерениях давления, температуры и расхода на входе или около входа трубопровода. Преимущество изобретения заключается в том, что можно увеличить производительность действующего газопровода или может быть сооружен новый трубопровод меньшего диаметра по сравнению с ранее используемым газопроводом, содержащим предохранительное устройство. Это имеет значительное техническое и экономическое преимущество для оператора газопровода и операторов соответст-1 016949 вующих промысловых трубопроводных систем и систем магистральных трубопроводов. Осуществление изобретения Устройство измерения расхода может быть использовано для коммерческого учета газа, если оно достаточно надежно проверено, имеет высокую точность и надежно обеспечивает предварительно заданный уровень безопасности. Существуют коммерческие измерители расхода на основе ультразвука, расходомеры Кориолиса и дифференциальные манометры-расходомеры, расположенные на суженной части газопровода, например труба Вентури. Следует отметить, что в настоящее время только устройства с трубами Вентури соответствуют пределам уровня безопасности, необходимого при использовании в Северном море. Датчик давления, датчик температуры или датчик давления в виде трубы Вентури соединены с предохранительным устройством, в то же время датчик давления связан с газопроводом, который связан также с предохранительным устройством. Расход может быть задан непосредственно от трубы Вентури или определен с помощью предохранительного устройства. Предохранительное устройство соединено по меньшей мере c двумя, предпочтительно по меньшей мере тремя предохранительными клапанами, установленными в газопроводе, на входе или вблизи входа в газопровод. Кроме того, предохранительное устройство предпочтительно соединено с газотурбинной установкой или другим источником давления для газопровода, при этом заданное значение регулируемой величины для указанного источника регулируется с помощью сигналов, поступающих от предохранительного устройства. С помощью подходящего алгоритма предохранительное устройство учитывает динамические свойства газа, протекающего внутри газопровода. Следовательно, можно поддерживать заданный уровень безопасности без использования комплексной контрольно-измерительной системы с проведением измерений на входе газопровода и вдоль самого газопровода. Это, в свою очередь, значительно экономит затраты. Все элементы внутри газопровода, предохранительное устройство и соединительные устройства могут быть, в свою очередь, известны, но именно их комбинация в предохранительном устройстве, обеспечивающая функционирование газопровода в пределах заданного уровня безопасности, позволяет получить неожиданный технический результат. Возможно увеличение производительности действующих трубопроводов, поскольку может быть использовано более высокое входное давление газа. Может быть уменьшен диаметр новых газопроводов, что приведет к значительной экономии капитальных затрат. Можно одновременно повысить входное давление и уменьшить внутренний диаметр газопровода, находясь в пределах общего уровня безопасности. Алгоритм, используемый предохранительным устройством, может быть известным. Однако этот алгоритм должен соответствовать параметрам, включающим параметры газопровода в каждом конкретном случае. Для моделирования работы алгоритма в различных рабочих ситуациях, включая, например,блокирование потока внутри газопровода гидратами и существенное увеличение расхода, следует использовать программы регулирования расхода, такие как OLGA и HySYS, чтобы убедиться в том, что максимальное допустимое давление внутри трубопровода, предусмотренное нормами проектирования, и максимальное допустимое давление на выходе из трубопровода не превышены. Алгоритм необходимо проверить, чтобы избежать перекрытия трубопровода с помощью предохранительного устройства при отсутствии такой необходимости, и в то же время, если перекрытие произошло, оно не должно приводить к созданию повышенного давления внутри трубопровода ни относительно норм проектирования, ни относительно выходного давления, оставаясь в пределах заданного уровня безопасности. Алгоритм обычно построен с использованием зависимостей в виде полиномов для расхода, давления и температуры, при их заданной постоянной размерности и с регулированием этих параметров по времени в заданных пределах. Описание систем безопасности и предохранительных устройств, соответствующих настоящему изобретению, может быть найдено в документе DnV OS-F 101. Существующие системы безопасности основаны на дублирующих измерениях давления ниже по потоку и трехкратном резервировании телеметрической аппаратуры, а также на функционировании трубопроводов с полным расчетным давлением по всей длине или трубопроводов большого диаметра, чтобы избежать превышения давления транспортировки газа допустимого давления для действующих трубопроводных систем, находящихся ниже по потоку. Существующие трубопроводы становятся все более и более сложными с постоянным присоединением к ним новых ответвлений. Дальнейшему развитию транспортных