Proiectarea Sistemului DE Alimentare CU Gaze A Municipiului X

CUPRINS

CAPITOLUL 1 – CONSIDERAȚII GENERALE 5

1.1. Scurt istoric 5

1.2. Aspecte privind industria gazelor naturale în România 7

1.3. Sistemul național de transport al gazelor naturale 8

1.4. Înmagazinarea gazelor naturale în România 9

1.5. Necesitatea și oportunitatea proiectării sistemului 12

CAPITOLUL 2 – MIȘCAREA GAZELOR NATURALE PRIN CONDUCTELE DE TRANSPORT 15

2.1. Legea similitudinii. Numărul Reynolds 15

2.2. Regimuri de mișcare 16

2.2.1. Regimul laminar 16

2.2.2. Regimul instabil 18

2.2.3. Regimul turbulent 18

CAPITOLUL 3 – DEPOZITUL DE ÎNMAGAZINARE BILCIUREȘTI 20

3.1. Probleme tehnice referitoare la înmagazinarea gazelor naturale 20

3.2. Caracteristicile zăcământului depletat Bilciurești 24

3.3. Aspecte referitoare la creșterea capacității de înmagazinare a zăcământului 26

3.4. Pregătirea gazelor pentru transport 29

CAPITOLUL 4 – CALCULUL DE DIMENSIONARE A SISTEMULUI DE TRANSPORT 31

4.1. Modelarea mișcărilor staționară și nestaționară 31

4.1.1. Modelarea matematică a mișcării staționare 31

4.1.2. Modelarea matematică a mișcării nestaționare 33

4.2. Calculul hidraulic al conductelor 38

4.2.1. Date de proiectare 38

4.2.2. Calculul de dimensionare a conductei de aducțiune 39

4.2.3. Calculul acumulatorului inelar 40

4.3. Calculul de rezistență al conductelor 40

4.3.1. Conducta de aducțiune 42

4.3.2. Conducta rezervorului inelar 42

4.4. Calculul capacității reale de transport și înmagazinare 43

CAPITOLUL 5 – EXECUȚIA SISTEMULUI DE TRANSPORT PROIECTAT 44

5.1. Alegerea traseului 44

5.2. Tehnologia de execuție a sistemului 50

5.2.1. Cerințe tehnice minime pentru elementele de conducte 50

5.2.2 Construirea sistemului proiectat 53

5.3. Sudarea conductelor de gaze 57

CAPITOLUL 6 – PROIECTAREA INSTALAȚIILOR ANEXE PRINCIPALE 65

6.1. Protecția împotriva coroziunii 65

6.1.1. Aspecte generale privind coroziunea metalelor 65

6.1.2. Obiectul protecției anticorosive 70

6.1.3. Protecția pasivă a sistemului 71

6.1.4. Protecția catodică a sistemului 74

6.1.4.1. Protecția în absența curenților vagabonzi 74

6.1.4.2. Protecția în cazul existenței curenților vagabonzi 75

6.1.4.3. Îmbinări electroizolante 76

6.1.5. Calculul principalilor parametrii ai protecției catodice 76

6.1.6. Întreținerea protecției anticorosive pasive și active 77

6.1.7. Coroziunea interioară 78

6.2. Dimensionarea stației de reglare și măsurare a gazelor 80

6.2.1. Calculul de dimensionare a instalației de separare 81

6.2.2. Calculul de dimensionare a instalației de filtrare 81

6.2.3. Calculul de alegere a aparaturii pneumatice 82

6.2.3.1 Alegerea regulatoarelor pentru treapta 1 de reglare 83

6.2.3.2 Alegerea regulatoarelor pentru treapta 2 de reglare 83

6.2.4. Calculul de dimensionare al instalației de încălzire 84

6.2.5. Calculul de dimensionare a instalației de măsurare 85

6.2.6. Calculul de dimensionare a conductelor de intrare, de ieșire și de by-pass ale S.R.M.-ului 85

6.3. Automatizarea funcționării sistemului proiectat 86

6.4. Aspecte economice 88

CAPITOLUL 7 – EXPLOATAREA SISTEMULUI DE TRANSPORT 90

7.1. Condiții de exploatare a sistemului de transport 90

7.2. Întreținerea sistemului proiectat 92

7.3. Revizii și reparații 95

7.3.1 Revizia sistemului proiectat 95

7.3.2. Repararea sistemului 95

7.4. Întreținerea sistemului folosind tehnologii moderne 99

7.4.1. Sisteme de mentenanță a conductelor 99

7.4.2. Menținerea în siguranță a conductelor 101

7.5. Măsuri de protecția muncii și P.S.I. 106

7.5.1. Norme de tehnica securității și protecția muncii 106

7.5.2. Măsuri de prevenirea și stingerea incendiilor 107

7.6. Protecția mediului în activitatea de transport al gazelor naturale 108

BIBLIOGRAFIE

Capitolul 1

Gazele naturale – resursă energetică majoră

a societății contemporane

1.1. Scurt istoric

Descoperirea gazelor naturale datează din timpuri străvechi și este localizată în Orientul Mijlociu. Progresul omenirii a fost, de-a lungul timpului, determinat în cea mai mare măsură de descoperirea și exploatarea de către om a diferitelor forme de manifestare ale materiei: energia mecanică, energia termică, energia chimică, etc.

În realizarea obiectivelor sale, omul a apelat la energie, sursele fiind cele cunoscute și stăpânite de el în diferitele faze de evoluție. Dacă la început ponderea a constituit-o forța umană, lemnul și energia eoliană, formele de energie primară (cărbune, petrol, gaze naturale, etc.) au început să-și pună amprenta pe dezvoltarea omenirii.

Începerea exploatării zăcămintelor de țiței și gaze în secolul XVIII nu înseamnă, de fapt, și primele semne de existență a acestora ca forme de energie.

Pornind de la iluminat, continuând cu prepararea focului pentru gătitul hranei, plecând de la lămpile alimentate din recipient (balon) și ajungând la transportul gazelor prin conducte de fier cositorite, gazele naturale au pătruns puternic în Europa și în lume la începutul secolului XX.

Distribuția și utilizarea gazelor naturale au avut, pentru început, ca obiect industria și iluminatul public. Ulterior, sectorul rezidențial a devenit consumator de gaze naturale. Convinși fiind de avantajele utilizării gazelor naturale, comparativ cu ceilalți combustibili, tot mai mulți consumatori au început să apeleze la acestea.

Cheltuielile de investiții necesare alimentării cu gaze a localităților au condus la un început timid în dezvoltarea distribuțiilor de gaze naturale. Astfel, primele localități cu distribuție de gaze au fost: Turda (1914), Uioara (1915), Diciosânmartin (1917), Mediaș (1918), Câmpia Turzii (1921), localități situate în apropierea zăcămintelor. Pe măsură ce își demonstrau calitățile, gazele naturale încep să-și câștige un loc important în necesitățile utilizatorilor. Astfel, dacă în anul 1924, în România existau 1.694 consumatori, din care 32 industriali (2%), localizați numai în Transilvania, plus 1.662 consumatori casnici, comercianți, etc. (88%), în anul 1938 erau 9.004 consumatori, din care 320 industriali (3,5%) și 8.684 casnici (96,5%). Gazele distribuite acestor consumatori cresc de la 50·106 m3 în 1918 la 330·106 m3 în 1938.

În perioada anilor ‘50 ai secolului XX s-a pus problema înlocuirii lemnului de foc și a început, ca urmare a H.C.M. nr. 1018/1959, racordarea de consumatori la rețeaua de distribuție, în limita cotelor avizate de Ministerul Industriei, Petrolului și Chimiei. Odată cu aceasta s-a dezvoltat și rețeaua de conducte în domeniu, aceasta evoluând de la 3.567 km instalați în 299 localități în anul 1960, la circa 19.700 km instalați în 1.071 localități în anul 1999.

În perioada de după 1989, schimbarea spectrului politic în România a condus la o altă abordare a problematicii în distribuția gazelor naturale. Alocarea consumului cu precădere către populație a condus la creșterea numărului de consumatori și, implicit, a lungimii rețelelor de conducte de distribuție.

Industria gazelor naturale a fost menținută sub un control strict al statelor de-a lungul anilor, deoarece era considerată monopol natural. În ultimii 30 de ani, s-a observat o tendință de eliminare a controlului prețurilor și de liberalizare a pieței gazului natural. Ca urmare, a crescut competiția și s-a dezvoltat o industrie a gazului dinamică și inovatoare. În plus, ca urmare a avansului tehnologic, gazul natural este extras și transportat la consumatori în mod mai eficient. Inovațiile au dus la creșterea randamentului folosirii gazului natural și au apărut noi utilizări ale acestuia.

Gazul natural a cunoscut după anii ‘70 ai secolului trecut cea mai rapidă creștere în utilizare dintre toți combustibilii fosili. Datorită avantajelor sale economice și ecologice, dar și siguranței în utilizare (domeniu îngust de inflamabilitate), gazul natural este o sursă tot mai atractivă de energie în multe țări. În prezent ocupă locul doi mondial, după țiței.

Figura 1.1. Structura producției de energie primară pe tipuri de combustibili

(sursă: World Energy Outlook 2000, International Energy Agency)

1.2. Aspecte privind industria gazelor naturale în România

Gazele naturale reprezintă o sursă cheie de energie pentru țara noastră deoarece ponderea lor în balanța surselor de energie primară este și va continua să rămână și în viitor de cca. 40%. Din punct de vedere economic, social și protecție a mediului gazele naturale oferă multiple avantaje. Practic, toate sectoarele de activitate ale economiei sunt dependente de consumul de gaze naturale. Ca o consecință a expansiunii utilizării gazelor naturale în România, s-a dezvoltat o vastă infrastructură atât în domeniul exploatării cât și în cel al producției, transportului, înmagazinării și distribuției acestor valoroase hidrocarburi.

Este de menționat faptul că România se numără printre puținele țări care, pe lângă faptul că are o tradiție remarcabilă în domeniu, are și un palmares de invidiat, semnificativi fiind anii:1909 când prin sonda 2 Sărmășel, în premieră europeană, a fost descoperit un mare zăcământ gazeifer, 1913, România este prima regiune din Europa cu consum industrial de gaze, 1914, se construiește prima conductă de gaz metan din Europa, 1976, a reprezentat maximum de producție realizată și anume 30 miliarde mc. obținuți din 1655 de sonde cu un debit mediu de 50.000 mc/zi, un adevărat record în domeniul producției de gaze naturale

Dezvoltarea, eficientizarea și crearea condițiilor de privatizare graduală a industriei gaziere romanești reprezintă acțiuni complexe ce depind de voința politică, de asigurarea cadrului legislativ precum și stabilirea tacticilor și etapelor adecvate în cadrul strategiei luată în considerare.

Este cunoscut faptul că industria gazieră românească asigură în mod prioritar baza energetică și în proporție însemnată materia primă pentru chimizare și drept urmare această industrie se află practic pe întreg cuprinsul țării în cadrul unui complex sistem tehnologic integrat până de curând pe verticală (producție, transport – înmagazinare, distribuție). Acest complex sistem tehnologic sau infrastructura sectorului gazelor naturale va fi supus unui amplu proces de reabilitare, modernizare și dezvoltare, deoarece majoritatea componentelor infrastructurii sunt uzate și mai ales depășite din punct de vedere tehnic. În eforturile sale România trebuie să-și dezvolte un sector al gazelor naturale eficient, robust și mai ales flexibil care să asigure un serviciu public modern și sigur în condiții de protecție deplină atât a consumatorilor de toate categoriile cât și a mediului înconjurător.

Principalele obiective avute în vedere în strategia dezvoltării industriei noastre gaziere, pentru următorii 10 ani se rezumă la următoarele:

Descoperirea unor rezerve noi, maximizarea factorului de recuperare al gazelor naturale realizând astfel nivele optime și compatibile cu posibilitățile productive ale zăcămintelor;

Reabilitarea și dezvoltarea sistemului de producție gaze precum și a sistemului național de transport gaze;

Dezvoltarea capacității de înmagazinare a gazelor naturale precum și crearea de noi depozite de stocare;

Dezvoltarea capacităților și serviciilor în transportul internațional de gaze efectuat pe teritoriul țării noastre;

Diversificarea surselor externe de aprovizionare cu gaze naturale și interconectarea sistemului național cu sistemul internațional de transport gaze;

Modernizarea și diversificarea serviciilor de distribuție a gazelor și îmbunătățirea nivelelor de performanță ale acestora, creșterea siguranței utilizatorilor și protecția mediului înconjurător;

Importul de gaz lichefiat (GNL) și gaz petrolier lichefiat (GPL)

1.3. Sistemul Național de Transport al gazelor naturale

S.N.G.N. Transgaz S.A. este operatorul tehnic al Sistemului Național de Transport (SNT) din România, răspunzând de funcționarea acestuia în condiții de calitate, siguranță, eficiență economică și protecție a mediului înconjurător.

S.N.T. Gaze Naturale are înzele naturale reprezintă o sursă cheie de energie pentru țara noastră deoarece ponderea lor în balanța surselor de energie primară este și va continua să rămână și în viitor de cca. 40%. Din punct de vedere economic, social și protecție a mediului gazele naturale oferă multiple avantaje. Practic, toate sectoarele de activitate ale economiei sunt dependente de consumul de gaze naturale. Ca o consecință a expansiunii utilizării gazelor naturale în România, s-a dezvoltat o vastă infrastructură atât în domeniul exploatării cât și în cel al producției, transportului, înmagazinării și distribuției acestor valoroase hidrocarburi.

Este de menționat faptul că România se numără printre puținele țări care, pe lângă faptul că are o tradiție remarcabilă în domeniu, are și un palmares de invidiat, semnificativi fiind anii:1909 când prin sonda 2 Sărmășel, în premieră europeană, a fost descoperit un mare zăcământ gazeifer, 1913, România este prima regiune din Europa cu consum industrial de gaze, 1914, se construiește prima conductă de gaz metan din Europa, 1976, a reprezentat maximum de producție realizată și anume 30 miliarde mc. obținuți din 1655 de sonde cu un debit mediu de 50.000 mc/zi, un adevărat record în domeniul producției de gaze naturale

Dezvoltarea, eficientizarea și crearea condițiilor de privatizare graduală a industriei gaziere romanești reprezintă acțiuni complexe ce depind de voința politică, de asigurarea cadrului legislativ precum și stabilirea tacticilor și etapelor adecvate în cadrul strategiei luată în considerare.

Este cunoscut faptul că industria gazieră românească asigură în mod prioritar baza energetică și în proporție însemnată materia primă pentru chimizare și drept urmare această industrie se află practic pe întreg cuprinsul țării în cadrul unui complex sistem tehnologic integrat până de curând pe verticală (producție, transport – înmagazinare, distribuție). Acest complex sistem tehnologic sau infrastructura sectorului gazelor naturale va fi supus unui amplu proces de reabilitare, modernizare și dezvoltare, deoarece majoritatea componentelor infrastructurii sunt uzate și mai ales depășite din punct de vedere tehnic. În eforturile sale România trebuie să-și dezvolte un sector al gazelor naturale eficient, robust și mai ales flexibil care să asigure un serviciu public modern și sigur în condiții de protecție deplină atât a consumatorilor de toate categoriile cât și a mediului înconjurător.

Principalele obiective avute în vedere în strategia dezvoltării industriei noastre gaziere, pentru următorii 10 ani se rezumă la următoarele:

Descoperirea unor rezerve noi, maximizarea factorului de recuperare al gazelor naturale realizând astfel nivele optime și compatibile cu posibilitățile productive ale zăcămintelor;

Reabilitarea și dezvoltarea sistemului de producție gaze precum și a sistemului național de transport gaze;

Dezvoltarea capacității de înmagazinare a gazelor naturale precum și crearea de noi depozite de stocare;

Dezvoltarea capacităților și serviciilor în transportul internațional de gaze efectuat pe teritoriul țării noastre;

Diversificarea surselor externe de aprovizionare cu gaze naturale și interconectarea sistemului național cu sistemul internațional de transport gaze;

Modernizarea și diversificarea serviciilor de distribuție a gazelor și îmbunătățirea nivelelor de performanță ale acestora, creșterea siguranței utilizatorilor și protecția mediului înconjurător;

Importul de gaz lichefiat (GNL) și gaz petrolier lichefiat (GPL)

1.3. Sistemul Național de Transport al gazelor naturale

S.N.G.N. Transgaz S.A. este operatorul tehnic al Sistemului Național de Transport (SNT) din România, răspunzând de funcționarea acestuia în condiții de calitate, siguranță, eficiență economică și protecție a mediului înconjurător.

S.N.T. Gaze Naturale are în componența sa:

– peste 11.800 km de conducte magistrale cu diametre între 150 și 800 mm;

– 6 stații de comprimare a gazelor pentru transport cu o putere instalată de 67.000 CP,

– circa.850 de stații de reglare măsurare și peste 800 de stații de protecție catodică;

– 29 de stații de comandă vane și/sau noduri tehnologice;

– peste 950 de contoare și aparate de masură a cantităților de gaze naturale utilizate în

tranzacții comerciale;

– 2 stații de măsurare a gazelor din import;

– peste 570 de instalații de odorizare a gazelor.

Aproximativ 27% din totalul SRM au durata de funcționare mai mare de 25 de ani. Cele 6 stații de comprimare a gazelor sunt amplasate pe principalele direcții de transport și dispun de o putere instalată de cca. 65.000 CP, cu o capacitate anuală de comprimare de 5,5·109 m3. Toate aceste componente ale SNT asigură preluarea gazelor naturale de la producători/furnizori și transportarea lor către consumatori/distribuitori sau depozitele de înmagazinare.

Capacitatea proiectată a Sistemului Național de Transport gaze naturale este de aproximativ 30·109 m3/an. În anul 2005, de exemplu, a transportat 16,1·109 m3 de gaze. Totodată 68,89% (8.158 km) din lungimea totală a conductelor trebuie înlocuite. Aceste conducte au fost construite în perioada 1927…2004 și au durata normală de funcționare depășită. Lucrările de reparație realizate în perioada 1986…2004 arată că din totalul de 8.158 km conductă cu durată de funcționare mai mare de 25 de ani, au fost reparați și înlocuiți 1.964 km reprezentând un procent de cca. 24% km conductă, valoarea acestor lucrări raportată la valoarea totală a cheltuielilor de exploatare fiind foarte mică. Diagnosticările efectuate în perioada 1995…2004 au pus în evidentă nivelul ridicat al defectelor înregistrate, defecte cauzate în principal de degradarea izolației pasive a materialului tubular și confirmate de creșterea consumului de energie electrica pe cele 834 de stații de protecție catodică. Astfel că S.N.T. prezintă o stare avansată de uzură a unei părți importante a conductelor de transport, generatoare de pierderi de gaze, întreruperi și riscuri cu impact negativ asupra mediului înconjurător, fiind necesară o modernizare a sistemelor de măsurare și dispecerizare, precum și a instalațiilor mecanice și de odorizare a gazelor naturale. Reabilitarea S.N.T. va asigura o îmbunătățire a fluxurilor de gaze transportate, precum și o creștere a siguranței în exploatarea conductelor de transport, crearea condițiilor de funcționare a pieței de gaze și realizarea infrastructurii de decontare și gestionare a gazelor în transport.

1.4. Înmagazinarea gazelor naturale în România

Depozitarea gazelor naturale reprezintă o practică economică destinată echilibrării cererii de gaze a consumatorilor cu posibilitățile tehnico-economice de livrare ale furnizorilor, fiind utilizată cu predilecție pentru:

– acoperirea vârfurilor de consum și regimului fluctuant al cererii;

– redresarea operativă a parametrilor funcționali ai sistemului de transport (presiuni, debite);

– controlul livrărilor în situații extreme (opriri surse, accidente etc.).

Cererea de gaze pe piața energetică românească cunoaște variații sensibile, în special în timpul sezonului rece, și este determinată în special de consumatorii din sectorul rezidențial (populație, spitale, școli etc.) și energetic (termocentrale și centrale termice de zona), de fluctuațiile induse de temperatura ambientală, apariția orelor de vârf etc., în general fiind caracterizată de: fluctuații sezoniere de cca. 60%; fluctuații zilnice de cca. 25 %; fluctuații orare care pot ajunge la cca. 30 %. Menținerea unui echilibru permanent a cererii de gaze cu sursele disponibile implică și riscuri în ceea ce privește asigurarea surselor interne și externe, ca urmare a unor întreruperi tehnice, financiare sau politice. Este sarcina gazelor naturale stocate să compenseze efectele diminuării temporare ale producției sau ale importurilor precum și a consecințelor unei estimări incorecte a consumului pentru perioade scurte. Deși, în ultimii ani, capacitatea de lucru a gazului înmagazinat a crescut, raportul dintre volumul total al gazelor consumate și gazele furnizate din depozite este de cca. 14%, sub valorile minime practicate în țările vest europene (25%).

În România, numărul mare de zăcăminte de gaze aflate în exploatare, la diferiți factori de recuperare, au facilitat construirea de depozite subterane în regiunile unde există probleme în asigurarea alimentării cu gaze naturale în perioada sezonului rece. Astfel, primul depozit de înmagazinare a fost realizat în anul 1960 în zăcământul Ilimbav, cu o capacitate anuală de lucru de cca. 50·106 m3 și debite zilnice, prin intermediul a șase sonde, cuprinse între (300…350)·103 m3, acesta mărind siguranța în furnizare pentru zona de consum Sibiu. În timp, înmagazinarea gazelor naturale în depozite subterane a devenit o necesitate în condițiile în care consumul în sezonul rece depășește sursele existente (interne și import), iar în perioada de vară se situează sub potențialul acestora. Capacitatea de înmagazinare a României s-a adaptat acestor cerințe astfel încât a cunoscut o dezvoltare continuă în special în zonele cu fluctuații mari de consum sezoniere, zilnice, orare (București-Ploiești, nord-vestul țării, centrul țării). Creșterea capacităților de înmagazinare a fost realizată atât prin amenajarea de noi depozite, cât și prin amplificarea depozitelor existente (mărirea gabaritului de sonde, echiparea performantă atât a sondelor noi, cât și a celor existente, modernizarea facilităților de comprimare, etc.). În general, pentru constituirea unui depozit de înmagazinare subterană gaze naturale pot fi analizate următoarele soluții alternative: depozitare în zăcăminte de gaze depletate, în caverne saline sau în straturi acvifere. Cea mai des utilizată formă de înmagazinare subterană a gazelor naturale o constituie zăcămintele de gaze depletate. Ele sunt atractive datorită faptului că acestea au dovedit că sunt capabile să retina gazele,caracteristicile geologice sunt deja cunoscute, iar existența rețelei de extracție le fac să fie cel mai ușor și ieftin de dezvoltat, operat și menținut. Totodată, pentru a putea fi utilizat ca un depozit subteran de gaze naturale, zăcământul trebuie să îndeplinească două condiții esențiale și anume să fie etanș, pentru a se evita pierderile de gaze și să fie puternic consolidat, având în vedere faptul că în procesul de înmagazinare au loc căderi de presiune cu mult mai mari decât în timpul exploatării propriu-zise a zăcământului de gaze. În principal, există două utilizări principale ale gazului din depozite:

– acoperirea cererii mărite pentru o anumită perioadă de timp;

– acoperirea vârfurilor de consum.

Capacitatea de înmagazinare „de bază“, este folosită pentru acoperirea creșterii cererii pentru o durată îndelungată, specifică sezonului rece; în facilitățile de acest tip sunt injectate gaze în perioada aprilie-octombrie și extrase în timpul iernii, de obicei din noiembrie până în martie. Aceste rezervoare sunt de dimensiuni mari, capabile să ofere o furnizare prelungită și stabilă, dar capacitatea zilnică de extracție este relativ mică. Zăcămintele de gaze depletate sunt cele mai des utilizate pentru acest tip de cerere. Facilitățile de înmagazinare pentru „vârf de sarcină“ sunt proiectate să aibă capacități de livrare zilnică mari, pentru acoperirea cererilor mărite brusc pentru perioade scurte de timp. Rezervoarele constituite în caverne saline și acvifere sunt cel mai des folosite pentru acest tip de cerere. Creșterea performanțelor depozitelor existente, reflectată prin creșterea debitelor zilnice de extracție gaze naturale, deci mărirea gradului de acoperire a vârfurilor de consum zilnice sau orare. Pentru realizarea acesteia se vor executa:

– constituirea sau mărirea pernei de gaze, deci a presiunilor de lucru, la următoarele depozite: Bilciurești, Urziceni, Cetatea de Baltă și Sărmășel;

– continuarea și finalizarea operațiilor de consolidare a sondelor;

– mărirea capacității gazului de lucru pentru depozitul Cetatea de Baltă, progresiv, astfel încât în anul 2008 să se atingă 250·109 m3;

– dezvoltarea și amenajarea depozitului Ghercești până în anul 2008 pentru o capacitate totală de 880·106 m3, din care 600·106 m3 să reprezinte capacitatea gazului de lucru. Lucrările de investiții pentru realizarea obiectivului constau în completarea gabaritului de sonde și echiparea acestora, realizarea stației de comprimare și a infrastructurii de suprafață (colectoare, sisteme de separare, condiționare și măsurare fiscală a gazelor vehiculate în/din depozit). Actual se află în analiză posibilitatea amenajării unui depozit nou de înmagazinare în zona de consum Moldova, în zăcământul semidepletat Mărgineni care va avea o capacitate finală de 2,9·109 m3. În figura 1.2 se prezintă evoluția capacităților de înmagazinare în următorii 5 ani în România.

Ținând cont de rolul semnificativ pe care gazele naturale îl dețin pe piața de energie primară din România, deci implicit în relansarea economică așteptată și prognozată a țării noastre, trebuie create premizele asigurării în cât mai mare măsură a cererii de gaze naturale, în condiții de siguranță pentru consumatorii finali și la prețuri rezonabile.

1.5. Necesitatea și oportunitatea proiectării sistemului

Sectorul energetic influențează fundamental evoluția întregii societăți. În prezent nu poate fi concepută o economie dezvoltată, cu un sector social adecvat Europei secolului XXI, fără un sector energetic eficient.

Sectorul energetic național trebuie să facă față principalelor provocări ce se manifestă la nivel intern și global:

securitatea alimentării cu energie;

creșterea competitivității economice;

reducerea impactului asupra mediului.

Aceste provocări sunt deosebit de importante, în condițiile în care România trebuie să recupereze decalajul de performanță economică față de țările dezvoltate ale U.E.

Utilizarea cu precădere a gazului metan, atât ca materie primă, cât și ca un important combustibil în principalele ramuri industriale ale economiei naționale, impune industriei gazeifere sarcini importante corelate cu nevoile celorlalte ramuri industriale. Debitul de gaze solicitat pe parcursul unei luni, sau a unei zile, variază continuu, în funcție de o serie de parametrii obiectivi, dar în primul rând în funcție de temperatura atmosferică exterioară.

În general, un consumator complex de gaze combustibile, tehnologice (industriale) și menajere (rezidențiale), cum este municipiul București, în sezonul rece prezintă vârfuri serioase de consum, și, de cele mai multe ori nu-și poate satisface cerințele de gaze din rețeaua de conducte existentă, confruntându-se cu mari dificultăți în aprovizionarea consumatorilor.

Consumul de gaze combustibile al municipiul București, are caracterul variabil clasic, ce caracterizează marile orașe moderne, adică prezentând aluri oscilante cu minime și maxime orare, cuprinse între o alură minimă din timpul verii și o alură maximă din timpul iernii.

În ideea satisfacerii aprovizionării cu necesarul de gaze destinat încălzirii locuințelor, trebuie avut în vedere faptul că o mare parte a municipiului București este subaprovizionată cu gaze în sezonul rece. Conform situațiilor statistice întocmite de reprezentanții Distrigaz Sud București, deficitul zilnic de gaze pe parcursul sezonului rece în anul 2006 a fost de 2,5·106 m3.

Pentru acoperirea vârfurilor sezoniere de consum se poate apela la una din următoarele soluții:

înmagazinarea gazelor în stare naturală în zăcăminte de petrol sau de gaze depletate, parțial sau total epuizate (76,8% din total);

înmagazinarea gazelor în stare naturală în acvifere (14,8%);

înmagazinarea gazelor în stare naturală în cavități executate în sâmburi de sare (7,9%);

înmagazinarea gazelor naturale lichefiate (GNL) sau a gazelor petroliere lichefiate (GPL) în depozite saline sau în alte depozite etanșe (mine);

Dintre toate aceste metode de înmagazinare a gazelor naturale, singura care este viabilă din punct de vedere al asigurării unei capacități de stocare suficiente pentru cerințele municipiului București este apelarea la unul din zăcămintele depletate cu posibilități de înmagazinare în sezonul cald, aflate în vecinătatea orașului, respectiv Bilciurești.

Pentru acoperirea vârfurilor diurne de consum se folosesc una sau mai multe din următoarele metode:

înmagazinarea gazelor naturale în conductele magistrale (acest proces are loc noaptea, când consumul este mai mic);

depozitarea gazelor în rezervoare metalice supraterane, în stare naturală (gazometre) sau în stare lichidă, situate în apropierea marilor consumatori;

depozitarea gazelor în distribuitoare inelare de presiune înaltă;

interconectarea sistemelor de transport;

folosirea stațiilor de comprimare intermediare.

Datorită faptului că parcurile de rezervoare reprezintă o investiție considerabilă din cauza consumului mare de metal necesar pentru construirea lor înmagazinarea gazelor în rezervoare de înaltă presiune este neeconomică.

Singura soluție viabilă pentru înmagazinarea cantității de gaze necesară suplinirii vârfului de consum zilnic este distribuitorul inelar de presiune înaltă (are un diametru mare și este amplasat în afara perimetrului de consum). În acest fel se asigură o continuitate a livrărilor de gaze, se utilizează mai eficient capacitățile de transport ale conductelor și se mărește substanțial cantitatea de gaze care poate fi înmagazinată în conducte în timpul nopții pentru a satisface vârfurile de consum de a doua zi.

Un astfel de sistem este cel mai eficient regulator de debit atunci când vârful orar de consum este pronunțat și datorită acestei caracteristici satisface cerințele impuse de consumul municipiul București.

Având în vedere aceste considerente scopul proiectului de diplomă este proiectarea unui sistem de alimentare suplimentară cu gaze naturale a municipiului București, sistem care este format din 2 componente:

Conducta de aducțiune, care va transporta din zăcământul depletat cantitatea de 2,5 milioane mN gaze până la locația de consum;

Acumulatorul inelar de înmagazinare a acestei cantități, astfel încât să poată fi livrată rețelei de distribuție în perioadele de vârf de consum.

Capitolul 2

MIȘCAREA GAZELOR NATURALE

PRIN CONDUCTELE DE TRANSPORT (sau altceva)

2.1. Trebuie refăcut

Nu mi-a plăcut deloc. Trebuie pus altceva!

Capitolul 3

DEPOZITUL DE ÎNMAGAZINARE BILCIUREȘTI

3.1. Probleme tehnice referitoare la înmagazinarea gazelor naturale

Sarcina gazelor naturale stocate este aceea de a compensa efectele diminuării temporare ale producției sau ale importurilor precum și a consecințelor unei estimări incorecte a consumului pentru perioade scurte.

În figura 4.1 se pot vedea diferitele modalități de stocare a gazelor.

Figura 4.1. Modalități de stocare a gazelor naturale

A – caverne saline; B – mine; C – acvifere; D – zăcăminte epuizate; E – caverne în roci solide

Dintre toate aceste variante de stocare a gazelor naturale vom detalia doar aspectele referitoare la zăcămintele epuizate și la cavernele saline.

Amenajarea de depozite subterane de gaze constituie o problemă destul de complexă, necesită o perioadă de realizare de câțiva ani și comportă un volum de cheltuieli care nu este deloc de neglijat,astfel că eficiența economică a acestei metode trebuie bine analizată făcându-se o comparație cu alte soluții tehnice echivalente de satisfacere a vârfurilor sezoniere de consum cum sunt comprimarea intermediară a gazelor pe traseul conductelor magistrale, trecerea unor consumatori pe alți combustibili în timpul iernii, crearea de capacități sezoniere de extracție și dublarea echivalentă a conductelor, etc.

În orice caz, depozitarea subterană a gazelor în apropierea marilor centre de consum apare ca preferabilă atunci când sursele de gaze sunt amplasate la distanțe de ordinul a sutelor de kilometri și atunci când condițiile tehnice ale structurilor productive nu permit realizarea unor capacități de extracție la nivelul debitelor solicitate în anotimpul friguros.

Pentru ca să corespundă scopului dorit, un rezervor subteran de înmagazinare a gazelor trebuie să fie plasat cât mai aproape de centrul de consum, să fie etanș,porozitatea și permeabilitatea lui să fie cât mai mari iar adâncimea relativ mică astfel în cât presiunea de injecție să nu crească în mod inutil, astfel că cea mai preferabilă variantă și din punct de vedere economic este depozitarea gazelor în zăcăminte epuizate sau în curs de epuizare, fără ape active pe contur, cu condiția ca sondele existente să fie perfect etanșe și să asigure conservarea volumului de gaz injectat. În cazul când starea sondelor este bună, presiunea maximă până la care se poate face injecția de gaze este în general presiunea inițială a zăcământului.

Din volumul de gaze depozitate în sezonul călduros se extrage iarna o cantitate astfel determinată, încât perna de gaz inactiv să corespundă unei presiuni, respectiv unei rații de comprimare, economice în faza de injecție. În general, volumul pernei de gaz inactiv este cu (20…50)% mai mare decât volumul de gaz operațional, dar sunt multe cazuri în care aceste cantități ajung să fie egale.

Prin faptul că sunt cunoscute caracteristicile geologice ale zăcământului încă din faza de exploatare naturală, se economisesc importante cheltuieli de cercetare legate de punerea în evidență și conturarea viitorului depozit subteran. Se dispune de asemenea de toate datele necesare realizării viitoarei depozitări, cu privire la porozitatea, permeabilitatea și etanșeitatea stratului colector. În plus, în majoritatea cazurilor se folosesc chiar fostele sonde de exploatare, iar instalațiile de suprafață și conductele colectoare necesită modificări minore și ieftine. În orice caz folosirea zăcămintelor epuizate pentru crearea de depozite subterane de gaze, prezintă avantaje tehnice și economice evidente față de depozitarea în capcane create în straturi acvifere.

Atunci când nu se dispune de zăcăminte epuizate situate în apropierea marilor centre de consum, depozitarea gazelor se poate realiza prin amenajarea unor astfel de rezervoare subterane în structuri acvifere, fie cu boltiri în formă de dom, fie orizontale sau puțin înclinate.

Având evidențiată o structură anticlinală formând o boltire propice amenajării unui rezervor subteran de gaze, este necesar în primul rând să i se delimiteze conturul și să se determine etanșeitatea straturilor superioare și inferioare printr-un număr suficient de sonde de exploatare, judicios amplasate, dintre care cele marginale rămân apoi ca sonde de deversare a apei.

Pentru a putea depozita gazele disponibile în conducta de transport pe perioada de vară, presiunea de injecție trebuie să fie cu (10…20) bar mai mare decât presiunea inițială a apei, debitul de injecție depinzând de comportarea stratului acvifer în procesul curgerii nestaționare, astfel că, în timpul injecției, care se operează prin sondele amplasate pe vârful structurii, se verifică în mod continuu dacă apare apă la sondele marginale ca urmare a unei presiuni prea mari de injecție. În timpul exploatării, respectiv în procesul de extracție a gazelor depozitate, trebuie avut grijă ca perna de gaz inactiv să fie suficient de mare, circa 50% din volumul de gaz injectat, pentru ca sondele de exploatare să rămână mereu în stratul de gaze, evitându-se astfel pătrunderea apelor în zona de drenaj.

În cazul depozitării în acvifere s-a ajuns la concluzia că este preferabil a se depozita gaze în straturi orizontale sau puțin înclinate prezentând un acoperiș argilos etanș decât în structuri boltite în formă de dom care sunt oarecum greu de explorat și de determinat cu precizie. Detectarea și explorarea geologică a straturilor acvifere orizontale este cu mult mai simplă și comportă cheltuieli mai reduse decât în cazul cercetării geologice a capcanelor în formă de dom.

În formațiile acvifere orizontale repartizarea în suprafață a sondelor poate fi făcută după dorință, ceea ce nu mai este valabil în cazul structurilor în formă de dom, unde gazul injectat trebuie să fie depozitat în conturul unei capcane geologice bine determinate.

Asemănător cu depozitele în structuri boltite sub formă de dom, și în cazul straturilor acvifere orizontale volumul de gaz tampon ajunge după câteva cicluri la circa (40…50)% din volumul total injectat, suprafața zonei ocupate de gazul operațional, injectat vara și extras iarna, fiind aproximativ jumătate din suprafața conținând totalitatea gazului injectat în rezervor în timpul creării sale.

Practica a demonstrat că volumul gazului extras și cel al gazului injectat se compensează și că după 4…5 cicluri succesive se ajunge la o stabilitate a stărilor limită a zonei de înmagazinare,mai ales când durata înmagazinării nu depășește un an.

Bineînțeles că în zăcământ gazele devin saturate în vapori de apă corespunzător presiunii și temperaturii din strat. În afară de această umiditate, gazele extrase antrenează cantități de apă liberă care ajung până la ordinul de (200…500) dm3/1.000 m3N, ceea ce necesită instalații de separare și uscare a gazelor, înainte de a fi introduse în conducta de transport.

Un alt aspect este cel referitor la tipul de compresor care va fi utilizat la injecția gazelor în zăcământ. Dintre toate tipurile de compresoare cunoscute, le vom menționa doar pe cele utilizabile la înmagazinarea gazelor. Acestea sunt:

1. Compresoare volumetrice cu piston. La acestea scăderea volumului gazului e realizată de un piston care se deplasează sub acțiunea unui mecanism bielă-manivelă. Caracteristicile compresoarelor volumetrice cu pistoane sunt:

rația de comprimare (în limitele economice ): 1,2 – 3,5 pe treaptă;

pot realiza presiuni mari de refulare;

permit variații ale debitului și presiunii, presiunea de refulare depinzând de

presiunea de aspirație și rația de comprimare;

randamente volumetrice de până la 92 %;

fiabilitate ridicată, domenii de utilizare foarte largi.

2. Compresoare volumetrice rotative. Din categoria compresoarelor volumetrice rotative le vom trata doar pe cele cu palete glisante. Caracteristicile compresoarelor volumetrice rotative cu palete glisante sunt:

creșterea de presiune egală cu maxim 3,5 bar;

debitul variază direct cu viteza relativă de rotație;

alunecarea (scăparea gazelor) este constantă la orice turație și variază cu

rădăcina pătrată a diferenței de presiune dintre aspirație și refulare, cu temperatura și masa specifică a gazelor.

3. Turbocompresoarele centrifuge. Marea majoritate a compresoarelor centrifugale utilizate curent în transportul și stocajul gazelor sunt monoetajate. Caracteristicile turbocompresoarelor centrifugale sunt:

permit realizarea unor rații de comprimare reduse cu randamente ridicate;

consum redus de ulei;

fiabilitate ridicată;

gabarit redus;

insensibilitate la impuritățile din gaze;

reglarea parametrilor prin variația turației;

temperaturi la refulare mai ridicate față de compresoarele cu piston la aceleași rații de comprimare;

debite minime de 4-10 mil. m/zi și presiuni maxime la refulare de 100 bar.;

posibilități de automatizare.

Compresoarele volumetrice rotative cu palete glisante actuale nu pot acoperi rația de comprimare în limitele economice (necesitând un număr prea mare de trepte).

Turbocompresoarele centrifuge moderne se pot încadra în limitele solicitate, doar că nu permit variații ale presiunii și debitului în limite suficient de largi și deci nu se pot utiliza în cazul nostru.

Având în vedere datele de proiectare se constată că se pot utiliza în cazul nostru numai compresoare volumetrice rotative cu piston.

3.2. Caracteristicile zăcământului depletat Bilciurești

Structura Bilciurești este situată din punct de vedere administrativ în județul Dâmbovița și din punct de vedere geografic la cca. 40 km V-NV de București și cca. 30 km S-SV de municipiul Ploiești, iar depozitele de vârstă meoțiană, la adâncimea de 2000 m au pus în evidență un zăcământ de gaze localizat într-un complex nisipos având grosimi de 10 – 18 m.

Din punct de vedere structural, zăcământul meoțian se prezintă sub forma unui monoclin, cu înclinări relativ mici de la sud spre nord. Izobatic, de la valorile cele mai ridicate (1.827 m; 1.828 m) în zona sondelor 55, 124 și 125, monoclinul se afundă treptat spre nord, zăcământul de gaze fiind delimitat în această direcție de o limită inițială gaz/apă, stabilită pe izobata de 1.903 m. Spre vest, sud și est zăcământul este delimitat litologic, prin efilarea completă a colectorului nisipos și înlocuirea lui cu straturi de marne și argile, care constituie ecrane impermeabile. În partea vestică și centrală, flancul nordic al structurii este afectat de o falie de mică amplitudine [6…8) m] orientată aproximativ vest-est, care delimitează totuși o mică parte din suprafața saturată cu gaze a zăcământului.

Săritura mică a faliei nu a imprimat un caracter de etanșeitate acesteia și, în consecință, limita gaz/apă în cele două blocuri a avut aceeași valoare izobatică. După unele opinii, relativa reducere la jumătate a grosimii structurii față de zona centrală pare să indice existența unei tendințe de efilare și de schimbare a faciesului și în această direcție.

În consecință, se poate aprecia că zăcământul Meoțian – Bilciurești este cantonat într-un colector lenticular de mari dimensiuni, constituit dintr-un nisip slab consolidat, cu bobul de la mic la fin, având permeabilități ridicate [(70…300) mD]. Acest colector prezintă grosimi maxime de (16…18) m în zona central-axială, dar există și variații ale grosimii în interiorul suprafeței saturate în gaze.

Rezerva inițială de gaze calculată prin metoda volumetrică (pe baza datelor disponibile la momentul actual, când există un control satisfăcător al parametrilor de calcul), și de bilanț material, are valoarea de 3.235·106 m3.

Principalii parametri fizico-geologici ai zăcământului de gaze sunt următorii:

1. suprafața gazeiferă productivă: 10,76 km2;

2. grosimea medie efectiv saturată în gaze: 7,81 m;

3. volumul brut al rocii colectoare: 84,06 ·106 m3;

4. saturația în gaze inițială: 65 %;

5. permeabilitatea medie: 73,1 mD;

6. volumul de pori inițial saturați în gaze: 13,93·106 m3;

7. presiunea statică inițială: 233 bar;

8. temperatura de zăcământ: 52° C.

Regimul de zăcământ s-a bazat în principal pe destinderea elastică a gazelor și în mai mică măsură pe avansarea apelor extraconturale, însoțit pe perioada exploatării zăcământului (1965…1986) de o reducere relativ mică a volumului de pori saturați în gaze datorate acviferului. Conform datelor obținute pe parcursul exploatării, a avut loc o reducere a volumului de pori saturați de gaze de la 13,93·106 m3, valoarea inițială din 1964, la (12…12,6) ·106 m3 în 1986.

Exploatarea gazelor din zăcământul meoțian a început în octombrie 1962, prin sonda 5, la care s-au adăugat până în 1964 încă nouă sonde. Fondul sondelor la 31 decembrie 1982 cuprindea 10 sonde din care trei (5, 8, 55) erau casate, iar alte trei (54, 57, 58) aveau o situație tehnică necorespunzătoare.

În perioada octombrie 1962 – aprilie 1983, s-au extras 2.676·106 m3 gaze, respectiv 82,7% din rezerva geologică inițială, rezerva rămasă neextrasă în zăcământ fiind de 559·106 m3. Corespunzător cantității de gaze, extrase presiunea statică în zăcământ a scăzut de la 233 bar la 46 bar.

În primăvara anului 1983 a început amenajarea zăcământului ca depozit de înmagazinare subterană a gazelor. Injecția gazelor în zăcământ s-a efectuat prin intermediul stației de comprimare Butimanu având următorii parametrii de lucru:

presiunea maximă de aspirație: (13…14) bar

presiunea de refulare: (80…90) bar

debitul zilnic: (3…3,4)·106 m3N/zi.

Pentru creșterea treptată a capacității depozitului subteran s-a trecut la mărirea gabaritului sondelor, săpându-se încă 54 de sonde de injecție-extracție, realizându-se o amplasare optimă a capacităților de înmagazinare pe suprafața zăcământului. Inundarea progresivă a unor sonde în poziții coborâte pe structură, rezultatele bilanțului material efectuat în ciclurile de înmagazinare – extracție ca și analiza situației paradoxale a unor sonde în poziții ridicate pe structură,care s-au inundat sau au fost găsite inundate la punerea în producție (54, 55, 106, 114, 124, 147, 148, 169) au determinat necesitatea reconsiderării modelului de zăcământ cât și a proprietăților fizico-hidrodinamice a acestuia. Pentru aceasta s-au făcut cercetări cu scopul definitivării modelului geologic, stratigrafic și structural și estimării parametrilor ce se vor folosi în simularea proceselor viitoare de injecție-extracție și proiectarea exploatării. Fondul actual cuprinde 63 de sonde, dintre care:

– 48 constituie capacități în funcțiune;

– 4 sonde (52, 53, 101, 126) au fost abandonate din foraj;

– 11 sonde (114, 124,54, 148, 146,8, 103,5, 132,51) sunt casate sau în curs de casare.