сетей в виде трубопроводных систем препятствуют сложная телеметрическая аппаратура и затрудненная оценка надежности. Настоящее изобретение обеспечивает надежное измерение расхода в дополнение к действующей системе безопасности. Это создает различные преимущества, поскольку давление в опасном месте газопровода по возможности точно оценивается посредством предохранительной системы вместо измерения указанного давления. Кроме того, отсутствует необходимость в измерении давления под водой с помощью соединительного узла. Помимо этого, не используются объемные устройства для телеметрических измерений,что также имеет экономический эффект. Для действующих систем транспортировки давление, при котором газ транспортируют по трубопроводу, может быть увеличено сверх максимального давления, допустимого в присоединенной, расположенной ниже по потоку трубопроводной системе, и тем самым увеличивается транспортировка газа через указанный трубопровод. Для новых систем может быть уменьшен-2 016949 внутренний диаметр трубопровода, что значительно снижает необходимость в капиталовложениях. Например, планируется газопровод длиной 130 км от полупогружной платформы Gja к трубопроводной системе FLASS. Соединение газопровода с системой FLASS будет производиться посредством горячей врезки вместе с трубопроводом Tampen Link. Затем газ направляют к St.Fergus в Великобритании для дальнейшей обработки и отвода к потребителям. За счет использования трубопровода для транспортировки газа, оборудованного предохранительным устройством в соответствии с настоящим изобретением, внутреннее проходное сечение трубопровода может быть уменьшено на 20%, например, за счет уменьшения внутреннего диаметра от 720 до 660 мм. Это приведет к экономии на самом трубопроводе в размере 95 млн норвежских крон. Однако, если для функционирования платформы Gja и прилегающих секторов это является целесообразным, в качестве альтернативного решения внутренний диаметр трубопровода, равный 720 мм, может быть сохранен, в то время как расход через трубопровод увеличивают,при этом транспортируемое количество газа может быть увеличено на 15%. В качестве альтернативы внутренний диаметр может быть немного уменьшен, в то же время транспортируемое количество газа немного увеличивают в пределах заданного уровня безопасности. Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, будет значительно изменяться и должен быть рассчитан для каждого конкретного случая. Если полученная выгода от увеличенной транспортировки газа и/или уменьшенных диаметров трубопровода превышает капиталовложения в конструкцию трубопровода в соответствии с изобретением, изобретение обеспечивает экономический эффект. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Газовый трубопровод, содержащий вход и выход и предназначенный для соединения с действующей трубопроводной системой и для подачи газа в эту трубопроводную систему через свой выход,отличающийся тем, что содержит предохранительное устройство, расположенное вблизи входа трубопровода и содержащее устройство измерения давления внутри или вблизи входа трубопровода, устройство измерения температуры внутри или вблизи входа трубопровода и устройство измерения расхода внутри или вблизи входа трубопровода, при этом предохранительное устройство выполнено с возможностью оценки давления на выходе трубопровода на основе измерений давления, температуры и расхода внутри или вблизи входа трубопровода, измеренных измерительными устройствами, обеспечивая поддержание давления газа, подаваемого из трубопровода в трубопроводную систему через выход трубопровода, ниже заданного значения. 2. Трубопровод по п.1, отличающийся тем, что устройство измерения расхода выполнено в виде трубы Вентури. 3. Трубопровод по п.1, отличающийся тем, что предохранительное устройство соединено по меньшей мере с двумя предохранительными клапанами, установленными последовательно на входе трубопровода или вблизи входа трубопровода. 4. Трубопровод по п.1, отличающийся тем, что предохранительное устройство является управляемым в соответствии с алгоритмом, учитывающим динамические свойства газа. 5. Трубопровод по п.1, отличающийся тем, что измеряемые входные параметры включают давление, температуру и расход около входа трубопровода, а выходные параметры включают заданное значение регулируемой величины для газового компрессора, подающего газ в трубопровод, и сигналы управления для трех предохранительных клапанов, установленных последовательно на входе трубопровода или вблизи входа трубопровода. 6. Трубопровод по п.1, отличающийся тем, что предохранительное устройство соединено с газотурбинной установкой или другим источником давления для трубопровода, при этом газотурбинная установка или другой источник давления являются регулируемыми с помощью сигналов, поступающих от предохранительного устройства. 7. Трубопровод по п.1, отличающийся тем, что предохранительное устройство является управляемым в соответствии с алгоритмом, построенным с использованием зависимостей в виде полиномов для расхода, давления и температуры.