Capacitățile depozitului au crescut, astfel realizând injectarea a 84,5·106 m3 și extrăgând 65,1·106 m3 pe fiecare ciclu atingând o creștere a rezervei în 1998 până la circa 1·109 m3.

Pe parcursul funcționării zăcământului ca depozit de stocare a gazelor, cantitățile de gaze necesare creșterii sau scăderii presiunii de zăcământ cu un bar s-au situat în jurul valorii de 11,4·106 m3.

3.3. Aspecte referitoare la creșterea capacității de înmagazinare a zăcământului Bilciurești

Structura Bilciurești, prin capacitatea de înmagazinare, prin parametrii fizico-geologici și nu în ultimul rând prin poziția sa față de consumatorii din zonă, este cel mai important depozit de stocare a gazelor din România, din perspectiva posibilităților de sporire a cantității de gaze stocate în anotimpul călduros și extrase în anotimpul rece, putând contribui substanțial la acoperirea unor vârfuri de consum superioare posibilităților actuale.

În consecință, s-au analizat toate datele legate de istoricul de exploatare și al exploatării zăcământului ca depozit de înmagazinare subterană, precum și datele obținute prin cercetarea hidrodinamică a zăcământului, evaluându-se posibilitățile tehnice, investițiile și măsurile tehnologice necesare pentru creșterea capacității de înmagazinare-extracție.

Injecția gazelor în zăcământ se realizează prin intermediul conductelor colectoare existente în schela care asigură repartizarea debitului total la grupurile de instalații tehnologice. De la grupurile tehnologice respective, trecând prin instalația tehnologică a fiecărei sonde, gazele sunt dirijate la capetele de erupție (injecție), de unde prin fiecare sondă gazele sunt injectate în zăcământ. În perioada ciclului de înmagazinare,când se trece la funcționarea sondelor în regim de extracție, gazele parcurg drumul invers până la conducta colectoare de total, de unde gazele extrase sunt dirijate către conducta de transport din rețeaua națională existentă.

Deoarece la calculele inițiale de proiectare s-au avut în vedere eventualele creșteri accidentale ale presiunii în instalația de suprafață precum și posibilitatea necesității măririi capacității de înmagazinare a zăcământului, conductele colectoare și instalațiile de suprafață corespund presiunii de lucru de 80 bar.

În concluzie se poate mări presiunea de injecție până la un nivel de 80 bar, fără a schimba instalațiile de suprafață. Singura problemă care apare este de mărire a capacității de transport a conductei care face legătura între stația de comprimare și colectoarele instalațiilor de suprafață.

Având în vedere că presiunea maximă de înmagazinare este limitată la 80 bar de instalațiile tehnologice de suprafață,vom căuta să stabilim limita maximă a debitului de înmagazinare permis de această presiune maximă impusă pe baza datelor fizico-geologice și de cercetare deja cunoscute din perioada exploatării zăcământului cât și din perioada amenajării sale ca depozit subteran.

Cunoscând faptul că presiunea de injecție pornește la începutul ciclului de la 45 bar și ajunge la sfârșitul perioadei la 80 bar, precum și faptul că unei creșteri a presiunii de zăcământ cu un bar îi corespunde o cantitate de gaze de 11,4·106 m3 se poate determina cumulativul de gaze destinat injecției cu formula:

în care: pf = 80 bar este presiunea la sfârșitul înmagazinării; pi = 45 bar – presiunea la începutul înmagazinării; GI = 11,4·106 m3/bar – cantitatea de gaze necesară creșterii presiunii de zăcământ cu un bar.

Rezultă astfel G = 406·106 m3.

Considerând perioada ciclului de înmagazinare corespunzătoare injecției de gaze ca fiind de 150 zile, putem determina debitul de gaze injectat cu formula:

unde nz = 150 este perioada de injecție. Rezultă: Qinj = 2,71·106 m3/zi.

Presiunea de injecție se poate mări de la valoarea inițială de 60 bar, aceasta fiind limitată de presiunea maximă suportată de instalațiile tehnologice de suprafață și nu de presiunea maximă posibilă de realizat la înmagazinarea în zăcământ, presiunea maximă care este de 233 bar. Aceasta e condiționată de presiunea inițială de zăcământ care nu se recomandă a fi depășită decât în cazul în care structura este foarte bine cunoscută și nu există pericolul pierderii unor cantități de gaze în formațiuni învecinate necunoscute de unde nu s-ar mai putea recupera.

În urma considerațiilor anterioare se poate aprecia că mărirea capacitații de stocare a zăcământului de la Bilciurești se poate realiza într-o primă etapă prin mărirea debitelor destinate stocajului de la (27.000…42.000) m3N/zi, la (2…3)·106 m3N/zi, pe baza creșterii presiunii de injecție de la (45…60) bar la (50…80) bar, ceea ce va conduce la posibilitatea de mărire a aportului de gaze necesare consumului în perioadele de vârf de consum de la 84,5·106 m3N, la 406,8·106 m3N pe ciclu de înmagazinare.

Se apreciază că acest spor al rezervei de gaze va contribui în mod substanțial la acoperirea decalajelor dintre disponibilul de gaze și solicitările de consum existente în zona București-Ploiești.

De asemenea, zăcământul permite o mărire și mai accentuată a capacității de înmagazinare prin mărirea presiunii de injecție și implicit a debitelor, însă aceasta implică investiții suplimentare pentru înlocuirea instalațiilor de suprafață și a conductelor colectoare corespunzătoare noilor presiuni și debite precum și lucrări de consolidare a sondelor de gaze în dreptul stratului productiv pentru a suporta presiunile superioare și nu în ultimul rând un consum suplimentar de energie pentru comprimarea debitului de gaze destinat injecției.

Pentru a putea realiza această mărire a capacității de înmagazinare a zăcământului de la Bilciurești, se impune extinderea capacității actuale de comprimare a gazelor, în vederea injectării acestora la noii parametrii de funcționare, respectiv debite și presiuni superioare celor realizate în momentul de față cu cele 3 agregate C 160 existente în stația de comprimare de la Butimanu. Pentru aceasta vor trebui studiate cu atenție și analizate posibilitățile de amplasare a noilor capacități de comprimare, astfel încât să fie satisfăcute atât dezideratele de ordin tehnic în condițiile optime, cât și condițiile de economicitate pentru realizarea obiectivului cu cheltuieli cât mai reduse.

Cel mai probabil amplasament este însă lângă stația de comprimare existentă la Butimanu datorită multitudinii de facilități existente acolo printre care amintim:

distanța mică față de magistrala Transilvania-București care asigură o presiune suficientă și implicit un consum redus de putere necesară comprimării;

locația se află la 8 km față de zăcământul destinat stocajului;

posibilitatea asigurării tuturor utilităților necesare stației;

posibilitatea asigurării alimentării stației cu energie electrică precum și cu apa necesară sistemului de răcire;

posibilitatea asigurării căilor de comunicație și acces care au deservit stația precedentă.

Datorită acestor considerente, amplasarea stației de comprimare în zona Butimanu prin extinderea vechii stații care a funcționat până acum prezintă suficiente avantaje, atât tehnice cât și economice datorită reducerii substanțiale a cheltuielilor prin reutilizarea vechilor dotări cu care a fost prevăzută stația anterioară.

3.4. Pregătirea gazelor pentru transport

Un zăcământ de gaze constă dintr-o alternanță de straturi permeabile, care alcătuiesc roca colectoare, în ai cărei pori se înmagazinează gazele naturale, și roca impermeabilă, formată din argile marnoase, compacte, care formează elementul izolant. Canalele care leagă porii între ei și roca magazin, au în general, dimensiuni capilare și subcapilare.

Dimensiunile canalelor de pori din rocile colectoare determină modul în care au loc fenomenele de filtrare a gazelor spre gaura de sondă. Datorită forțelor capilare, curgerea apei prin spațiile capilare nu se produce decât la diferențe de presiune relativ mari, în timp ce mișcarea apei prin canalele subcapilare nu are loc, din cauza forțelor superficiale mari.

Fenomenele capilare determine umplerea cu apa a canalelor subțiri dintre particulele rocilor, formându-se pelicule care înconjoară granulele de rocă, chiar și în zonele situate în central structurilor gazeifere.

Din aceste cauze, gazele care umplu canalele de marimi capilare și subcapilare ale rocilor colectoare și care se află în contact permanent cu apă din spațiile subcapilare, trebuie considerate ca fiind saturate cu vapori de apă, în condițiile de presiune și de temperatură din zăcământ.

În condițiile țării noastre, valoarea presiunii inițiate a unui strat gazeifer crește aproximativ liniar cu adâncimea contactului apă-gaze, față de un anumit nivel de referință. Gradientul presiunii inițiate în raport cu adâncimea poate fi considerat egal cu 0.1 bar/m, iar valoarea temperaturii din zăcăminte, crește, de asemenea, liniar cu adâncimea. În timpul procesului de exploatare a unui strat gazeifer, valoarea presiunii de zăcământ scade continuu, proporțional cu micșorarea rezervei de gaze. În timp ce mișcarea în strat a gazelor poate fi considerată izotermă, curgerea prin țevile de extracție este însoțită de scăderea temperaturii. Rezultă că în mișcarea ascendentă a gazelor prin țevile de extracție, o parte din apa de saturație conținută de gaz devine liberă și deci sonda va debita și o cantitate de apă liberă. Această apă provoacă mari dificultăți în exploatare.

În cazul zăcământului depletat de gaze Bilciurești pregătirea în vederea transportului se face prin separarea mecanică a impurităților, cu ajutorul unor separatoare și acumulatoare îngropate, montate pe conductele de aducțiune ale sondelor, la grupurile de sonde, pe traseul grupurilor colectoare din schelă, în locurile mai coborâte, precum și prin tratarea cu ajutorul stațiilor de uscare prin absorbție, având TEG ca material absorbant.

Raportul dintre greutatea vaporilor de apă dintr-un m3 de gaz umed și greutatea maximă posibilă a apei pe care o poate conține gazul la presiune și temperatură date, se numește umiditatea relativă a gazului.

Umiditatea U a gazului, sau conținutul de umiditate, este greutatea apei conținută de un kilogram de gaz umed. Când se răcește un gaz umed, umiditatea sa poate ajunge la saturație, iar dacă se va continua răcirea, vaporii vor condensa, umiditatea micșorându-se în continuare.

Temperatura la care gazul cu un conținut de umiditate constant și la o presiune dată, devine saturat cu vapori, prin răcire, se numește punct de rouă. Cunoașterea relațiilor fizico-chimice care determină comportarea sistemelor hidrocarburi-apă ajută la rezolvarea problemelor ridicate de umiditate și oferă posibilitatea controlului acesteia.

Criohidrații sunt compuși instabili care se formează în anumite condiții de temperatură și presiune și sunt influențați în formarea lor de o serie de factori ca: turbulența curgerii, laminarea, prezența fracțiilor grele (C2 ,C3, …), temperaturi scăzute etc., dar se și descompun repede cu scăderea presiunii și creșterea temperaturii sau prin folosirea unui inhibitor ca de exemplu metanolul.

Capitolul 4

CALCULUL DE DIMENSIONARE A SISTEMULUI

Sistemul de alimentare suplimentară cu gaze a municipiului București care constituie obiectul proiectului de diplomă conduce la analizarea următoarelor aspecte:

1. Înmagazinarea gazelor naturale în zăcământul depletat de la Bilciurești în perioada aprilie-octombrie astfel încât la 15 octombrie să existe un disponibil de 2,5·106 m3N gaze (nu face obiectul proiectului).

2. Vehicularea zilnică pe parcursul a 10 ore a cantității de 2,5·106 m3N gaze până la București (procesul de transport prin conducta magistrală). 3. Înmagazinarea zilnică a cantității de gaze transportate într-un acumulator inelar realizat din țevi de conductă pe parcursul a 10 ore (procesul de acumulare a gazelor în conducta inelară).

4. Livrarea zilnică a cantității acumulate în rețeaua de distribuție a orașului București (procesul de golire a conductei inelare).

Concluzionând, putem spune că:

1. Procesul de transport al gazelor de la Bilciurești la București este considerat a fi staționar.

2. Procesele de acumulare și respectiv golire a acumulatorului inelar sunt considerate a fi nestaționare (tranzitorii).

4.1. Modelarea mișcărilor staționară și nestaționară

4.1.1. Modelarea matematică a mișcării staționare

Ecuația de mișcare a gazelor printr-o conductă ce funcționează în regim staționar este:

(4.1)

Această ecuație se mai poate scrie:

(4.2)

Integrând în lungul conductei, se observă că primul termen poate fi neglijat în comparație cu ceilalți doi, astfel încât se poate considera că ecuația de mișcare a gazelor în regim staționar este:

(4.3)

sau, punând în evidență debitul masic specific de gaze m = v = constant, avem:

(4.4)

Pentru eliminarea densității vom apela la ecuația de stare a gazelor reale:

(4.5)

în care mărimile ce intervin au semnificațiile cunoscute. Ecuația de mișcare devine acum: (4.6)

Acceptând pentru factorul de abatere o valoare medie Zm și ținând seama de expresia debitului de gaze în condiții normale transportat prin conductă:

(4.7)

integrarea ecuației (4.4) conduce la:

(4.8)

Introducând densitatea relativă a gazelor față de aer prin expresia raportului dintre constantele respective, adică:

(4.9)

rezultă expresia debitului:

(4.10)

unde constanta K are expresia:

(4.11)

Dacă se ține seama de valoarea constantei aerului Ra = 287,041 J/(kg·K) și se consideră valorile:

(4.12)

rezultă constanta pentru calculul debitului în condiții normale QN:

. (4.13)

Dacă se consideră valorile:

(4.14)

rezultă constanta pentru calculul debitului în condiții standard Qs:

(4.15)

4.1.2. Modelarea matematică a mișcării nestaționare

A. Modelul matematic în cazul general

Curgerea izotermă a gazelor prin conducte lungi în cazul în care parametrii gazodinamici prezintă variații lente, este descrisă matematic de sistemul de ecuații diferențiale cu derivate parțiale:

(4.16)

(4.17)

în care: p(x,t) este presiunea gazului într-o secțiune a conductei la distanța x de capătul inițial și la momentul t; Q(x,t) – debitul masic în aceeași secțiune și la același moment; a, b – constante date de expresiile:

(4.18)

unde: R este constanta gazului, T – temperatura gazului, Z – factorul de abatere, presupus constant, iar – coeficientul de pierdere de sarcină, dat de relația:

(4.19)

unde d este diametrul interior al conductei, iar k – rugozitatea peretelui interior al acesteia. Eliminând funcția Q(x,t) din sistem și introducând funcția de presiune prin:

(4.20)

se obține ecuația:

(4.21)

a cărei soluție, cu o condiție inițială și condiții la limită date, reprezintă variația pătratului presiunii P(x,t) în lungul conductei și în timp. Evident că repartiția presiunii se va putea obține imediat, din (4.20), .

Considerând că regimul nestaționar a fost precedat de unul staționar în care presiunea gazelor din conductă corespunzătoare acestui regim este:

(4.22)

unde p1 este presiunea gazelor la intrarea în conductă, iar Q0 este debitul de gaze transportat în regim staționar, sau:

(4.22’)

unde p2 este presiunea gazelor la ieșirea din conductă, iar l este lungimea conductei. Condiția inițială a problemei va fi:

(4.22”)

Condițiile la limită sunt impuse de faptul că presiunea în capătul inițial se menține tot timpul constantă:

(4.23)

precum și de faptul că din domeniul apariției regimului nestaționar, debitul din capătul final are valoarea Ql, diferită de cea corespunzătoare regimului staționar precedent. În conformitate cu ecuația (4.16), această condiție se scrie:

(4.24)

Ecuațiile presiunii (4.21) împreună cu condițiile (4.22), (4.23), și (4.24) constituie modelul matematic al fenomenelor nestaționare ce însoțesc curgerea gazelor prin conducte în cazul general.

B. Modelul matematic pentru conducta inelară

În cazul conductelor inelare ce deservesc prin capacitatea lor de înmagazinare rețelele de distribuție ale marilor orașe, tot ecuația (4.21) modelează matematic variația presiunii în lungul acestora. Aici sunt posibile însă două condiții inițiale în funcție de modul de exploatare al acestora. Astfel, în faza de acumulare presiunea inițială este constantă și are valoarea:

(4.25.a)

unde p2 este valoarea presiunii gazului rămas în inel.

În faza de serviciu presiunea inițială este considerată constantă și are valoarea:

(4.25.b)

unde p1 este valoarea presiunii gazului acumulat în inel.

Condițiile la limită specifice conductelor inelare sunt impuse de faptul că în faza de umplere presiunea în capătul inițial se menține tot timpul constantă la valoarea p1:

(4.26.a)

iar în faza de serviciu presiunea în capătul inițial se menține tot timpul constantă la valoarea p2:

(4.26.b)

precum și de faptul că din momentul apariției regimului nestaționar, debitul din capătul final are valoarea 0, impus de faptul că acolo gazul stă pe loc. În conformitate cu prima din ecuațiile sistemului (4.16), această condiție se scrie:

(4.27)

Ecuațiile presiunii (4.21) împreună cu condițiile (4.25.a), (4.25.b) (4.26.a), (4.26.b) și (4.27) constituie modelul matematic al fenomenelor nestaționare ce însoțesc curgerea gazelor prin conducte inelare.

O soluție analitică a acestui model nu se poate da deoarece ecuația (4.21) este neliniară. Vom apela deci la o metodă numerică pentru a obține o soluție aproximativă pentru funcția P(x,t) cu ajutorul unui calculator. Metoda numerică preconizată pentru rezolvarea ecuației (4.21) este frecvent folosită deoarece este stabilă și rapid convergentă.

C. Modelul numeric

Pentru rezolvarea numerică a ecuației presiunii (4.21) vom transforma domeniul continuu C: 0 < x < L, 0 < t < T, în domeniul discret Dij: xj = i h, tj = j , i = 1, 2, …, n, n+1, j = 1, 2, …, m, unde i este indicele spațial, h – pasul spațial, n – numărul de pași spațiali, j – indicele temporal, – pasul temporal, m – numărul de pași temporali. În acest fel, în locul valorilor exacte ale presiunii pătratului presiunii P(x,t), vom considera valorile aproximative discrete .

Apelând la o schemă de calcul cu diferențe finite de tipul implicit Hymann–Kaplan, cunoscută ca necondiționat stabilă și absolut convergentă, definită prin:

(4.28.a)

(4.28.b)

(4.28.c)

(4.28.d)

(4.28.e)

ecuația (4.21) se transformă în:

(4.29)

sau

(4.30)

unde

(4.31)

(4.32)

Schema (4.30) se poate scrie:

(4.33)

sau

(4.34)

unde

(4.35)

pentru i = 2… n–1. Condiția inițială (4.22) se scrie acum:

(4.36)

iar condițiile la limită se scriu:

(4.37)

(4.38)

(4.39)

Relațiile (4.37), (4.38) și (4.39) completează sistemul generat de schema (4.35), permițând astfel calculul repartițiilor presiunii adimensionale pentru j = 1… m și respectiv i = 1… n.

Pentru rezolvarea sistemului implicit de ecuații algebrice liniare generat de schema (4.35), completată cu ecuațiile (4.37), (4.38) și (4.39) vom nota cu P0(i) repartiția pătratului presiunii corespunzătoare momentului cunoscut, j, , și cu P(i) repartiția corespunzătoare momentului necunoscut, j+1, adică .

Cele două soluții aproximative ce se obțin succesiv prin rezolvarea sistemului algebric generat de schema de calcul adoptată vor fi notate cu P1(i) pentru prima aproximație și respectiv P2(i) și P3(i) pentru următoarele două aproximații.

În continuare vom defini funcția ajutătoare A(x), cu ajutorul căreia putem calcula seturile de valori ale factorului A generat de schemă, astfel:

(4.40)

pentru i = 2… n, corespunzătoare repartițiilor presiunii reduse la momentele impuse de derularea calculului. Astfel, pentru lansarea calculului iterativ, vom pune x(i) = P0(i), cu care se obține primul set de valori aproximative ale presiunii P1(i)

Pentru obținerea celui de-al doilea set de valori aproximative P2(i) vom pune x(i) = P1(i) și în fine pentru obținerea celui de-al treilea set de valori aproximative P1(i) vom pune x(i) = P2(i), între acestea din urmă făcându-se comparația impusă de procedeul iterativ.

Se pot calcula astfel valorile expresiilor (x) și (x) corespunzătoare celor trei seturi de valori ale repartițiilor presiunii, respectiv:

(4.41.a)

(4.41.b)

pentru i = 2… n–1.

Evident condițiile (4.37), (4.38) și (4.39) se scriu astfel:

(4.42)

(4.43)

(4.44)

Schema de calcul (4.35) devine acum:

(4.45)

Împreună cu condițiile (4.37), (4.38) și (4.39) aceasta generează următorul sistem de ecuații:

(4.46)

Sistemul algebric rezultat având matricea coeficienților de tip Jacobi tridiagonală poate fi rezolvat apelându-se la procedeul Tomas.

4.2. Calculul hidraulic al conductelor

4.2.1. Date de proiectare

Consumul de gaze combustibile al municipiului București are caracterul variabil clasic, ce caracterizează marile orașe moderne, adică prezentând aluri oscilante cu minime și maxime orare, cuprinse între o alură minimă din timpul verii și o alură maximă din timpul iernii.

Deficitul zilnic de gaze „realizat” de municipiul București în iarna anului 2006 a fost de 2,5·106 m3N. Considerând o creștere totală de circa 30 % pentru următorii 10 ani, conform politicii actuale de asigurare cu gaze a populației din zonă, rezultă un deficit zilnic „programat” de 3,25·106 m3N.

Se preconizează ca acest deficit să fie acoperit din zăcământul depletat Bilciurești, în care se poate înmagazina în timpul verii cantitatea dorită și extrage prin sonde în timpul iernii.

Transportul acestei cantități se va face printr-o conductă în lungime de cca. 40 km care va debita gazele într-un rezervor inelar tubular care înconjoară inelul periferic al rețelei de distribuție a orașului București.

Regimul de presiuni la care va funcționa sistemul este definit de funcția de acumulare a rezervorului inelar astfel că presiunea la intrarea gazelor în conductă este 42 bar, presiunea din capătul final al conductei, respectiv la intrarea în rezervorul inelar trebuie să fie 35 bar, pentru asigurarea înmagazinării cantității dorite de gaze.

Datele de proiectare ale sistemului sunt următoarele:

Q = 250.000 m3N/h sau QN = 69,4 m3N /s – debitul de calcul;

l = 43 km – lungimea de calcul a conductei;

p1 = 42 bar – presiunea gazelor la intrarea în conductă;

P2 = 35 bar – presiunea gazelor la ieșirea din conductă, respectiv la intrarea în rezervorul tubular inelar;

= 0,554 – densitatea relativă a gazelor față de aer;

T = 275 K – temperatura medie a gazelor.

4.2.2. Calculul de dimensionare a conductei de aducțiune

Deși conductele de gaze funcționează frecvent în regim nestaționar, calculul de dimensionare se efectuează în ipoteza regimului staționar de mișcare a gazelor.

Ecuația debitului de gaze transportate în regim staționar se scrie:

(4.47)

unde: QN – debitul de gaze în condiții normale, p1, p2 – valorile presiunii la capetele conductei, d – diametrul interior al conductei, Z – factorul mediu de compresibilitate, T – temperatura medie a gazelor transportate, – coeficientul de rezistență hidraulică, – densitatea relativă a gazelor, l – lungimea conductei de aducțiune.

Relația (4.47) se folosește pentru calculul capacității de transport a conductei cunoscând geometria acesteia precum și regimul de funcționare.

Pentru calculul de dimensionare, relația de mai sus nu poate fi utilizată deoarece nu se cunoaște diametrul conductei deci nici rugozitatea acesteia și prin urmare nu se poate calcula . Se acceptă relația lui Weymouth:

(4.48)

care, introdusă în relația inițială, conduce la:

(4.49)

de unde rezultă:

(4.50)

în care: QN = 69,4 m3N/s, T = 275 K, Δ = 0,544, l = 43.000 m, p1 = Pa, p2 = Pa.

Pentru calculul factorului mediu de abatere a gazelor de la modelul de gaz perfect folosim relația lui Berthelot:

(4.51)

folosind parametrii reduși:

unde: Tc = 191 K este temperatura critică a metanului (cu care sunt asimilate gazele naturale din zăcământul Bilciurești), pc = 46,50 bar este presiunea absolută critică a metanului, iar pm – presiunea absolută medie a gazelor din conductă, dată de:

(4.52)

Rezultă valorile parametrilor reduși: Tr = 1,44; pr = 0,830, din care rezultă Z = 0,923, obținându-se valoarea: d = 0,529 m. Conform SR-EN 10208/2 (Anexa 3) alegem țeava Dn 600 mm având diametrul exterior de = 610 mm.

4.2.3. Calculul acumulatorului inelar

Acest calcul este special pentru că se bazează pe geometria „statică” a conductei ce materializează acumulatorul inelar de gaze și nu cea dinamică, suport al mișcării gazelor.

Capacitatea de acumulare a conductei inelare este dată de relația:

(4.53)

unde: d este diametrul conductei inelare, l = 120.000 m – lungimea conductei inelare, pN = 1 bar, presiunea normală a gazelor, p – diferența presiunilor între care au loc cele două procese, de acumulare și respectiv golire, adică p = pM – pm, unde pM = 33 bar este presiunea maximă a gazelor în conducta de acumulare, iar pm = 8 bar – presiunea minimă a gazelor la ieșirea din conductă.

Luând în considerare formula (4.53) vom calcula diametrul acumulatorului astfel

(4.54)

în care: Q = 2.500.000 m3N este capacitatea de acumulare a conductei inelare, l = 120.000 m –lungimea conductei inelare, iar p = 25 bar.

Rezultă diametrul conductei din care se confecționează acumulatorul inelar: d = 1,061 m. Conform SR-EN 10208/2 alegem țeava Dn 1100 mm având de =1.118 mm

4.3. Calculul de rezistență al conductelor

Solicitările exercitate asupra conductelor, în funcție de natura și efectele lor, pot fi:

permanente;

temporare;

excepționale.

Solicitări permanente sunt:

greutatea proprie a conductei;

presiunea interioară;

presiunea exterioară a solului.

Solicitări temporare sunt:

încărcările exterioare la traversările aeriene datorită greutății zăpezii, a chiciurii, presiunii vântului, etc.;

încărcările exterioare la conductele subterane datorită greutății mijloacelor de transport;

probele de presiune;

dilatarea sau contracția conductei datorită temperaturilor inegale existente pe anumite porțiuni.

Solicitări excepționale sunt:

datorate mișcărilor seismice;

datorate inundațiilor;

încărcări cu caracter de șoc.

La stabilirea încărcărilor exterioare ce acționează asupra conductelor și asupra elementelor de construcții ce le susțin se respectă standardele și legislația în vigoare. Tensiunea maximă rezultată din calculul conductelor la solicitări compuse nu trebuie să depășească tensiunea admisibilă corespunzătoare încadrării în clasa de locație.

Tensiunea admisibilă a se calculează cu relația:

(4.55)

unde: c = 414 N/mm2 este limita de curgere a materialului, S – coeficientul de siguranță, în funcție de clasa de locație și are următoarele valori:

– 2 pentru clasa I de locație;

– 1,67 pentru clasa a II-a de locație.

Calculul grosimii de perete a conductei se face cu formula:

(4.56)

unde: gt este grosimea teoretică de perete, în mm, pr max – presiunea maximă de exploatare (50 bar pentru conductă și 40 bar pentru acumulator), de – diametrul exterior al țevii, în mm, – coeficientul de calitate al îmbinării sudate, poate avea valorile următoare:

– 1 pentru țeavă trasă;

– 0,9 pentru țeavă sudată longitudinal;

– 0,8 pentru țeavă sudată elicoidal.

a – tensiunea admisibilă a materialului țevii, în N/mm2,

(4.57)

unde: g este grosimea finală de perete, în mm, iar a – adaos la grosimea peretelui [mm], calculat astfel:

(4.58)

unde: a1 este grosimea suplimentară care se adaugă la peretele conductei susceptibile de a se subția prin coroziune și eroziune interioară (a1 = 0 pentru conductele care transportă gaze considerate mediu neutru, iar a2 – grosime suplimentară, care se adaugă la peretele conductei, egală cu abaterea inferioară în valoare absolută la grosimea peretelui, în conformitate cu standardul sau norma de fabricație a țevii.

Pentru țevi având gt < 10 mm, = 0,5 mm, iar dacă 10 < gt < 20, a2 = 5% gt.

4.3.1. Conducta de aducțiune

Pentru clasa a II-a de locație grosimea de perete este:

Grosimea de perete finală este:

Conform SR-EN 10208/2 alegem g = 8,8 mm.

Pentru clasa a I-a de locație grosimea de perete este:

grosimea de perete finală este:

și, conform SR-EN 10208/2, alegem g = 10 mm

4.3.2. Conducta rezervorului inelar

Pentru clasa a II-a de locație grosimea de perete este:

grosimea de perete finală este:

deci, conform SR-EN 10208/2, alegem g = 12,5 mm.

Pentru clasa a I-a de locație grosimea de perete este:

grosimea de perete finală este:

și, conform SR-EN 10208/2, alegem g = 14,5 mm.

4.4. Calculul capacității reale de transport și înmagazinare

Calculul capacității reale de transport a conductei alese se bazează pe determinarea corectă a coeficientului . Pentru calcularea coeficientului de frecare se calculează numărul Re cu relația:

(4.59)

și rezultă valoarea:

Datorită faptului că este conductă nouă are rugozitatea peretelui interior k = 0,2 mm, deci rugozitatea relativă este:

Din grafic (Anexa 4) rezultă că valoarea coeficientului de frecare este: = 0,0152.

Cu această valoare a lui , capacitatea de transport reală a conductei de aducțiune dată de (4.47) este de:

adică:

Capacitatea reală de stocare a acumulatorului inelar proiectat conform formulei (4.53) este: Q = 2.815.000 .

Capitolul 5

EXECUȚIA SISTEMULUI DE TRANSPORT PROIECTAT

5.1. Alegerea traseului

Conductele se montează subteran sub zona de îngheț, la adâncimi minime de 1 m până la generatoarea superioară a acestora, pe trasee convenabil alese astfel încât să fie supuse la cât mai puține restricții din partea terenului, instalațiilor și/sau obiectivelor existente sau viitoare amplasate în vecinătatea conductei.

Totalitatea condițiilor locale de teren și a posibilităților de acces pentru întreținere și reparații, în conformitate cu STAS 8281 formează „clasa de locație” a unui traseu de conductă. Unitatea de clasă de locație reprezintă suprafața de teren care se întinde pe o lățime de 200 m de fiecare parte a axei unei conducte cu o lungime continuă de 1,6 km. Clasele de locație pentru proiectarea, execuția și verificarea conductelor de transport de gaze naturale sunt definite după cum urmează:

Clasa I de locație este orice unitate de clasă de locație în care sunt amplasate între 10 și 46 clădiri sau o suprafață în care conducta este poziționată la mai puțin de 100 m de o clădire sau de un spațiu exterior cu o suprafață bine definită ( teren de joacă, zonă de recreere, teatru de vară, sau alt loc public) care este ocupat de 20 sau mai multe persoane, cel puțin 5 zile pe săptămână, timp de 10 săptămâni, în orice perioadă de 12 luni. Coeficientul de siguranță corespunzător clasei I de locație este S = 2;

Clasa II de locație este orice unitate de clasă de locație în care sunt amplasate un număr de clădiri cuprins între 1 și 10 inclusiv. Coeficientul de siguranță corespunzător clasei II de locație este S = 1, 67.

Planul unei unități de clasă de locație este prezentat în Anexa 5.

Zona de protecție și zona de siguranță se stabilesc de ambele părți ale axei conductelor de transport gaze naturale. Zona de protecție pentru conductele de transport gaze naturale este definită în tabelul 5.1.

În zona de protecție sunt interzise construirea de clădiri, amplasarea de depozite sau magazii, plantarea de arbori și nu se angajează activități de natură a periclita integritatea conductei. Zona de siguranță include zona de protecție și se întinde pentru conductele de transport gaze naturale de regulă, pe 200 m de fiecare parte a axei conductei.

Un plan al zonei de protecție și al zonei de siguranță este prezentat în Anexa 6.

Paralelismele, încrucișările subterane și supraterane cu alte conducte de gaze sau alte obiective trebuie să respecte următoarele:

Distanța dintre două conducte subterane de gaze, montate simultan în paralel, se recomandă să fie de cel puțin 500 mm între generatoarele învecinate ale conductelor, respectiv distanța B dintre axele conductelor:

(5.1)

unde: D1, D2 sunt diametrele exterioare ale țevilor izolate, înmm.

La montajul subteran al unei conducte noi paralelă cu alta existentă, distanța minimă trebuie să fie de B = 500 mm;

Traversările aeriene și armăturile conductelor de gaze vor fi la distanța minimă de 1,5H, dar nu mai puțin de 20 m față de liniile electrice aeriene și de 10 m pentru liniile de joasă tensiune (unde H este înălțimea stâlpului deasupra solului);

Conductele subterane trebuie să respecte față de cea mai apropiată fundație sau priză de legare la pământ a unui stâlp LEA o distanță egală cu înălțimea stâlpului deasupra solului. Această distanță poate fi redusă până la 5 m;

Între o conductă subterană de gaze și orice canalizație sau conductă subterană cu altă destinație decât cea pentru gaze, montată în paralel sau în apropiere, se recomandă păstrarea unei distanțe de minim 5 m pe orizontală;

Conductele subterane de gaze traversează pe deasupra celelalte canalizații sau conducte subterane cu altă destinație decât cea pentru gaze;

În zona de intersecție (5 m de fiecare parte a conductei de gaze) canalizația (cabluri electrice, telecomunicații, etc.), respectiv conducta cu altă destinație decât cea pentru gaze, trebuie să fie metalică sau îmbrăcată în tub de protecție metalic;

În cazul când traversarea se face pe deasupra, conducta de gaz se va monta în tub de protecție care va depăși câte 5 m într-o parte și alta canalizația traversată. Tubul de protecție a conductei de gaze trebuie să aibă asigurată evacuarea în atmosferă a eventualelor scăpări de gaze.

Distanțele de siguranță între conductele de gaze și diferite obiective învecinate sunt prezentate în Anexa 9.

După stabilirea punctului inițial și final al conductei magistrale se stabilește traseul care trebuie să satisfacă următoarele condiții:

să fie cât mai scurt;

să aibă un profil longitudinal cu diferențe de nivel cât mai mici;

să fie amplasat în extravilanul localităților;

să fie în teren stabil și rezistent;

să fie amplasat în vecinătatea căilor de acces;

să evite zonele vecine aeroporturilor, poligoanelor de tragere, minelor, etc.;

să evite paralelismul cu instalații electrice de orice tip;

la stabilirea traseului conductei se au în vedere posibilele efecte asupra mediului.

Un alt aspect în alegerea traseului conductei este traversarea unor obstacole cum ar fi râurile și căile de comunicație. Traversarea acestor obstacole se poate face în două modalități.

1. Traversări subterane

Traversările râurilor se execută de regulă în acele amplasamente unde se asigură o îngropare a conductelor de cel puțin 0,5 m sub zona de afluență–eroziune a albiei și minim 1 m sub cota cea mai joasă a talvegului (distanța considerată de la generatoarea superioara a conductei lestate).

Materialul tubular care se alege pentru traversări subterane trebuie să aibă o mare alungire care să-i permită o adaptare la variațiile geometriei albiei fără a se rupe. Țevile pentru traversări subterane vor fi trase cu perete gros, izolația anticorosivă va fi foarte întărită, având și o înfășurare de protecție suplimentară. Peste această izolație se realizează un înveliș continuu de beton armat sau rosturi de beton armat care trebuie să asigure flotabilitatea negativă cel puțin egală cu 20 % din greutatea volumului de lichid dezlocuit. Toate sudurile vor fi verificate prin metode nedistructive.

Tronsoanele subtraversării se formează pe maluri, se montează pe căi de lansare și se trag în șanț. De regulă, o subtraversare de apă se realizează cu mai multe fire de diametru mai redus decât conducta propriu-zisă dar cu secțiune totală echivalentă, montare în același șanț sau în șanțuri diferite, acestea din motive de lestare și siguranță. Firele subtraversării se interconectează cu conducta propriu-zisă de regulă prin robineți de secționare.

Apele stătătoare se pot traversa subteran cu conducta de gaze asigurându-se o flotabilitate negativă de cel puțin 10% din volumul de lichid dezlocuit.

Calculul subtraversărilor de ape se face prin proiectele de specialitate și în general fiecare conține un caz aparte și formează obiectul unei documentații specifice.

Traversările căilor de comunicație se fac în tuburi de protecție dotate cu răsuflători la ambele capete și cu robineți de secționare. În tabelul 5.2 se redă corespondența între diametrul țevii D și diametrul tubului de protecție Dt.

Diametrul tubului de protecție trebuie să depășească cu minim 100 mm diametrul țevii conductei cu izolație exterioară.

Spațiul între conductă și tubul de protecție se etanșează cu ajutorul unor capete elastice și se va evita scurtcircuitarea electrică între tubul de protecție și conductă.

Legarea la pământ a conductei și a tubului de protecție se realizează numai la subtraversări de căi ferate electrificate sau care se prevăd a se electrifica.

În Anexa 10 se poate vedea schema unei subtraversări a unui drum județean.

O metodă modernă de subtraversare presupune efectuarea unui tunel, prin care urmează mai apoi să se treacă conducta.

Subtraversarea prin foraj orizontal se poate face prin metode hidraulice și mecanice (doar la subtraversarea căilor de comunicație terestre).

a) Metodele mecanice presupun existența unui sistem de propulsie dinamică a unui piston greu antrenat de aerul furnizat de un compresor de aer, care lovește ritmic, cu putere solul. Pistonul execută o mișcare de “du-te-vino”, având o frecvență de 2 loviri/secundă.

b) Metoda forajului orizontal direcțional constă în construirea hidraulică a unei găuri de trecere a conductei. Se sapă o gaură pilot cu diametru mic utilizând un ansamblu de direcționare cu motor de fund sau numai cu sapă cu jet urmărindu-se un profil teoretic prestabilit. După forarea a cca. 80 m cu garnitura pilot, se introduce pe la exteriorul acesteia, concentric garnitura de lărgire (sau de spălare) și se lărgește gaura pilot până când sapa lărgitoare acționată rotary de la suprafață ajunge la cca. 30 m în spatele sapei pilot.

Alternând cele două faze ale forajului direcțional și rotary, în final se atinge punctul țintă, de ieșire la suprafață. Aici ansamblul pilot este scos din garnitură. La capătul liber al garniturii de spălare se atașează garnitura de tragere (pull-back pipe). În funcție de diametrul exterior al conductei care urmează a fi instalată se pot executa unul sau mai multe marșuri care, progresiv, lărgesc gaura.

Prin garnitura de spălare se pompează fluid de foraj care iese prin orificiile sapei pre-lărgitoare atât în față cât și în spatele acesteia transportând detritusul la suprafață și menținând în același timp gaura de sondă lărgită.

După lărgirea suficientă a găurii se scoate sapa pre-lărgitoare din garnitură și la capătul opus al garnituri de tragere (dinspre ieșire) se atașează o sapă lărgitoare curățitoare care prin intermediul unui racord cardanic (pentru a preveni rotația conductei) se leagă de capul de conductă. În acest fel instalația de foraj este utilizată pentru tragerea conductei în gaura deja pregătită. Fluidul de foraj care este de tip natural (apă și argilă) inhibat împotriva coroziuni rămâne în spațiul inelar format de conductă și teren protejând astfel suplimentar conducta.

Terasamentele solide permit realizarea acestei operații și trecerea conductei pe sub râu, în cazul terasamentelor neconsolidate apar probleme care impun luarea unor măsuri speciale de consolidare a găurii de foraj.

Sistemul folosit pentru executarea dirijării este un sistem magnetic care lucrează independent de adâncimea de forare. Procesarea datelor are loc prin cablul de măsură din prăjina de forare.

Datele de procesare sunt trimise către computerul din containerul de dirijare, interpre-tarea datelor făcându-se de către un inginer specialist în dirijare care anunță maistrul de foraj abaterile eventuale de la traseul de străbătut. Precizia de dirijare este în funcție de adâncimea de forare (2 % din H). Instalațiile de foraj orizontal se construiesc pentru sarcini maxime între (40…400) tf și pentru diametre până la 1200 mm.

2. Traversările aeriene se pot realiza în două modalități:

– tip grindă continuă (rezemată pe suporți);

– tip aerian (suspendată de cabluri).

Soluția traversărilor aeriene tip grindă continuă se aplică în cazul conductelor cu diametru mai mare de 300 mm fiind determinate de autoportanța conductei respective, conducta însăși constituind elementul de rezistență.

La amplasarea suporților traversării tip grindă continuă se ține seama de următoarele:

– la cursurile de apă cu caracter torențial se va evita amplasarea suporților în mijlocul albiei minore;

– la cursurile de apa care transportă plutitori, deschiderile trebuie să fie de minim (15…20) m;

– la cursurile care transportă blocuri de gheață, deschiderile vor fi de minim (15…20) m, astfel încât să se elimine posibilitatea formării zăpoarelor;

– la traversarea canalelor sau a râurilor canalizate se vor amplasa pilele numai spre maluri.

Mărirea deschiderilor se poate obține prin dispunerea de reazeme late, console duble, grinzi cu zăbrele, elemente de construcție care împreună cu conducta formează suprastructura traversării. Înălțimea minimă de liberă curgere sub conductă, respectiv sub elementul cel mai de jos asupra structurii.

Traversările aeriene tip grindă continuă sunt sisteme elastice, care pot intra ușor în vibrații urmare a acțiunii vântului și de aceea poate apărea pericolul ruperii lor la fenomenul de rezonanță.

Pentru evitarea vibrațiilor și a producerii fenomenului de rezonanță se prevăd:

mărirea rigidității la încovoiere a sistemului;

micșorarea lungimii deschiderilor;

utilizarea amortizoarelor de vibrații;

montarea unor profile de conducte;

folosirea reazemelor late și a consolelor;

rezemări indirecte.

Traversările cursurilor de ape de conductele magistrale de transport gaze în soluția „traversări aeriene suspendate” se proiectează pentru deschideri mari (mai mari de 100 m).

Pentru evitarea oscilațiilor periculoase de către acțiunea vântului, se vor prevedea sisteme de suspendare pretensionate, asigurându-se o rigiditate mărită a construcției.

Proiectele traversărilor de ape sunt foarte complexe și în general fiecare în parte constituie o soluție distinctă și chiar în cadrul proiectelor marilor magistrale de gaze naturale, acestea constituie proiect separat. În proiectele traversărilor de ape se cuprind și lucrările necesare stabilizării malurilor precum și traversarea digurilor de protecție din zonă.

Traseul sistemului de alimentare suplimentară cu gaze a municipiului București a fost proiectat în conformitate cu reglementările prezentate mai sus pe lungimea conductei de aducțiune de la Bilciurești la București și totodată pe lungimea inelului de înmagazinare care este situat în extravilanul orașului București.

5.2. Tehnologia de execuție a sistemului

5.2.1. Cerințe tehnice minime pentru elementele de conducte

Conductele trebuie să fie fabricate din materiale care să asigure funcționarea acestora în condiții de siguranță și care trebuie să corespundă specificațiilor tehnice prevăzute prin proiect. Toate elementele componente ale unei conducte (țevi, robinete, elemente de legătură, organe de asamblare, garnituri de etanșare) a căror rezistență și stabilitate sunt afectate de presiunea gazelor se dimensionează la presiunea de calcul.

Materialul tubular

Materialul tubular (țeava) utilizat la execuția conductelor de transport gaze va fi conform standardului SR EN 10208/2 – Țevi de oțel pentru conducte destinate fluidelor combustibile.

La execuția conductelor se pot folosi numai țevi destinate vehiculării gazelor naturale, după cum urmează:

țevi din oțel laminate la cald;

țevi din oțel sudate longitudinal;

țevi din oțel sudate elicoidal.

Țevile se garantează de producător cel puțin în baza unui program minim de încercări (care include controlul nedistructiv) prevăzut prin proiect. Materialul tubular ales este țeavă din oțel X 60 sudată elicoidal executată la diametrele prevăzute prin proiect.

Robinete

Din motive de siguranță în exploatare conductele de transport gaze naturale sunt dotate cu robinete de secționare, descărcătoare de presiune, refulatoare, etc.

Locurile de amplasare a robinetelor de secționare se stabilesc prin proiect ținând cont în primul rând de asigurarea accesului liber și ușor la acestea, precum și la intervale care să nu depășească următoarele distanțe:

32 km în zonele unde predominantă este clasa 1 de locație;

24 km în zonele unde predominantă este clasa 2 de locație.

Tipurile de robinete folosite în activitatea de transport sunt următoarele:

cu sferă;

cu sertar pană;

cu cep.

Robinetele trebuie să asigure următoarele funcțiuni:

– secționarea unei porțiuni din firul conductei pentru diferite lucrări sau în cazul unor accidente tehnice;

– etanșare corespunzătoare;

– să fie antistatice și antifoc;

– robinetele pot fi echipate cu dispozitive de acționare mecanică, electrică, hidraulică, pneumatică sau combinații ale acestora;

– să aibă posibilitatea de acționare de la distanța.

Robinetele de secționare, în funcție de diametru și presiune, se prevăd cu ocolitor. Pe ocolitor se montează un descărcător de presiune între două robinete cu acționare manuală. Pe fiecare tronson cuprins între două robinete fără ocolitoare, se vor monta descărcătoare de presiune prevăzute cu două robinete.

La conductele cu diametrul nominal mai mare sau egal cu 500 mm, robinetele de secționare, inclusiv ocolitoarele pe care s-au montat descărcătoarele de presiune, trebuie prevăzute cu fundații din beton. Nu se acceptă folosirea robinetelor care au componente (subansamble) supuse la presiune executate din fontă (corp, flanșe de capăt, etc). Robinetele pot fi cu capete pentru sudare sau cu flanșe de îmbinare. Se recomandă amplasarea robinetelor de secționare în porțiunile de conductă din clasa I sau din clasa II de locație.

Robinetele de secționare alese sunt robinete cu sferă pentru conducta de aducțiune datorită faptului că permit inspectarea cu pig-uri inteligente datorită formei constructive.

Pentru conducta inelară am ales robinete cu sertar pană datorită faptului că aceasta nu este proiectată în regim godevilabil.

Elemente de legătură și asamblare

La construirea conductelor de transport se vor folosi numai flanșe din oțel. Caracteristicile tehnice vor respecta prevederile STAS 1155; STAS 1156; SR ISO 7005-1. Șuruburile, prezoanele și piulițele se execută din oțeluri aliate, sau din oțeluri carbon de calitate, după caz tratate pentru asigurarea caracteristicilor de rezistență prescrise. La alegerea materialelor șuruburilor, prezoanelor și piulițelor se pot lua în considerare prevederile din SR EN 10083-1+A1.

Toate șuruburile, prezoanele și piulițele din oțel aliat sau oțel carbon de calitate se vor executa conform STAS 8121/1 și STAS 8121/2, STAS 8121/3 cu filete grosolane. La îmbinările cu flanșe, șuruburile sau prezoanele folosite trebuie să treacă complet prin piulițe.

Piulițele se asigură împotriva desfacerii cu șaibe elastice.

Garnituri de etanșare

Garniturile de etanșare se aleg în funcție de tipul suprafeței de etanșare conform standardelor în vigoare. Garniturile de etanșare trebuie fabricate dintr-un material compatibil cu gazele vehiculate prin conducte și trebuie să reziste la temperatura și presiunea de lucru. Toate materialele și echipamentele folosite pentru realizarea conductelor vor fi marcate în conformitate cu standardele și specificațiile de fabricație.

5.2.2 Construirea sistemului proiectat

Construirea și repararea conductelor magistrale de transport gaze naturale se realizează numai de societăți specializate și autorizate, care sunt dotate în acest scop cu utilaj și personal specializat.

Etapele de execuție a conductelor sunt:

preluarea traseului de către constructor;

realizarea culoarului de lucru cu decopertarea stratului fertil, acolo unde natura terenului o impune;

izolarea anticorosivă exterioară și interioară a țevilor în stații fixe;

transportul și depozitarea țevilor izolate pe traseu;

săparea șanțului și depozitarea pământului în partea opusă țevilor înșiruite;

sudarea conductei pe tronsoane și asamblarea lor în fir curent sau sudarea în fir continuu;

izolarea pe traseu a porțiunilor din jurul sudurilor executate pe marginea șanțului, care trebuie să fie de calitatea izolației conductei executată în stație fixă;

pozarea conductei în șanț cu ajutorul lansatoarelor sau manual unde este cazul;

asamblarea tronsoanelor de conductă prin sudare la poziție;

izolarea pe traseu a porțiunilor din jurul sudurilor de poziție;

astuparea șanțului conductei;

curățirea interioară a conductei cu pistoane adecvate;

efectuarea probelor de rezistență și verificarea la etanșeitate;

montajul armăturilor și al altor elemente componente ale conductei;

întregirea tronsoanelor verificate și probate și completarea izolației anticorosive;

recepția preliminară a conductei;

golirea conductei de aer/apă;

cuplarea acesteia la conductele în funcțiune și umplerea acesteia cu gaze

punerea în funcțiune a protecției catodice;

întocmirea diagramei de potențial;

inspecția cu PIG inteligent, dacă este prevăzută prin proiect;

recepția finală.

Transportul țevilor de la depozite la stațiile de izolare și de acolo pe traseu se realizează cu mijloace auto special amenajate. În timpul transportului și manipulării țevilor o atenție deosebită trebuie acordată evitării deformării acestora, mai ales în zona capetelor pentru sudură.

Asamblarea elementelor unei conducte de gaze se poate face prin unul din urmatoarele procedee:

– sudura electrică;

– înfiletare;

– îmbinare cu flanșe;

– alte procedee omologate.

Curbele prevăzute a fi folosite pentru schimbările de direcție pe traseul conductei sau în instalațiile anexe pot fi de următoarele tipuri:

– curbe îndoite la rece;

– curbe îndoite la cald;

– coturi.

Schimbările de direcție în plan orizontal sau vertical se realizează prin intercalarea curbelor executate pe șantier cu mașina de curbat la rece sau cu curbe realizate în ateliere specializate.

Curbele trase sau executate din segmente trebuie să corespundă standardelor sau normelor interne ale uzinelor specializate, norme ce trebuie specificate în proiecte. Executarea curbelor prin formarea de guși este interzisă la conductele magistrale de transport gaze naturale.

Șanțul în care urmează a fi lansată conducta trebuie să aibă dimensiunile prevăzute în proiect. Adâncimea șanțului se dimensionează astfel încât conducta să fie îngropată sub zona de îngheț (1 m până la generatoarea superioară a conductei).

La săparea șanțului se va îndepărta mai întâi stratul vegetal care se va depozita separat pentru a fi reașezat după astuparea conductei. În terenuri pietroase care ar putea deteriora izolația se va așterne un strat de pământ sau nisip peste pietrele din strat înainte de lansarea conductei. Fundul stratului trebuie să fie format din porțiuni drepte pentru a se realiza rezemarea continuă a conductei, fără ondulări.

După lansarea conductei în șanț acoperirea cu pământ se va face astfet încât corpurile tari să nu deterioreze izolația.

Dimensiunile șanțului pentru sistemul proiectat sunt detaliate prin desene de execuție la Anexa 8.

Lansarea conductei în șanț se face în funcție de mărimea tronsoanelor de conductă se dimensionează în funcție de diametrul și materialul conductei și de utilajul din dotarea constructorilor, o atenție deosebită acordându-se evitării deplasarii limitei de elasticitate a materialului tubular.

După controlul sudurilor efectuate pe traseu se întregește izolația în zona sudurii, apoi se verifică cu detectorul electric continuitatea izolației, se remediază porțiunile de izolație deteriorate, se prinde tronsonul în chingile lansatorului (chingile vor fi căptușite cu material moale), se lansează tronsonul în șanț, potrivind capătul care urmează a fi sudat la distanța necesară.

Pentru sudurile de poziție se va asigura spațiul necesar de minim 0,6 m în jurul conductei, astfel ca sudorul, să poată face îmbinarea în condiții corespunzătoare.

În terenurile agricole acoperirea conductei trebuie să se facă cu refacerea stratului vegetal, astfel ca după terminarea lucrărilor, terenul să ajungă la profilul inițial. În partea unde există pericolul ca șanțul să canalizeze ape fluviale se vor aplica obstacole pentru a se asigura stabilitatea pământului care acoperă conducta. În terenurile mlăștinoase conducta se va lesta pentru a se asigura adâncimea minimă de îngropare.

Proba de rezistență și verificarea etanșeității sistemului se realizează în mod obligatoriu și se efectuează de regulă după acoperirea cu pământ.

Proba de rezistență se face astfel:

– pentru clasa de locație I cu apă sau aer la presiunea 1,2 pmax;

– pentru clasa de locație II cu apă la presiunea de 1,4 pmax.

Alegerea fluidului de încercare se stabilește prin proiect în urma unei analize tehnico-economice care ține cont de:

zona în care se află traseul;

volumul conductei probate;

valoarea presiunii maxime pmax;

anotimp;

condiții de siguranță;

cerințe privind protecția mediului.

Proba de rezistență hidraulică se face pe tronsoane astfel încât presiunea maximă de încercare în punctul de cotă minimă să nu depășească 1,8 pmax și în nici un caz 90% din presiunea de probă hidraulică de uzină. Pentru evacuarea apei din conductă se fac una sau după caz mai multe pistonări.

Durata probei de rezistență este de minimum 6 ore de la stabilizarea presiunii și egalizarea temperaturii fluidului cu cea a solului.

Proba de etanșeitate se execută pentru toate clasele de locație cu aer sau cu gaze la o presiune egală cu pmax. Durata verificării etanșeității este de minimum 24 ore de la egalizarea temperaturii fluidului din conductă cu cea a solului.

Valorile presiunii și a temperaturii se măsoară pe toată durata probelor cu aparate cu înregistrare electronică și cu aparate indicatoare, având clasa de exactitate ±1,5 %, sau mai buna, verificate metrologic la zi.

Pe toată durata încercării presiunea înregistrată pe diagramă trebuie să se mențină constantă în limitele de variație ale presiunii barometrice.

După efectuarea probei de rezistență și a verificării etanșeității, la întregirile dintre tronsoane pentru formarea firului conductei se prevăd următoarele:

– controlul integral al corpului țevii, inclusiv sudurile de fabricație, prin metode nedistructive;

– controlul integral al sudurilor realizate în șantier, cu lichide penetrante sau pulberi magnetice și prin radiații penetrante sau ultrasunete.

La punerea conductelor în funcțiune, evacuarea aerului cu ajutorul gazelor naturale, se face cu respectarea cel puțin a următoarelor măsuri de siguranță:

gazele naturale se introduc prin unul din capetele conductei iar aerul se evacuează pe tronsoane delimitate de robinete, încărcându-se treptat conducta cu gaze;

aerul se evacuează numai prin refulatoarele de la capătul opus direcției de curgere a gazelor naturale;

debitul de gaz trebuie să asigure o evacuare moderată a aerului; acest debit trebuie menținut neîntrerupt, până la evacuarea totală a aerului.

Marcarea conductei se realizează prin borne prevăzute cu plăcuțe indicatoare amplasate la:

– ambele capete ale subtraversărilor căilor de comunicație;

– schimbările de direcție în plan vertical și orizontal;

– intersecții cu conducte sau alte instalații subterane.

Plăcuțele indicatoare se confecționează din metal și conțin informații codificate despre conductă. Distanța de amplasare a bornelor se stabilește astfel încât o persoană de statură normală poziționată lângă o bornă să poată vizualiza următoarea bornă. Pe plăcuțele indicatoare amplasate pe bornele de schimbare de direcție se inscripționează direcția și unghiul de deviere. Pe baza proiectului și a documentației de la constructor (controlul sudurilor, probe de presiune, planuri și schițe modificatoare etc.), beneficiarul are obligația să întocmească cartea tehnică, care va cuprinde toate caracteristicile reale ale conductei executate precum și modifcările intervenite în execuție față de documenția inițială.

Beneficiarul are obligația menținerii și completării la zi a cărții tehnice a construcției pe întreaga durată de existență a obiectivului.

5.3. Sudarea conductelor de gaze

Operația de sudare se poate realiza prin orice procedeu sau combinație de procedee, prin suduri de poziție sau învârtire, precum și printr-o combinație a acestora.

Unitățile constructoare răspund de calitatea sudurilor executate și sunt obligate ca la lucrările de montaj să folosească:

– tehnologii de sudură elaborate pe baza procedeelor de sudură omologate;

– tehnologii de sudare conform SR EN 288-9;

Sudorii trebuie să fie calificați și autorizați în conformitate cu STAS 9532, API 1104, ASME, ISCIR sau alte prescripții echivalente sau acoperitoare.

Condițiile tehnice de acceptabilitate a sudurilor la conductele de gaze vor fi în conformitate cu API 1104, I 27-82 sau ISCIR.

Înainte de îmbinarea țevilor prin sudare acestea vor fi rașchetate în interior pentru îndepărtarea corpurilor străine iar după sudură, capetele tronsonului vor fi închise cu dopuri sau capace, până la îmbinarea lor pe traseu. O foarte mare importanță în procesul sudurii o au electrozii. Criteriul general de apreciere a acestora este ca materialul depus să fie omogen.

Tehnologia de sudare se întocmește astfel încât tensiunile permanente în îmbinările sudate să fie minime și va cuprinde:

– metode de sudură (manuală, semiautomată, automată);

– materialul tubular (diametrul,calitatea, grosimea de perete);

– toleranța admisă la grosimea de perete și ovalitatea celor două țevi;

– forma îmbinării (șanfrenul, distanța între capete, forma și dimensiunea sudurilor de colț);

– materialul de aport și numărul de straturi precum și succesiunea lor;

– caracteristicile electrice (curentul și potențialul, tensiunea și potențialul pe fiecare dimensiune de electrod;

– poziția pentru sudură (prin rotirea țevilor sau sudarea la poziție);

– direcția sudurii (de sus în jos sau de jos în sus);

– tipul dispozitivului de centrare (interior sau exterior) și modul de folosire;

– curățirea zgurii (manual, mecanic);

– preîncălzirea, detensionarea (metode, temperaturi limită);

– viteza de lucru, în cm/min;

– material de aport (fluxul, tipul și mărimea);

– schițe și tabele cu fluxul îmbinării și succesiunea straturilor;

– încercările, probele și verificările.

Tehnologia de sudare aleasă respectă standardul SR EN 288-9 și poate fi utilizată pentru țevi din oțel cu diametrul cuprins între 350 și 1400 mm. Datorită acestui fapt ea va fi utilizată atât la sudarea conductei de aducțiune realizată din țeavă 508 x 8 mm cât și pentru rezervorul inelar confecționat din țeavă 1020 x 10.

Metalul de bază al țevilor din care se realizează conducta magistrală și rezervorul inelar este oțelul X60 conform API 5 L.

Compoziția chimică a metalului de bază va fi luată din analiza pe oțel lichid și trebuie să satisfacă condițiile din tabelul 5.3,

Tabelul 5.3. Compoziția chimică a oțelului X 60

unde:

CE = C + Mn/6 + (Cr + Mo)/5 + (Cu + Ni)/15 ,

iar suma V + Nb + Ti nu va depăși 0,15%.

Caracteristicile mecanice care trebuie să le îndeplinească țevile din oțel X60, cu mențiunea că ele vor fi livrate în stare normalizată, sunt prezentate în tabelul 5.4.

Tabelul 5.4. Caracteristicile mecanice ale oțelului X 60

Dimensiunile țevilor trebuie să fie cuprinse între următoarele toleranțe:

Toleranța la diametru:

– țeavă: ±1% D;

– capăt țeavă: ±2 mm,

unde prin capăt țeavă se înțelege lungimea de 100 mm de la fiecare extremitate a țevii.

Toleranța la ovalitate:

– țeavă, exceptând capătul: 1,5% D, dar maxim 15 mm;

– capăt țeavă: 1%,

unde ovalitatea se calculează cu formula:

în care: Dmax este cel mai mare diametru exterior, Dmin – cel mai mic diametru interior, iar D – diametrul exterior specificat.

Pentru a se calcula ovalitatea pe corpul țevii, trebuie măsurat cel mai mare și cel mai mic diametru exterior în aceeași secțiune transversală.

Toleranța la grosimea peretelui trebuie să se încadreze între următoarele valori:

– 12,5% , + 15%, mm .

Finisarea capetelor țevilor este foarte importantă, astfel că ele trebuiesc debitate perpendicular și să fie lipsite de bavuri. Abaterea de perpendicularitate nu trebuie să depășească 1,6 mm. Suprafețele capetelor țevilor trebuie să fie teșite pentru sudare.

Unghiul de teșire, măsurat de la o linie proiectată perpendicular pe axa țevii, trebuie să fie de 30°, cu o toleranță de +5º/–0º. Lățimea suprafeței frontale inelare a teșiturii trebuie să fie de 1,6 mm cu o toleranță de ±0,8 mm.

La sudarea conductelor realizate din țevi, din oțel X60 trebuie să se utilizeze următoarele procedee de sudare:

– pentru rădăcina îmbinării: sudarea cu arc electric cu electrozi fuzibili în medii de gaz activ, sudare MAG 1;

– pentru straturile de umplere: sudare MAG 2 cu sârmă tubulară.

Corespunzător procedeelor de sudare se aleg și materialele pentru sudare. Astfel, pentru sudarea MAG 1 a rădăcinii trebuie să se utilizeze:

– sârmă plină, tip G3 Si1, conform EN 440;

– gaz de protecție: CO2, conform C1–EN 439.

La realizarea straturilor de umplere trebuie să se utilizeze o sârmă tubulară cu autoprotecție, tip E 91T8-G-AWS-A5.29.

Compoziția chimică pentru sârma plină G3Si1 trebuie să satisfacă cerințele din tabelul 5.5.

Tabelul 5.5. Compoziția chimică a sârmei G3Si1

1) Dacă nu se specifică, Cr < 0,15%, Cu < 0.35%, V < 0.03%. Conținutul de Cu rezidual din oțel împreună cu cel din eventuala acoperire nu trebuie să depășească 0,35%;

2) Valorile singulare din tabel sunt valori maxime.

Compoziția chimică pentru sârma tubulară E91 T8-G trebuie să satisfacă cerințele din tabelul 5.6.

Tabelul 5.6. Compoziția chimică a sârmei E91 T8-G

Analiza chimică trebuie efectuată pe probe din sârmă. Suprafața sârmelor nu trebuie să fie contaminată sau să prezinte defecte de suprafață care pot influența în mod negative sudarea. Sârmele se livrează bobinate și se vor păstra la loc uscat.

În tabelul 5.7 se prezintă condițiile tehnice din EN 439 pentru gazul de protecție C1, respectiv din SR 2962 pentru dioxidul de carbon lichefiat tip S.

Tabelul 5.7. Condiții tehnice ale gazului de protecție

Dioxidul de carbon se livrează în stare lichefiată, în butelii, manipularea se va face conform reglementărilor în vigoare.

Caracteristicele mecanice pentru metalul depus cu sârma G3 Si1 sunt redate în tabelul 5.8. Încercările la tracțiune și la încovoiere prin șoc precum și orice repetări cerute ale încercărilor trebuie să fie efectuate asupra metalului depus, în stare rezultată după sudare, utilizând epruvete prelevate dintr-o îmbinare.

Tabelul 5.8. Caracteristicele mecanice ale metalului depus

Țevile având capetele prelucrate se poziționează pentru sudare astfel:

Componentele se vor alinia și fixa fără a fi forțate, deformate la cald sau la rece. Ele se vor alinia cu o abatere de 1 mm la un metru liniar măsurată în două plane perpendiculare trecând prin axa conductei;

Poziționarea țevilor se va executa cu dispozitive de centrare-poziționare. Poziționarea se face astfel încât alinierea la interiorul țevilor să fie plană și ea se verifică cu nivela cu bulă de aer.

La poziționarea țevilor se va asigura rostul pentru sudare prescris prin procedurile de sudare calificate. Deschiderea rostului se verifică cu calibre adecvate. Înainte de poziționarea țevilor se efectuează o polizare la luciu metalic a rostului și a zonelor adiacente acestuia.

După poziționarea țevilor cu ajutorul dispozitivelor de centrare și aliniere se face prinderea în puncte de sudură, puncte realizate diametral opus, în număr de cel puțin 8 realizate echidistant, lungimea lor fiind de (40…50) mm.

Sudurile de prindere vor fi examinate vizual, cele fisurate se vor elimina prin polizare, fără a mai fi resudate, eliminarea lor efectuându-se la sudarea rădăcinii. Prinderile provizorii nefisurate vor fi incluse în sudura de rădăcină.

Sudurile se vor executa prin sudarea țevilor pe standuri cu role, cât și la poziție; mai întâi se vor executa tronsoane de conductă prin sudare prin rulare, după care acestea se izolează, se coboară în șanț cu lansatoare și apoi se sudează la poziție. Acest procedeu mărește productivitatea și dă posibilitatea sudării sub strat de flux în cazul sudării prin rulare.

Sudarea rădăcinii se realizează de către doi sudori situați diametral opus unul față de celălalt. Se utilizează instalații pentru sudare MAG cu sârmă plină adecvate transferului de material prin tensiunea de suprafață. Debitul gazului de protecție (CO2) este de 15 dm3/minut. Sudarea se realizează în poziție fixă, axa orizontală, poziția de sudare fiind vertical descendent, parametrii fiind menționați în tabelul 5.9.

Tabelul 5.9. Parametrii regimului de sudură

Straturile de umplere se realizează prin procedeul MAG cu sârmă tubulară cu autoprotecție, cu o instalație de sudare adecvată procesului de sudare semi-mecanizat. Se sudează cu doi sudori plasați diametral opus unul față de celălalt. În timpul derulării procesului de sudare se curăță zgura și stropii după fiecare trecere.

După terminarea sudurii, sudorii vor executa un autocontrol al acesteia după care o vor poansona. Executarea cordonului de sudură se face fie în întregime de către sudor, fie de mai mulți sudori simultan sau pe rând. Totdeauna se va avea în vedere ca primul strat de căldură să fie executat de sudorii cei mai calificați.

Parametrii regimului de sudură sunt detaliați în tabelul 5.9.

Atunci când calitatea îmbinărilor sudate poate fi afectată de condiții meteorologice defavorabile (vânt puternic, ploaie, lapoviță, ninsoare, atmosferă umedă, temperaturi scăzute, etc.), nu se vor executa operații de sudare.

Zona unde se execută sudurile va fi protejată contra condițiilor meteorologice defavorabile prin amenajarea de împrejmuiri cu paravane, respectiv corturi, iar pentru sudori se vor amenaja platforme de lucru uscate.

În cazul în care sudarea se execută deasupra solului sau în șanț se va asigura pentru sudor un spațiu liber în jurul rostului de minim 500 mm.

Numărul trecerilor va fi astfel ales încât sudura finală să aibă o secțiune uniformă pe întreaga circumferință a țevii. În cazul în care se constată abateri, înainte de realizarea stratului final, se vor executa suduri de compensare în zonele unde secțiunea este neuniformă.

Examinarea îmbinărilor sudate se poate face prin 2 modalități.

A. Examinări nedistructive, care se împart la rândul lor astfel:

examinare vizuală;

examinare cu radiații penetrante;

examinare cu ultrasunete.

Pentru efectuarea controlului suprafețelor ce vor fi examinate, acestea vor fi iluminate cu o sursă care asigură minim 500 lux. La examinarea vizuală se verifică:

– dacă sudura a fost curățată de zgură, stropi, etc.;

– nu sunt urme de lovituri, ciupituri etc.;

– supraînălțarea sudurilor, la interior și la exterior, nu va depăși 3 mm;

– suprafața sudurii este regulată, forma și solzii prezintă un aspect vizual uniform și satisfăcător;

– lățimea sudurii este uniformă pe toată circumferința iar la suprafața țevii va fi cu circa 4 mm mai mare decât lățimea rostului original; 

– umplerea rostului este completă;

– existența unor imperfecțiuni la suprafața sudurii (fisuri, porozități, crestături marginale etc.).

Examinările nedistructive se aplică tuturor îmbinărilor în proporție de 100%. Se menționează faptul că dacă se execută examinarea cu radiații penetrante, atunci nu mai este necesară examinarea cu ultrasunete.

Examinarea cu ultrasunete poate înlocui examinarea cu radiații penetrante cu condiția de a se asigura înregistrarea indicațiilor defecte în măsura în care acestea pot interpretate și evaluate cu exactitate.

B. Examinarea distructivă

Examinarea distructivă constă în decuparea în întregime a îmbinării sudate, prelevarea de epruvete și încercarea acestora astfel că la 1000 îmbinări sudate se vor încerca două îmbinări. Din fiecare îmbinare supusă examinărilor distructive se vor preleva următoarele epruvete:

– epruvete pentru încercarea la tracțiune;

– 1 epruvetă pentru încercarea de duritate;

– 1 epruvetă pentru examinarea macroscopică.

Trebuie utilizată metoda Vickers HV10. Amprentele se fac în sudură în cele două ZIT-uri și în metalul de bază cu scopul de a măsura și înregistra domeniul valorilor din îmbinarea sudată.

Rezultatele încercării trebuie să satisfacă următoarele condiții:

Valori maxime admisibile pentru metalul depus:

– la rădăcină: 275 HV 10;

– la sudură: 275 HV 10.

Valorile maxime admisibile pentru ZIT:

– la rădăcină: 350 HV 10;

– la sudură: 350 HV 10.

În cazul în care oricare epruvetă nu îndeplinește condițiile de mai sus trebuie obținute două epruvete suplimentare. Acestea se supun aceleiași încercări. Dacă rezultatele, după repetarea încercărilor, nu satisfac condițiile de admisibilitate sudura executată se respinge.

Defectele, cu excepția fisurilor, aflate la rădăcină sau în straturile de umplere pot fi reparate. Ele vor fi eliminate în întregime până la metal curat iar zgura și oxizii rezultați în urma acestei operații vor fi îndepărtate. Zona excavată trebuie examinată cu pulberi magnetice sau cu lichide penetrante pentru a se certifica eliminarea completă a defectelor.

Fisurile pot fi reparate dacă sunt îndeplinite următoarele condiții:

– lungimea fisurii nu depășește 8% din lungimea sudurii;

– există o procedură de reparații calificată;

– reparația se execută cu supravegherea unui specialist cu experiență în reparații;

– sudura de reparație este executată de către un sudor calificat.

Zonele reparate vor fi supuse controlului nedistructiv utilizând aceeași metodă de control cu cea utilizată anterior pentru punerea în evidență a defectului. 

În Anexa 12 este detaliată prin desene de execuție tehnologia de sudare a conductelor

Capitolul 6

PROIECTAREA INSTALAȚIILOR ANEXE PRINCIPALE

6.1. Protecția împotriva coroziunii

6.1.1. Aspecte generale privind coroziunea metalelor

Coroziunea conductelor și a instalațiilor tehnologice aferente este periculoasă atât din punct de vedere a siguranței în exploatare, a continuității asigurării transportului de gaze, cât și al creșterii pierderilor de gaze prin orificii și neetanșeități. Periculozitatea se reflectă asupra instalațiilor proprii, mediului, obiectivelor învecinate etc., la aceasta adăugându-se pierderile economice directe și indirecte ale operatorului. Protejarea anticorosivă a conductelor, soluțiile de realizare, materialele și tehnologiile folosite, metodele de control în timpul lucrărilor de construcție, montaj și exploatare, au evoluat odată cu imperativele impuse de construirea conductelor magistrale, a traversărilor de fluvii importante și a realizărilor submarine, în corelare cu cerințele de protecție a mediului și evitarea unor accidente cu consecințe catastrofale. Fenomenele de coroziune sunt fenomene naturale care tind să readucă metalele la starea inițială (oxizi, hidroxizi, sulfați, carbonați etc.), deoarece această stare energetică mai redusă este și cea mai stabilă.

Conducta metalică împreună cu solul, de diferite grade de agresivitate și umiditate (ce se comportă ca un electrolit), formează un sistem asemănător unei pile electrice. Cele două părți constitutive ale sistemului electrochimic astfel format conțin sarcini mobile. Între ele are loc un transfer de ioni și electroni (reacție electrochimică) și ca urmare, la interfața metal-sol, ia naștere un strat format din sarcini electrice ce se găsesc pe suprafața metalului și ioni de semn contrar existenți în sol, în imediata apropiere a suprafeței metalului, denumit strat dublu electrochimic.

Procesele care duc la formarea unui strat dublu electrochimic sunt:

ionizarea metalului cu eliberarea de electroni;

aglomerarea de electroni la suprafața metalului;

transferul electronilor prin interfață.

Pe lângă coroziunea exterioară produsă prin mecanismul arătat anterior conductele și instalațiile tehnologice aferente pot fi afectate în interior datorită:

eroziunilor produse de prezența particulelor abrazive în fluxul de gaze;

coroziunii interioare datorită unor compuși chimici agresivi, proces agravat de umiditatea gazelor.

Efectele și implicațiile coroziunilor interioare a conductelor sunt, în general, mai reduse în comparație cu cele ale coroziunii exterioare.

Pentru combaterea coroziunii interioare a conductelor în unele țări se folosesc căptușeli interioare (depuse prin termodifuziune, prin procese electrochimice, etc.) și inhibitori de coroziune introduși în fluid.

Coroziunea poate fi de mai multe feluri, în funcție de caracterul chimic, electrochimic și de locul unde se produce. Tipurile de coroziune sunt prezentate în continuare.

1. Coroziunea electrochimică se manifestă în momentul în care metalul vine în contact cu solul, considerat ca un electrolit și reprezintă, de fapt, atacul distructiv exercitat de mediul corosiv, prin intermediul unor reacții electrochimice. Aceste reacții depind de particularitățile metalului dar și de compoziția solului, a mediului în general, întrucât în funcție de acestea se realizează transferul de ioni și electroni sub diferența de potențial electric ce există între faze. Starea suprafeței metalului este importantă în acest proces.

2. Coroziunea chimică reprezintă procesul de distrugere a materialelor metalice, în urma acțiunii chimice directe a mediului, fără să aibă loc un schimb de sarcini electrice. Pe cale chimică, metalele se distrug în contact cu gazele industriale uscate, la temperatură ridicată sau în soluții care nu conduc curentul electric, în practică, deseori, coroziunea chimică este transformată în coroziune electrochimică, prin condensarea vaporilor de apă.

Se întâlnește des coroziunea datorită variației concentrației oxigenului de-a lungul suprafeței metalice, denumită coroziune prin aerare diferențială. Această coroziune este caracteristică conductelor de transport care sunt pozate în soluri cu permeabilități mărite și variate, având o izolație necorespunzătoare.

Fenomenele de coroziune atmosferică, în majoritatea cazurilor, se desfășoară după mecanism electrochimie, sub influența peliculelor de umiditate, subțiri și foarte subțiri. La acest proces pot participa diferite componente ale atmosferei și din această cauză, comportarea metalelor la coroziune variază considerabil cu tipul de atmosferă în care sunt conductele: urbană, rurală, industrială.

Coroziunea atmosferică a oțelului începe, în majoritatea cazurilor, la umiditate relativă a aerului mai mare de 60%. Așa se întâmplă în cazul conductelor care se montează aerian peste ape unde sunt condiții favorabile unor umidități ridicate.

3. Coroziunea solului. Coroziunea subterană este un proces complex influențat în special de transportul oxigenului în sol și de conductibilitatea solului. Solul este un mediu corosiv cu caracteristici deosebite de la un punct la altul, datorită umidității variabile, a procentului diferit de săruri dizolvate, a pH-ului care poate să varieze între 3 și 9,5, precum și a prezenței unei cantități variabile de oxigen. Solurile prin compoziția și umiditatea lor pot fi considerate sisteme coloidale poroase.

Cei mai importanți componenți chimici ai solului sunt cei solubili în apă (acizi, baze, sulfați, cloruri, carbonați), precum și unele gaze (oxigen, dioxid de carbon, hidrogen sulfurat). Viteza procesului de coroziune crește pe măsură ce se mărește umiditatea solului.

În majoritatea solurilor umede, construcțiile metalice se corodează cu control catodic condiționat de transportul oxigenului la metal. Literatura de specialitate arată că procesul anodic poate fi frânat prin apariția pasivării sau printr-un efect de ecranare a suprafeței anodice, prin intermediul produșilor de coroziune insolubili.

S-a constatat că în sol pot apare macropile de coroziune, ca urmare a neomogenității sistemului metal/sol, cum sunt macropilele datorită aerării diferențiale a diferitelor zone din sol.

Solurile argiloase sunt mai puțin permeabile pentru oxigen decât cele nisipoase și tronsoanele de conducte aflate aceste zone se distrug mai repede decât acelea aflate în zone nisipoase. Rezultă de aici că este eficientă montarea unei conducte cu pat și acoperiș de nisip. Microorganismele influențează direct viteza de coroziune a conductelor în sol prin modificarea pH-ului în apropierea metalului, precum și prin acțiunea distructivă asupra acoperirilor de protecție.

Curenții de dispersie (vagabonzi) proveniți accidental în sol prin scurgerile de la sursele de curent (căi ferate în special) măresc considerabil procesul de distrugere a conductelor metalice. Acești curenți sunt variabili în majoritatea timpului ca intensitate, direcție sau traseu.

Traseul curenților de dispersie prin construcția metalică poate avea trei zone:

– zona de intrare a curenților (catodică) nepericuloasă;

– zona de trecere a curentului, tot nepericuloasă;

– zona de ieșire a curenților (anodică), unde se manifestă distrugerea corosivă sub formă de plăgi în adâncime.

Natura solului determină mărimea atacului. Cu cât rezistența solului va fi mai mică, cu atât va permite mai ușor trecerea curentului electric. De aceea coroziunea prin curenții de dispersie se manifestă într-o mai mare măsură în solurile argiloase față de cele nisipoase.

Diminuarea sau eliminarea acțiunii dăunătoare a curenților de dispersie se realizează prin drenaje electrice sau prin creșterea rezistenței chimice a solului. Periculos este efectul curenților de dispersie la conductele neprotejate catodic și având protecție de bază nulă sau ineficientă. Acest fapt obligă personalul de întreținere ca periodic să efectueze controale asupra comportării conductei și la măsurători ale potențialului.

4. Coroziunea microbiologică este fenomenul de distrugere a metalelor sub acțiunea directă a microorganismelor. Ea poate avea loc în condiții anaerobe sau aerobe. Procesele de coroziune microbiologică sunt variate și efectele lor apar sub diferite aspecte, deoarece se produc în atmosferă, în apă, în sol, atacând conductele, subterane sau aeriene.

Coroziunea microbiană poate fi prevenită prin metoda bacteriostatică (tratare cu clor, cloramină), prin acoperirea suprafeței metalului cu straturi protectoare ca: vopsea, asfalt, bitum sau cu depuneri metalice pe cale galvanică, prin utilizarea inhibitorilor, precum și prin protecția catodică.

5. Coroziunea datorată solicitărilor mecanice. În funcție de modul în care acționează efectul mecanic și de forma distrugerii pot apare forme variate de atac: fisurarea corosivă, coroziunea prin frecare, cavitația corosivă.

Coroziunea fisurantă sub tensiune reprezintă distrugerea metalului conductelor sub formă de fisuri, produse sub acțiunea simultană a mediului corosiv și a tensiunilor, de întindere sau încovoiere, aplicate din exterior sau reziduale. Coroziunea fisurantă sub tensiune apare la numeroase metale, ca urmare a tensiunilor remanente induse la elaborarea lor sau în timpul montajului.

Coroziunea produsă datorită eforturilor mecanice este frecvent întâlnită la conductele din zonele în care apar alunecări de teren, tasări neuniforme produse de sarcini mari depozitate pe conductele în funcțiune.

Aceste coroziuni sunt cu atât mat periculoase, cu cât ele apar în timp și nu sunt descoperite imediat ce au perforat materialul tubular pentru a se anihila efectele nocive pe care le produc scăpările de gaze provenite din conductă.

Efectul tensiunii mecanice este ruperea limitelor intercristaline în urma căreia se accelerează penetrația mediului agresiv în metal în două stadii, unul de inducție cu o durată mai mare și altul de propagare într-un plan perpendicular pe cel al tensiunii.

Suprafața metalică nesolicitată mecanic este acoperită cu un strat pasiv. La acționarea tensiunilor au loc fenomene de alunecare mai ales a planurilor în unghi de 45° față de direcția efortului de întindere și la suprafață apare o zonă de alunecare, neacoperită. În prezența unui mediu corosiv, în cadrul aceleiași solicitări dinamice, numărul de ciluri până la apariția distrugerii este redus. Rezistența metalelor la coroziune datorită oboselii depinde de compoziția mediului corosiv, de pH-ul și conținutul său în oxigen, de temperatura și frecvența tensiunii alternative. Accelerarea distrugerii se poate datora acțiunii chimice directe (oxidări, hidrogenări) sau acțiunii galvanice a unor cupluri provocate de gradienții termici din sol și de tensiunile din metal.

În condițiile solicitărilor dinamice se produce o alimentare mai rapidă cu oxigen în zonele catodice, fapt care reduce polarizația procesului catodic, în același timp, stratul protector de oxid aflat pe suprafața metalului este deteriorat mecanic și în consecință, polarizația anodică scade. În plus, metalul tensionat produce o reactivitate chimică sporită. Inițierea unei crăpături este asociată cu fisurile produse în timpul solicitării la oboseală, care cresc și iau o formă alungită.

Creșterea permanentă a tensiunilor la baza acestor fisuri mărește viteza de dizolvare, până când se produce o crăpătură care inițiază stadiul de rupere propriu-zisă a materialului.

6. Coroziunea prin eroziune este un proces de distrugere datorită abraziunii mecanice și atacului corosiv al unui lichid sau gaz. Condițiile care-l favorizează sunt:

– viteze mari de circulație a gazelor și lichidelor;

– corpuri solide în suspensie;

– curgerea turbulentă a fluidelor;

– amestecuri de două faze cu mișcare rapidă și schimbări de direcție.

Coroziunea prin eroziune poate fi evitată atât prin folosirea de materiale mai rezistente, cât și prin filtrarea și separarea lichidelor, înlăturarea substanțelor solide care mărește abraziunea înainte de intrarea gazelor în conducte sau prin reducerea vitezei de curgere a acestora.

La viteze foarte mari de curgere, când se formează în fluid goluri de presiune înaltă, are loc nu numai distrugerea peliculei dar și smulgerea unor porțiuni mici de metal. Acest fenomen a fost denumit cavitație. Suprafața metalului în urma distrugerii prin cavitație prezintă adâncituri de formă ovală. Se poate distinge atacul prin lovire mecanică de distrugerea prin cavitație.

În cazul cavitației, distrugerea se prezintă sub formă de ciupituri, scoici sau fagure de miere și este însoțită de deformări vizibile ale metalului. Mărimea distrugerii prin cavitație depinde de viteza, temperatura și direcția de circulație a mediului agresiv, precum și de structura și proprietățile metalului.

Aceste tipuri de coroziuni sunt caracteristice conductelor care funcționează în apropierea surselor de gaze, în situația în care nu se efectuează o separare și filtrare corespunzătoare a părților lichide și solide din gazele naturale.

7. Coroziunea în „pitting” este o formă de atac localizat. Pelicula de protecție a metalului, odată distrusă, în anumite puncte permite mediului agresiv să atace și să producă o penetrare rapidă a metalului. Termenul „pitting" este folosit pentru ilustrarea acelui tip de atac localizat în care lărgimea zonei afectate de coroziune este de același ordin de mărime sau mai mică decât adâncimea acesteia. Caracteristic pentru acest fel de coroziune este faptul că pe suprafața metalului apar puncte active fără peliculă de protecție. O condiție esențială în formarea pittingului este prezența în sol a anionilor cu acțiune cum sunt cei de halogeni și în primul rând ionii de clor. Potențialul de pitting este de 0,03 V pentru o unitate de pH.

În soluții puternic alcaline (pH > 10) se produce inhibarea pitting-ului. Scăderea temperaturii are de obicei un efect de creștere a rezistenței metalului la pitting. Se presupune că această comportare se datorează modificării puternice a afinității stratului protector la moleculele de apă, care face dificilă dezlocuirea lor de către anionii agresivi.

În practică, acest fenomen face ca în condițiile sezonului rece, efectul pitting să lucreze mai încet. Odată cu creșterea temperaturii se produce dezghețarea solului și eliberarea moleculelor de apă, favorizând apariția cât mai multor puncte de pitting.

Coroziunea este un fenomen care apare frecvent în sistemele de transport fluide prin conducte, în contact cu un mediu coroziv, metalul conductei se consumă datorită procesului de distrugere generat de o reacție electrochimică între metal și mediu.

Umiditatea solului are rolul de electrolit, fapt ce determină tendința ionilor metalici de a trece în electrolit. Metalul conductei poate fi considerat anodul unei pile galvanice, iar produșii de coroziune, catodul pilei. Electronii din metal se combină cu ionii pozitivi de hidrogen prezenți în apă.

Studiul termodinamic al reacțiilor de oxidare a fierului în soluție apoasă a pus în evidență factorii principali care influențează viteza de coroziune. Astfel concentrația mediului în ioni de hidrogen (definită prin indicele pH) și potențialul metalului sunt esențiali în acest proces. Rezistivitatea electrică a solului influențează, de asemenea, viteza procesului de coroziune.

6.1.2. Obiectul protecției anticorosive

Obiectul protecției anticorosive este acela de a înlătura cauzele care provoacă coroziune și anume:

– împiedicarea contactului dintre metal și electrolit (este rostul învelișurilor protectoare);

– îndepărtarea cuplurilor galvanice (prin evitarea alăturării de metale diferite sau prin intercalarea de legături electroizolante pentru a deschide circuitul eventualelor cupluri galvanice în acțiune);

– micșorarea influenței curenților vagabonzi (prin întreținerea atentă a instalațiilor care reprezintă surse de curenți vagabonzi).

Chiar luând toate măsurile arătate, defecțiuni inevitabile și diverși factori aleatori fac ca acest mod de protecție (așa-zis pasiv) să nu fie complet eficace. Pentru aceste motive, se recomandă ca în afara protecției de bază, prin învelișuri protectoare și luării măsurilor menționate, să se aplice și măsura complementară a protecției catodice. Protecția de bază constă în acoperirea suprafeței metalului cu un înveliș protector izolant. Grosimea, numărul și calitatea straturilor de izolație aplicate depind de agresivitatea solului străbătut de traseul conductei.

Protecția complementară, catodică, constă în aducerea și menținerea potențialului metalului protejat la potențialul corespunzător zonei în care acesta devine imun la coroziune. Pentru fier, potențialul de protecție maxim verificat este de –0,85 V, cel minim fiind –1,2V. Toate potențialele se consideră determinate în raport cu electrodul Cu-CuSO4 iar felul protecției se alege în raport cu agresivitatea pământului, justificându-se alegerea printr-un calcul economic. Măsurile care se iau pentru protecția conductelor împotriva coroziunii se pot încadra în două categorii și anume metode pasive și metode active.

6.1.3. Protecția pasivă a sistemului

Conductele de transport gaze naturale reprezintă o valoare de investiții foarte importantă. Este deci necesară păstrarea lor cât mai îndelungată și într-o perfectă stare de funcționare. Prin compoziția sa, pământul constituie un ansamblu eterogen de substanțe minerale și organice, cristalizate sau amorfe, sub formă de acizi, baze sau săruri. Aceste substanțe atacă suprafețele exterioare ale construcțiilor îngropate, prin fenomene de natură electrochimică, provocând coroziunea.

Pentru a preveni coroziunea conductelor metalice îngropate, asupra acestora se aplică protecția anticorosivă pasivă (prin aplicarea de straturi nemetalice exterioare) cu scopul de a izola electric conducta față de sol.

Alegerea sistemului de izolare

Conform standardelor, există trei tipuri de izolație: tip N (normală), tip I (întărită) și tip FI (foarte întărită).Acestea se aleg în funcție de condițiile de teren, amplasament și sistemul de izolare. Alegerea sistemului de protecție pasivă se face în funcție de agresivitatea și structura solului, prezența curenților de dispersie, clasa de locație a conductei, diametrul conductei și condițiile de montaj. În Anexa 13 sunt detaliate criteriile de alegere a izolației conductelor. Stabilirea sistemului de izolare se face luând în considerare durata de viață estimată a conductei și cel puțin următoarele caracteristici: aderența la suport, rezistența la impact, rezistivitatea izolației, rigiditatea dielectrică, desprinderea catodică, absorbția apei și rezistența la penetrare. Sistemul de izolare pasivă trebuie ales astfel încât să se asigure o densitate de curent de 20 μA/m2 la punerea în funcțiune a instalațiilor de protecție catodică. În cazul îmbinărilor electroizolante montate îngropat, pe o distanța de 5 m de fiecare parte a îmbinării se aplică pe conductă o izolație superioară față de izolația de pe restul conductei.

Pe porțiunea de traseu aflată sub influența curenților de dispersie, conductelor trebuie să li se aplice izolația de gradul cel mai înalt.

La traversarea liniilor de tramvai sau a căilor ferate electrificate, unde conductele de gaze se instalează în tuburi de protecție metalică indiferent de agresivitatea solului, conductele trebuie să fie prevăzute cu izolația de gradul cel mai înalt, pe o distanta de minim 3 m de o parte și alta a tubului de protecție.

Tabelul 6.1. Caracterizarea rezistivității specifice funcție de agresivitatea solului

Selecționarea metodei optime de izolare a conductelor metalice ce urmează a se îngropa în funcție de condițiile din teren și amplasament, este o cerință impusă de apariția unei game largi de sisteme de izolare, generată de apariția de noi materiale, tehnologii și echipamente.

Principalele cinci sisteme de izolare acceptate actualmente pe plan mondial, ca fiind cele mai potrivite pentru protecția exterioară a conductelor metalice sunt următoarele:

izolarea cu bitum din produse petroliere;

izolarea cu material pe bază de gudron de cărbune;

izolarea cu polietilenă de medie și înaltă densitate, extrudată;

izolarea cu benzi din polietilenă aplicate la rece;

izolarea cu rășini epoxidice.

Izolarea exterioară a conductelor metalice în soluția utilizării bitumenului și a diferitelor împâslituri de armare și izolare (împâslituri de fibră de sticlă, hârtie specială, iută, etc.) prezintă dezavantaje certe din punct de vedere al realizării acestora în condiții de șantier, a calității materialelor utilizate și a productivității, fapt ce a determinat și utilizarea altor soluții ca de exemplu benzile din mase plastice. Benzile din mase plastice pot fi din policlorură de vinil sau polietilenă, fabricate special pentru a servi ca material de protecție mecanică a izolațiilor exterioare ale conductelor metalice îngropate.

Sistemul de izolare ales în cadrul proiectului este cel cu benzi din polietilenă aplicate la rece deoarece îndeplinește toate cerințele impuse.

Avantajele ale acestui sistem de izolare sunt următoarele:

– cea mai mare viteză de realizare în comparație cu celelalte sisteme de izolare;

– nu necesită încălzirea suprafețelor metalice sau a materialului anticorosiv, aplicându-se la temperatura mediului ambiant;

– porozitate foarte bună;

– aderență foarte bună la suprafețe metalice și între straturile izolației;

– degradarea în timp a izolației mult mai mică decât în cazul bitumului din produse petroliere și a gudronului de cărbune;

– bună rezistență la desprinderea datorată supra-protecției catodice;

– rezistență foarte bună la factorii biologici;

– rezistență bună la toate clasele de stres ale solului;

– rezistență bună la impact și abraziune;

– bună rezistență la desprindere catodică datorată supra-protecției catodice.

Dezavantajele sistemului sunt următoarele:

– rezistență slabă la penetrarea prin forțe naturale;

– degradarea în timp a izolației mai mare decât în cazul polietilenei extrudate și rășinilor epoxidice;

– risc de deteriorare la contactul cu corpuri ascuțite.

Tehnologia de aplicare a izolației este următoarea: Curățirea țevilor de rugină (care se realizează prin sablare sau cu perii de sârmă), zgură,corpuri străine, grăsimi, etc.;

uscarea suprafeței exterioare a țevii;

aplicarea grundului/materialului adeziv corespunzător;

aplicarea izolației.

Benzile auto-adezive din polietilenă se aplică la rece, în următoarea structură:

– grund, aplicat pe suprafața metalică corespunzător curățată;

– banda de protecție interioară (anticorosivă): se aplică peste stratul de grund, gradul de suprapunere a marginilor de bandă fiind cuprins între 1 inch și 50% din lățimea benzii;

– banda de protecție exterioară (protecție mecanică): se aplică peste banda interioară, suprapunerea realizându-se în aceleași condiții ca mai sus.

În Anexa 9 se găsește consumul de izolație pe dimensiunile sistemului proiectat.

Controlul final al izolației se realizează la cel puțin 3 zile de la aplicare, astfel:

– controlul vizual al suprafețelor izolate și al zonelor speciale;

– controlul continuității dielectrice la (10…12) kV, în funcție de umiditate și grosimea izolației;

– controlul aderenței izolației la suprafața țevii prin teste de desprindere sub unghi (cu măsurarea tensiunii de întindere).

6.1.4. Protecția catodică a sistemului

Protecția catodică constă în fapt în aducerea în exces de electroni pe suprafața de contact metal-electrolit cu scopul de a împiedica ieșirea ionilor metalici pozitivi spre electrolit. În acest fel metalul se încarcă negativ, primind excesul de electroni, respectiv protecția catodică constă în reducerea potențialului metalului în raport cu solul-electrolit.

Protecția catodică se poate aplica:

în absența curenților vagabonzi, urmărind să se coboare potențialul metalului, în raport cu solul, sub valoarea admisă ca reper;

în prezența curenților vagabonzi urmărind dirijarea, canalizarea și readucerea la sursă din care provin ei, evitând producerea electrolizelor de către aceștia.

6.1.4.1. Protecția în absența curenților vagabonzi

a) Protecția prin anozi solubili sau prin anozi reactivi, care constă în crearea artificială a unor pile galvanice în care conducta de protejat este catod, iar anozii (material de sacrificiu) sunt îngropați în apropierea conductei. În acest caz electrolitul este solul iar închiderea circuitului se realizează printr-un conductor metalic.

Protecția prin anozi solubili poate fi aplicată în soluri cu rezistivitate sub 50 Ω·m și în general la rețele scurte, de maximum 5 km lungime.

b) Protecția catodică clasică, care se mai numește și protecție catodică prin absorbție sau sustragere de curent. Ca și protecția catodică prin anozi solubili, protecția catodică clasică realizează menținerea potențialului conductei sub potențialul electrolitului, mărind potențialul solului în raport cu conducta.

Pentru protecția catodică clasică se folosește o sursă exterioară de curent continuu (generator, baterie sau redresor alimentat din rețea) la al cărui pol pozitiv se leagă un anod (deversor) constituind materialul de sacrificiu, la polul negativ legându-se conducta protejată. Curentul de protecție circulă de la sursă, printr-un cablu metalic, la anod, de la aceasta prin sol la conducta de protejat (catod), iar de la aceasta, printr-un conductor metalic, se reîntoarce la polul negativ al sursei.

6.1.4.2. Protecția în cazul existenței curenților vagabonzi

Protecția prin drenaj electric se referă la reducerea artificială a potențialului conductei de protejat prin legătura făcută cu un conductor metalic între zona de protejat a conductei (zona de ieșire a curenților vagabonzi) și un punct al conductorului căii de tracțiune pus la pământ, urmărindu-se ca acest punct să aibă un potențial suficient de scăzut, față de potențialul conductei. Curenții vagabonzi părăsesc șina prin sol (conductivitate ionică cu deplasare de material care generează corodarea conductei) și trebuie înapoiați la șină, prin conductorul de drenaj, sub formă de curent electric, fără deplasare de material.

Drenajul electric poate fi simplu sau polarizat:

a) Drenajul electric simplu presupune legătura metalică de colectare a curenților vagabonzi din conductă într-un punct de dirijare a acestora către șină sau conductorul căii de tracțiune în curent continuu, respectându-se condițiile de potențial maxim de protecție. Metoda se utilizează numai când nu există pericolul inversării în timp a sensului curentului drenat.

Dacă potențialul conductei scade, datorită legăturii de drenaj, sub valoarea potențialului de protecție minim admis (pentru conductele de oțel, –1,2 V, potențialul maxim admis fiind de –0,85 V pentru supra-drenaj), se intercalează în legătura de drenaj o rezistență cu care se reglează potențialul în limitele de protecție.

b) Drenajul electric polarizat se folosește în cazul în care există pericolul inversării în timp a curentului drenat, în circuitul de drenaj se intercalează elemente care să împiedice fenomenul ca de exemplu: relee electromagnetice de polarizare, celule redresoare etc.

6.1.4.3. Îmbinări electroizolante

Indiferent de tipul protecției catodice, se întâlnesc situații în care porțiuni de conducte și instalații tehnologice aferente intercalate nu sunt sau nu pot fi supuse protecției. Din această cauză precum și datorită altor considerente, conductele protejate activ (catodic), trebuie separate electric de cele neprotejate prin îmbinări electroizolante.

Detaliind îmbinările electroizolante, trebuie:

– să separe două porțiuni de conductă care, datorită deosebirilor de material sau de mediu înconjurător pot forma o pilă galvanică, în detrimentul uneia dintre ele;

– să izoleze o conductă sau o rețea care urmează să fie protejată catodic, de alte conducte, neprotejate, care ar putea acționa ca un sistem parazit mărind cantitatea de curent necesară;

– să separe o conductă sau un sistem de conducte, fie pentru comoditatea funcționării instalației de protecție pe una din ele, fie pentru că necesitățile de curent, diferențiate pe porțiuni diferite, impun folosirea de sisteme de protecție separate.

6.1.5. Calculul principalilor parametrii ai protecției catodice

Tipul de protecție activă ales este cel clasic prin injecție de curent. Astfel că utilizând injectoare de curent, curentul de protecție este completat de stații de transformare-redresare amplasate între conductă și anodul îngropat. Se utilizează și protecție realizată cu anozi din Fe-Și sau grafit.

Caracteristicile stației sunt următoarele:

puterea consumată de stație: 100 W;

lungimea unei zone de conductă protejată catodic cu o stație este de 20 km;

fiecare stație va folosi câte trei anozi cu diametrul de 0,180 m.

Metodologia proiectării stațiilor de protecție catodică este prezentată în Anexa 16.

Având în vedere parametrii stației de protecție catodice rezultați în urma calculelor de proiectare și luând în considerare lungimea și configurația sistemului proiectat putem spune:

pentru conducta de aducțiune în lungime de 43 km de la Bilciurești până la cuplarea în conducta inelară este nevoie de 2 stații de protecție catodică amplasate la 10 și 30 km de punctul de plecare al conductei;

pentru conducta care realizează rezervorul inelar ce înconjoară municipiul București în lungime de 120 km este nevoie de 6 stații de protecție catodică.

6.1.6. Întreținerea protecției anticorosive pasive și active

S-a constatat că incidența evenimentelor provocate de îmbătrânirea materialului tubular s-a dovedit a fi mult mai mică decât cea care se așteaptă, numărul evenimentelor fiind de cca. 1 % din totalul accidentelor posibile. Pe de altă parte, factorii de risc pentru conductele magistrale sunt datorate coroziunii externe, ceea ce presupune luarea unor măsuri care să determine asigurarea unei siguranțe maxime în exploatare, protejarea mediului înconjurător și reducerea costurilor în exploatare. Prin protejarea anticorosivă corespunzătoare a conductelor de transport se obține o eficiență tehnico-economică de zeci de ori mai bună față de conductele neprotejate. De asemenea, alegerea soluției de protecție pasivă din punct de vedere al materialului folosit, este o opțiune ce nu trebuie privită numai prin prisma costului inițial. Prin protecție activă (catodică) alegerea tipului și a numărului de stații de injecție ca și a numărului de anozi de sacrificiu, trebuie realizată pentru condițiile cele mai nefavorabile, deoarece acestea variază în timp (umiditatea și agresivitatea solului, modificarea caracteristicilor protecției pasive, eventuale accidente, etc.). Datorită variației corelațiilor între protecția pasivă și activă și a altor condiții de influență se impun următoarele:

ridicarea curbelor de potențial cel puțin între punctele de injecție (minim de 2 ori pe an);

realizarea unor sisteme ce reglează automat valoarea curentului de injecție în funcție de valoarea punctului minim al curbelor de potențial, practicile moderne, urmărind aceste lucruri printr-un sistem de teletransmitere centralizat;

respectarea normativelor la realizarea tuburilor de protecție, a măsurilor ce trebuie luate la încrucișări sau vecinătăți de conducte, dotarea cu îmbinări electroizolante, etc.;

urmărirea variației agresivității solului datorată unor factori exteriori de influență, ca, de exemplu, poluarea acestuia cu substanțe chimice.

Nerespectarea acestor imperative au condus în cadrul industriei gaziere din România la o protejare anticorosivă necorespunzătoare pentru cel puțin 50 % din conductele de transport existente, având consecințe deosebit de grave, materializate prin apariția unui număr mare de coroziuni ce determină pierderi importante de gaze, accidente tehnice, întrerupere în funcționare și intervenții costisitoare.

6.1.7. Coroziunea interioară

Gazele naturale sunt considerate mediu coroziv în funcție de compoziția lor, dacă antrenează apă din zăcământ, sau dacă temperatura punctului de rouă al vaporilor de apă este deasupra temperaturii minime care ar putea-o atinge gazele pe traseu și prin urmare poate apărea apa de condens.

Apa reține componenții acizi din gaze, ca H2S și CO2, iar concentrația crește cu presiunea gazelor și fluidul devine puternic coroziv.

Din această cauză se impune reținerea apei libere și a fracțiilor grele de hidrocarburi din gazele extrase,înaintea introducerii acestora în principalele conducte colectoare și cele de transport, precum și a apei sub formă de vapori prin instalații specializate (stații de dezbenzinare, de deetanizare, de uscare, separatoare etc.). Chiar dacă se iau măsurile de reținere a fluidelor din curentul de gaze în câmpurile de producție, totuși trebuie prevăzute măsuri corespunzătoare și pe conductele de transport, pentru a prelua situații accidentale la producători, sau pentru a face față condensării vaporilor de apă în funcție de variația parametrilor (temperatură și presiune în timpul transportului sau în instalațiile tehnologice aferente). În afara dispozitivelor de reținere a lichidelor din curentul de gaze la producători, în timpul transportului în funcție de natura gazului și condițiile specifice, se pot utiliza și următoarele măsuri:

– introducerea în curentul de gaze a unor inhibitori, încă de la ieșirea din capul de erupție al sondelor;

– ridicarea temperaturii gazelor peste temperatura punctului de rouă.

Aceste măsuri teoretic sunt suficiente numai în lipsa lichidelor libere, dar sunt extrem de costisitoare.

Metodele de protejare a conductelor față de coroziunea interioară sunt următoarele:

a) Metoda de acoperire interioară a țevilor prin pulverizarea la înaltă presiune a substanțelor adezive. Metoda constă în realizarea la producătorul țevilor a peliculizării interioare [(0,8…1,2) mm grosime], cu substanțe adezive (rășini epoxidice) prin depunerea acestora în două sau trei straturi pe suprafața interioară.

Operația se realizează cu ajutorul unor dispozitive și echipamente care conduc la pulverizarea la înaltă presiune a substanțelor adezive și cuprinde următoarele operațiuni:

sablarea cu nisip până la luciu metalic a pereților interiori ai țevilor;

protejarea în interior a țevilor, pe lungimea de cca. 150 – 200 mm la ambele capete cu vaselină, pentru a evita depunerea adezivilor pe aceste porțiuni;

peliculizarea interioară a conductelor sub presiune (dispozitiv cu turbină pneumatică și cu disc, sau dispozitiv cu pistol); viteza dispozitivului de pulverizare este de cca. (2…2,5) m/min;

rotirea țevilor după operația de peliculizare, timp de (8…16) ore, atât în vederea repartizării omogene a amestecului adeziv pe suprafața interioară cât și pentru polimerizarea rășinilor și evaporarea toluenului.

b) Metoda de acoperire în interior a țevilor prin depunerea substanțelor adezive cu dublu godevil. Metoda constă în realizarea peliculizării interioare [(0,8…1,2) mm grosime] cu substanțele adezive prin depunerea acestora în două sau trei straturi pe suprafața interioară a conductelor. Dispozitivul de realizare a depunerilor interioare a substanțelor adezive este compus dintr-o cameră de lansare la un capăt al conductei, o cameră de primire la capătul opus și un sistem de 2 godevile, unul cu rol de curățire a suprafeței interioare cu ajutorul unor perii de sârmă și cel de doilea cu pahare de cauciuc pentru depunerea adezivului, ambele fiind acționate de diferența de presiune amonte/aval de godevil. Dacă se impune depunerea substanțelor adezive în mai multe straturi, la următoarele treceri se utilizează două godevile cu pahare de cauciuc, între care se găsește substanța de depus, obținându-se, în acest fel, depuneri între (1,25…0,75) mm. Soluția aleasă împotriva coroziunii interioare este tratarea corespunzătoare a gazelor naturale pentru reținerea apei libere și a celei sub formă de vapori pentru a nu se forma acizi slabi cu constituenții gazelor naturale și reținerea înaintea introducerii în conducte a particulelor solide prin filtrare pentru evitarea erodării abrazive a conductelor.

Singura metodă de protecție pasivă a interiorului conductelor împotriva coroziunii o constituie emailarea interioară a țevilor de către fabricant, soluție ce datorită unor factori economici nu se utilizează în România.

6.2. Dimensionarea stației de reglare și măsurare a gazelor

Stația de predare-primire: ansamblul instalațiilor de reducere și reglare a presiunii, măsurare a debitului, filtrare și odorizare, prin care gazul din conductele de transport (p > 6 bar) intră în sistemul de distribuție sau în instalația de utilizare a unor consumatori importanți.

În general, stațiile de reglare–măsurare (S.R.M.) se pot executa în diferite forme constructive, funcție de parametrii funcționali și condițiile de amplasare. Reglementarea proiectării și construcției S.R.M.-urilor este prevăzută de normativele I6-86 și I27-82.

În cazul S.R.M. de predare-primire, acestea se compun din următoarele module:

instalația de încălzire (opțională), prin care agentul de lucru este adus la o temperatură de (15…20) °C, în special când diferența de presiune între intrare și ieșire este > (8…10) bar;

instalația de separare (opțională); în cazul unui conținut ridicat de particule solide și lichide, se impune o separare a acestora înaintea filtrării, folosind fie separatoare orizontale îngropate fie separatoare centrifugale tip ciclon, sau alte tipuri;

instalația de filtrare, compusă din filtre verticale sau orizontale;

instalația de reglare care poate fi într-o treaptă sau două trepte, în funcție de p și de caracteristicile regulatoarelor utilizate și care sunt prevăzute cu dispozitive de blocare la sub– și supra–presiune;

instalația de măsurare care poate fi înainte sau după modulul de reglare folosind un aparat de măsură omologat (contor cu turbină cu corector electronic, element deprimogen și calculator de debit, etc.);

instalația de odorizare (opțională), folosită ca o măsură de siguranță pentru consumatorii de gaze și care se poate face cu odorizatoare prin evaporare sau prin injecție. În Anexa 11 este prezentată o schemă de principiu a unui odorizator cu fitil care este utilizat la S.R.M.-ul proiectat.

Pe lângă aceste module, S.R.M.-urile se mai prevăd cu manometre, termometre, manometre diferențiale, indicatoare de nivel cu sticlă sau magnetice.

Deoarece fluxul tehnologic al S.R.M.-ului nu permite întreruperi ce pot apărea datorită unor avarii sau revizii, S.R.M. este prevăzut cu ramură de rezervă care poate prelua din mers fluxul tehnologic al gazului de la ramura care nu funcționează.

Parametrii de funcționare ai stației de reglare sunt:

presiunea de intrare a gazelor: p1 = (35…9) bar;

presiunea de ieșire a gazelor din stație: p2 = 2 bar;

debitul de gaze reglat de stație: Qmax = 50.000 m3N/h.

6.2.1. Calculul de dimensionare a instalației de separare

Cel mai răspândit mijloc de reținere a impurităților lichide din gazele naturale este separatorul orizontal îngropat.

Pentru alegerea separatorului vom impune condiția ca viteza gazelor pe racordul de intrare în separator să fie mai mică de 30 m/s.

(6.1)

unde: wg = 30 m/s este viteza gazului, QN = 50.000 m3N/h – debitul nominal, DN – diametrul nominal al conductei, în cm, iar p = 27 bar – presiunea relativă din conductă.

Înlocuind în formula (6.1) avem:

Constructiv se alege un separator orizontal îngropat Dn 150 Pn 40.

6.2.2. Calculul de dimensionare a instalației de filtrare

În stația de reglare–măsurare se va monta pe fiecare linie un filtru grosier (finețea filtrării de 360 µm) și un filtru fin (finețea filtrării de 160 µm).

Se calculează debitul în condiții de lucru cu ajutorul formulei următoare:

(6.2)

unde: Q1 – debitul în condiții de lucru, în m3/h, QN – debitul în condiții normale, în m3N/h, T1 = 278,15 K – temperatura de lucru a gazelor, TN = 273,15 K – temperatura normală a gazelor, p1 = 40 bar; pN = 1,01325 bar – presiunea gazelor în condiții normale, Z1 = 0,88 – factorul de abatere al gazelor în condiții de lucru, iar ZN = 1 – factorul de abatere al gazelor în condiții normale.

În acest caz debitul în condiții de lucru este:

Impunând o viteză maximă a gazelor prin filtru de 16 m/s, se alege un filtru Dn 150 Pn 40.

6.2.3. Calculul de alegere a aparaturii pneumatice

La alegerea unui regulator pentru anumite condiții date de presiune de intrare p1, presiune de ieșire p2 și debit Q, se procedează astfel:

1. Se stabilește regimul de curgere:

(6.3)

(6.4)

2. Se calculează coeficientul de debit KG folosind relațiile:

– pentru regimul de curgere supracritic:

(6.5)

– pentru regimul de curgere subcritic:

(6.6)

3. Valorile obținute pentru KG se compară cu valorile din tabelul dat de producătorul aparatului și se alege regulatorul care are valoarea coeficientului.

4. După alegerea regulatorului din punct de vedere al KG–ului se verifică condiția ca viteza gazului prin regulator să fie sub 60 m/s. În cazul în care condiția de mai sus nu este îndeplinita pentru tipul de regulator stabilit la punctul anterior, se va alege o altă mărime.

5. După alegerea regulatorului și din punctul de vedere al vitezei gazului, se va determina pentru mărimea de regulator aleasă debitul maxim (Qmax) și minim (Qmin) care pot trece prin aparat.

Astfel, pentru regimul de curgere supracritic avem:

(6.7)

(6.8)

iar pentru regimul de curgere subcritic avem:

(6.9)

(6.10)

6.2.3.1. Alegerea regulatoarelor pentru treapta 1 de reglare

În formulele (6.3), (6.4), (6.5), (6.6), (6.7), (6.8), (6.9) și (6.10) se introduc următoarele date: p1 = 28 bar, p2 = 15 bar, Q = 50.000 m3N/h. Se calculează regimul de curgere:

deci regimul de curgere este subcritic. Se calculează valoarea coeficientului de debit KG pentru regimul de curgere supracritic:

Conform tabelelor date de producător se alege regulatorul RPA3 Dn 150 Pn 64.

Viteza gazului prin regulator este:

Respectându-se viteza, se adoptă regulatorul RPA3 Dn 150 Pn 64.

În funcție de regulatorul adoptat se calculează debitele:

6.2.3.2. Alegerea regulatoarelor pentru treapta 2 de reglare

În formulele (6.3), (6.4), (6.5), (6.6), (6.7), (6.8), (6.9) și (6.10) se introduc următoarele date: p1 = 15 bar, p2 = 2 bar, Q = 50.000 m3N/h. Se calculează regimul de curgere:

adică regimul de curgere este supracritic.

Se calculează valoarea coeficientului de debit KG pentru regimul de curgere supracritic:

Conform tabelelor date de producător se alege regulatorul RPA6 Dn 200 Pn 16.

Viteza gazului prin regulator este:

Respectându-se viteza (v < 150 m/s), se adoptă regulatorul RPA6 Dn 200 Pn 16.

În funcție de regulatorul adoptat se calculează debitele:

6.2.4. Calculul de dimensionare a instalației de încălzire

Cantitatea de căldură necesară pentru încălzire a gazelor se determină cu relația:

(6.11 )

unde: Q = 50.000 m3N/h este debitul de gaze încălzite, cp = 0,831 J/(kg·K) – căldura specifică la presiune constantă, = 0,717 kg/m3 – densitatea gazului,

(6.12)

în care: T1 este scăderea de temperatură la laminarea gazelor, T2 – diferența de temperatură între temperatura necesară a gazelor la ieșirea din S.R.M. și temperatura de intrare a gazelor,

(6.13)

pe – presiunea gazelor la intrarea în S.R.M., în bar, pa – presiunea gazelor la ieșirea din S.R.M., în bar;

T2 = Te – Ta , (6.14)

Te – temperatura necesară gazelor la ieșirea din S.R.M., Ta – temperatura gazelor la intrarea în SRM;

(6.15)

Qu – cantitate de căldură utilă, în kW/h, iar = 0,85 – randamentul schimbătorului de căldură.

În ecuația (6.13) introducem următoarele date: pe = 28 bar, pa = 2 bar și obținem:

În formula (6.14) introducem următoarele date: Ta = 10 °C = 283 K și Te = 5° C = 278 K, apoi obținem T2 = 283 – 278 = 5 K.

Înlocuind în formula (6.12) obținem:

Tges = 13 + 5 = 18 K ,

iar din relația (6.11) vom avea:

Qi = 50.000·0,717·0,831·18 = 536.244 kJ/h .

Înlocuind în formula (6.15) avem:

Qu = = 630.875,2 kJ/h .

În concluzie, vom alege un încălzitor indirect de gaze vertical Dn 150 Pn 40.

6.2.5. Calculul de dimensionare a instalației de măsurare

În cadrul stației de reglare-măsurare gaze naturale, contorul cu turbină se va monta în aval de instalația de reglare. Având în vedere că debitul maxim este de 50.000 m3N/h, pentru presiunea de ieșire p2 = 2 bar a fost ales un contor FLUXI 2000 TZ G.16000 Dn 200.

Parametrii tehnici ai contorului sunt următorii:

Qcont max = 25.000 m3/h;

Qcont min = 1.300 m3/h.

Pentru o presiune minimă pe contor (p1 min), contorul va trebui să măsoare debitul maxim Qmax ceea ce înseamnă că:

Qmax m = Qcont max (p1 min + p0) , (6.16.a)

unde: Qmax m este debitul maxim măsurat de contor, iar p0 = 1,01325 bar este presiunea atmosferică, deci

Qmax m = 25.000·(2 + 1,013) = 75.325 m3N/h .

Debitul minim măsurat va fi:

Qmin m = Qcont min(p1 min + p0) , (6.16.b)

Qmin m = 1.300·(2 + 1,013) = 3.916 m3N/h

6.2.6. Calculul de dimensionare a conductelor de intrare, de ieșire

și by-pass ale S.R.M.-ului

Diametrul nominal al conductelor, Dn, se calculează cu formula:

(6.17)

unde: wg este viteza gazului (wg < 30 m/s la intrare și wg < 25 m/s la ieșire), Qmax – debitul maxim, în m3N/h, Dn – diametrul nominal al conductei, în cm, pmin – presiunea minimă din conductă, în bar.

Astfel, pentru conducta de intrare în stație avem:

Constructiv, se alege o țeavă Dn 150 mm, cu de = 168,3 mm și g = 5,6 mm conform SREN 10208-2.

Pentru conducta de ieșire din stație vom avea:

Constructiv, se alege o țeavă Dn 500 mm, cu de = 506 mm și g = 6 mm conform SREN 10208-2.

Pentru conducta de by-pass avem următoarele caracteristici:

– trebuie să asigure funcționarea stației în condiții de avarie;

– Qby-pass reglare = 0,3Qmax, unde Qmax = 50.000 m3N/h;

– wg max = 35 m/s;

– pmin by-pass = 10 bar;

– pmax by-pass = 30 bar.

Conducta se dimensionează astfel:

Constructiv, se alege o țeavă Dn 150 mm, cu de = 168,3 mm și g = 5,6 mm conform SREN 10208-2.

6.3. Automatizarea funcționării sistemului proiectat

Automatizarea poate fi completă, în sensul că valorile majore înregistrate de presiune vor fi trimise la distribuitor unde există un calculator de proces care analizează datele și apoi comandă conform programului de optimizare, decizia optimă, transmisă prin cablu postului care a transmis informația. De asemenea, automatizarea poate fi parțială, în sensul că fluctuațiile calculatorului sunt prelevate de un operator care supraveghează dintr-un dispecerat, ia măsurile necesare în funcție de situațiile create, comandând echipei de intervenție operațiile ce se impun. Primul procedeu este mult mai eficient și mai rapid, dar este foarte scump și nu se justifică din punct de vedere economic. Din acest motiv s-a optat pentru a doua variantă, cu toate că modul de lucru poate fi influențat de factori subiectivi.

Postul local de control preia informațiile de la un traductor de presiune, care transformă mărimea neelectrică într-o mărime electrică semnal unificat (4…20) mA, astfel încât pentru 6 bar corespund 4 mA, iar pentru 60 bar corespund 20 mA.

Aceste semnale intră într-un miliampermetru regulator care indică vizual valoarea presiunii directe și semnalizează local ieșirile din limitele de siguranță ale presiunii, precum și într-un convertor curent – tensiune.

Semnalul de ieșire din convertorul I/U intră în convertorul analog–numeric, iar acest semnal de ieșire este decodificat la postul de control. Pentru adaptarea semnalului spre, sau de la dispecer pe linia telefonică, postul local mai trebuie prevăzut cu amplificatoare de semnal.

Funcțiile dispecerului sunt importante, căci el poate sesiza apariția unei defecțiuni și poate izola sectorul unde există pierderi de gaze. De asemenea, prin măsurarea presiunii la ieșirea din S.R.M. se pot depista defecțiuni majore sau mărirea consumului normal prevăzut.

La o creștere a consumului în rețeaua de distribuție a orașului, dispeceratul poate comanda intrarea în funcțiune a unor noi capacități de alimentare cu gaze a rețelei de distribuție, evident în funcție de disponibilul de gaze.

Din inelul de medie presiune, gazele pentru a putea fi utilizate la presiunile joase din inelul de distribuție, trebuie să treacă prin S.R.M. Această stație, pe lângă faptul că realizează reglarea presiunii și măsurarea cantității de gaze livrate consumatorului, realizează și o uscare prin folosirea unei baterii de separatoare.

Grupul de separatoare orizontale realizează o separare brută a amestecului gazos. Funcționarea lor corectă impune automatizarea evacuării lichidului depus între ele, care este colectat într-un acumulator de lichide aflat în vecinătatea S.R.M.-ului.

Automatizarea acestor separatoare constă dintr-un regulator de nivel cu plutitor care comandă deschiderea sau închiderea robinetului de evacuare a lichidului, după cum nivelul lichidului în separator atinge cota maximă sau minimă (se folosește un regulator pentru fiecare separator). Pentru vizualizarea nivelului atins de lichid aparatele sunt dotate cu sticle de nivel, permițând și controlul funcționării corespunzătoare a evacuării lichidului.

În continuare, gazul trece printr-o a doua treaptă de separare sau poate intra direct în sistemul de reglare a presiunii. Această etapă este necesară pe timp de iarnă când au loc condensări puternice pe conductă, mai ales în instalațiile de reglare și măsurare, unde conductele sunt supraterane sau în cazul neefectuării unei geodevilări corespunzătoare pe traseu, fapt care duce la îngustări de secțiuni de trecere, care realizând laminarea gazului, duce la condensări ulterioare și deci, la mărirea umidității lui.

Se prevede un tablou pentru semnalizarea acustică a depășirii limitelor de nivel în separator pentru o bună evacuare.

Pentru buna funcționare a ansamblului se execută o măsurare locală a temperaturii gazului, înainte de intrarea în încălzitor, cât și una cu semnalizare la un panou a depășirii limitei minime de temperatură, măsurare ce se va executa după reglare, gazul este măsurat și apoi este livrat rețelei de joasă presiune.

În momentul în care presiunea gazului livrat prin S.R.M. scade sub valoarea de 2 bar, această situație va fi semnalizată de către postul local de măsură a presiunii la un dispecerat unde se va comanda o alimentare a inelului de joasă presiune din zăcământul Bilciurești.

Dacă situația continuă să se înrăutățească, dispeceratul poate dispune alimentarea directă a inelului de distribuție de joasă presiune direct de la zăcământul de bază prin by-pass-ul inelului de înaltă presiune, care nu-și mai poate regenera, prin înmagazinare, capacitatea de gaze în mod util, și scoaterea acestuia din funcționare.

Pe măsură ce consumul excesiv scade, este deschis ventilul de alimentare al inelului care începe să acumuleze gaze și în momentul în care presiunea în inel ajunge la cca. 12 bar, la comanda dispeceratului se deschide ventilul de la ieșirea din S.R.M., repunându-se astfel în stare de funcționare rezervorului distribuitor de înaltă presiune, în paralel cu aceasta întrerupându-se alimentarea directă prin by-pass de la zăcământul de la Bilciurești.

6.4. Aspecte economice

Traseul sistemului proiectat este încadrat astfel:

– 10 km în clasa I de locație;

– 153 km în clasa II de locație.

Având în vedere că sistemul proiectat este compus din două tipuri de țeavă, prețurile sunt următoarele:

– la Dn 600: 95 €/m pentru g = 8,8 mm, respectiv 105 €/m pentru g = 10 mm;

– la Dn 1100: 295 €/m pentru g = 12,5 mm, respectiv 315 €/m pentru g = 14,5 mm.

Prin lucrarea de montaj a conductei se înțelege săparea șanțului, izolarea țevii, sudarea țevii, lansarea țevii, izolarea pe traseu a porțiunilor sudate, astuparea conductei, probarea conductei și refacerea zonei afectate de lucrări. Cheltuielile pentru montaj sunt următoarele:

Montaj în clasa I de locație:

– 140.000 €/km pentru Dn 600;

– 160.000 €/km pentru Dn 1100;

Montaj în clasa II de locație:

– 120.000 €/km pentru Dn 600;

– 140.000 €/km pentru Dn 1100;

Traversările drumurilor județene, căilor ferate și al râurilor se vor executa subteran, costul total al lucrărilor fiind estimat la valoarea de 7.200 €/m pentru Dn 600, respectiv 8.600 €/m pentru Dn 1100, cu toate componentele incluse.

La intervale de 16 km se montează câte un robinet de secționare de tip sferă cu acționare pneumatică pentru conducta de aducțiune, iar pentru cea inelară la distanțe de 24 km câte un robinet cu sertar pană. Costul acestora este de 20.000 € pentru cel tip sferă, respectiv 16.000 € pentru cel tip sertar pană.

Costul stației de reglare-măsurare este de 50.000 € iar al celei de protecție catodică este de 20.000 €.

Tabelul 6.2. Aspectele economice ale investiției

Cost total al investiției: 65.100.000 € adică 273.420.000 lei (pentru 1 € = 4,2 lei).

Capitolul 7

EXPLOATAREA SISTEMULUI DE TRANSPORT

7.1. Condiții de exploatare a sistemului de transport

Sistemul de alimentare a orașului București cu gazele necesare preluării deficitului zilnic de cca. 2,5·106 m3N pe timpul friguros se compune dintr-o conductă de aducțiune a gazelor de la Bilciurești Dn 600 x 8,8 mm și un acumulator inelar confecționat din țeavă Dn 1100 x 12,5 mm.

În momentul de față, rețeaua de gaze pentru alimentarea orașului București este compusă din trei inele periferice de distribuție, la primul fiind racordați toți consumatorii importanți, la al doilea consumatorii industriali de valoare medie, iar la al treilea consumatorii casnici, prinși într-o rețea de distribuție cuprinzând posturile de detentă I, II și III care asigură reglarea presiunii înainte de intrarea în rețeaua de distribuție a orașului. La acest ultim inel sunt racordați toți micii consumatori, inclusiv casnici sau de alte categorii.

Este deci vorba de trei distribuitoare inelare de gaze, respectiv de presiune medie (6…8 bar), presiune redusă (1,2…2 bar) și presiune joasă. Funcția lor comună este cea de înmagazinare a gazelor în perioadele de consum minim și de satisfacere a unui consum de vârf din cantitatea de gaze acumulată. Ele se deosebesc prin faptul că inelul exterior nu funcționează ca un distribuitor, deoarece prin utilizarea unor presiuni înalte (20…30 bar), caracteristice unor conducte magistrale de transport gaze, el are o funcție de transport și înmagazinare a gazelor.

În condițiile unor fluctuații permanente ale consumului de gaze, funcționarea eficientă a sistemului proiectat impune automatizarea lui. Automatizarea sistemului de înmagazinare-transport – reglare și de măsurare-alimentare permite utilizarea cu randament sporit a acestuia.

Cunoașterea variației presiunii în anumite puncte poate duce la o preîntâmpinare a avariilor sau poate da o imagine asupra consumului din rețeaua de distribuție la care este conectat acumulatorul inelar.

Sistemul proiectat trebuie exploatat în condițiile de funcționare pentru care a fost conceput, astfel:

1. Conducta de aducțiune a gazelor de la Bilciurești la București (proiectată pentru debitul de 250.000 m3N/h) va livra gaze pe parcursul a 10 ore din timpul nopții, între orele 20 și 6 dimineața, în perioada celor 150 de zile friguroase de iarnă.

2. Regimul de presiuni al conductei fiind impus de presiunea gazelor de la capul de erupție al sondelor de extracție = 42 bar și respectiv de valoarea presiunii de înmagazinare în acumulatorul inelar din București = 35 bar.

3. Zilnic, la ora 6 dimineața se va închide robinetul Ra de acces în acumulator și se va deschide robinetul Rg de golire al acestuia în rețeaua de distribuție a orașului București. Presiunea la care are loc procesul de golire este de 2 bar, presiune menținută pe tot parcursul golirii în avalul robinetului.

4. Acumulatorul inelar de gaze trebuie să înmagazineze cele cca. 2,5·106 m3N de gaze în cele 10 ore pe noapte cât livrează conducta de aducțiune și să se golească în următoarele 10 ore în rețeaua de distribuție a orașului București.

5. Intervalul orar pentru descărcarea gazelor din acumulator (de la 6 dimineața la 16 după amiază) în rețeaua de distribuție este ales astfel încât să satisfacă cerințele maxime de consum și datorită faptului că pe intervalul 16…20 seara consumul necesar este asigurat prin rețeaua existentă fără a fi nevoie de alte supliniri.

6. Intervalul orar de încărcare al acumulatorului (20…6 dimineața) este intervalul în care consumul este cel mai mic din toata perioada de 24 ore a unei zile.

7. Funcționarea acestui acumulator, confecționat din țeavă pentru conducte în scopul realizării celor două procese, de acumulare și respectiv de serviciu, va fi condiționată de respectarea următorului regim de presiuni pentru care a fost conceput.

Astfel, pentru cele două procese vom avea următoarele procese.

1. Procesul de umplere

Figura 7.1. Diagrama presiunii la umplere

Presiunea de alimentare cu gaze din conducta de aducțiune: pa = 35 bar.

Presiunea din inel la începutul procesului de umplere (minimă): pmin = 8 bar.

Presiunea la care se ajunge după cele 10 ore (maximă): pmax = 33 bar.

Regimul este caracterizat prin următoarele valori ale presiunii gazelor, în bar, în capătul final al acumulatorului inelar, în amonte de robinetul de golire, pe parcursul celor 10 ore de funcționare în regim de acumulare, extrase din listingul programului Umplere, care sunt evidențiate prin diagrama din figura 7.1.

2. Procesul de golire

Presiunea din inel la începutul golirii: pmax = 33 bar.

presiunea din avalul robinetului de golire: prob = 2 bar.

presiunea din inel la sfârșitul procesului de golire; pmin = 8 bar.

Regimul este caracterizat prin următoarele valori ale presiunii gazelor, în bar, în capătul inițial al acumulatorului inelar, în aval de robinetul de acces, pe parcursul celor 10 ore de funcționare în regim de golire, extrase din listingul programului Golire, care sunt evidențiate prin diagrama din figura 7.2.

Figura 7.2. Diagrama presiunii la golire

7.2. Întreținerea sistemului proiectat

Întreținerea și repararea conductelor magistrale de transport gaze naturale reprezintă o obligativitate de maximă importanță pentru a se asigura continuitatea funcționării sistemelor și livrărilor de gaze naturale concomitent cu siguranța obiectivelor din vecinătate și protejarea mediului. În realizarea acestor obiective trebuie ținut seama de criterii tehnice și economice.

Există trei criterii tehnice:

1. Estimarea stării tehnice și a necesității unor categorii de lucrări, pe baza unor date statistice sau reglementări administrative.

2. Determinarea efectivă a stării tehnice prin observații, constatări în baza unor evenimente produse.

3. Determinări concludente ale stării conductelor, izolației pasive și altor factori de influență.

În funcție de politica economică a companiilor gaziere, se pot lua în considerare sub aspectul reînnoirii mijloacelor fixe trei criterii de amortizare, în cadrul aceleiași durate de viață, care corespunde necesităților de modernizare a instalațiilor tehnologice: amortizare uniformă, amortizare accelerata și amortizare întârziată.

În conformitate cu normativele și legislația în vigoare, societățile care dețin conductele magistrale de transport gaze naturale, sunt obligate să le exploateze în limita parametrilor normali pentru care acestea au fost proiectate, să execute lucrări de întreținere și revizii tehnice (I + RT), lucrări de reparații curente (RC) și lucrări de reparații capitale (RK), pentru a asigura caracteristicile tehnice de exploatare, furnizarea continuă a gazelor naturale consumatorilor și pentru a preîntâmpina ieșirea lor din funcțiune înainte de consumarea duratei normale de serviciu.

Prescripțiile cuprinse în cadrul acestui capitol se referă numai la conductele magistrale propriu-zise (între panourile de primire a gazelor naturale de la furnizori și stațiile de reglare și măsurare gaze prin care acestea se predau distribuțiilor de gaze) inclusiv anexele lor (traversări de râuri, traversări de căi de comunicații, armături, prize de potențial, marcaje etc.).

Societatea care exploatează conductele magistrale de transport gaze naturale are obligația să organizeze evidența necesară urmăririi exploatării, întreținerii și reparării acestora după cum urmează:

Evidența conductelor de gaze pe planuri de situație încă din faza de execuție pe baza proiectelor și cu ajutorul fișelor tehnice, în care se vor opera toate modificările survenite în perioada de exploatare.

Identificarea traseului conductei pentru care nu există planuri cu repere precise, efectuarea marcajelor corespunzătoare și întocmirea planurilor și a fișelor respective.

Urmărirea, înscrierea și ținerea evidenței parametrilor de exploatare a conductei în documentele primare de la punctele de lucru.

Stabilirea detaliată a modului de verificare a traseelor conductelor magistrale și a anexelor acestora pentru asigurarea funcționării normale și în condiții de siguranță.

Elaborarea graficelor de revizii și planurilor anuale de reparații a conductelor de gaze pe baza normativelor în vigoare și a defecțiunilor semnalate în exploatare;

Întocmirea și păstrarea tuturor documentelor de construcție, revizii și reparații pentru conductele magistrale (documentații în proiectare, din faza de construcție, de la reparațiile capitale, fișe de constatare, procese verbale și diagramele probelor de presiune, procesele verbale de recepție și de punere în funcțiune);

Evidența avariilor și a situațiilor apărute în decursul exploatării, păstrarea probelor de material tubular degradat etc.

Traseul fiecărei conducte magistrale de transport gaze naturale va fi controlat periodic (săptămânal sau lunar-în funcție de importanța conductei) de către personalul de exploatare, ocazie cu care se efectuează următoarele operații:

a) Urmărirea și evidențierea în documentele primare a presiunii în diferite puncte ale conductei.

b) Parcurgerea traseului conductei magistrale pentru a se verifica următoarele:

dacă pe traseul conductei și la anexele acesteia nu sunt emanații de gaze (semnalate prin îngălbenirea vegetației, zgomot, barbotare în apă sau puse în evidență cu ajutorul detectoarelor de gaze);

dacă pe traseul conductei și în zona adiacentă de protecție (minim 5 m de o parte și de alta) se execută lucrări care ar putea periclita integritatea acesteia;

dacă pe traseul conductei sau în vecinătatea ei nu s-au produs alunecări de teren, inundații, eroziuni de maluri, schimbări de cursuri de ape, amplasări de balastiere etc., care ar putea afecta stabilitatea conductelor, a traversărilor de ape, de căi de comunicații etc.;

dacă pe traseul conductei sau la distanțe mai mici decât cele prevăzute în norme, se realizează lucrări sau se amplasează obiective.

Toate situațiile deosebite, constatate cu ocazia verificărilor de traseu, vor fi anunțate în mod ierarhic și consemnate în documentele primare de la punctele de lucru, luându-se imediat măsurile ce se impun, care în cazuri deosebite pot merge până la scoaterea din funcțiune a conductei. În cazul unor trasee lungi sau dificile se va face o delimitare a zonelor controlate de personalul operativ și se va stabili periodicitatea adecvată de control a traseelor.

Traseele conductelor ce prezintă posibile alunecări de teren se recomandă să fie controlate zilnic, până la stabilizarea alunecărilor de teren sau definitivarea realizării soluției de protecție a conductei (consolidări, drenaje, devieri etc.).

Lucrările accidentale sau planificate pentru remediere ce presupun scoaterea conductei din funcțiune, se vor executa pe bază de programe de lucru aprobate de unitățile deținătoare.

De la caz la caz, se vor programa probe de etanșeitate sau de rezistență. Probele de etanșeitate se pot face cu aer sau gaze naturale, la valorile stabilite prin programul de lucru, fără a depăși cu 5% presiunea de regim, excepție făcând porțiunile de conductă situate în clasa de locație I.

Probele de rezistență se vor efectua potrivit prevederilor normativului de proiectare și a standardelor în vigoare la valori stabilite prin programul de lucru, funcție de caracteristicile materialului conductei și gradul de uzură al acesteia. Rezultatele probelor vor sta la baza planificării reparațiilor.

7.3. Revizii și reparații

7.3.1. Revizia sistemului proiectat

Revizia sistemului proiectat se face anual și are ca scop determinarea stării tehnice a conductei de transport gaze și principalele operații ce urmează a se efectua cu ocazia primei reparații planificate. Astfel că pentru determinarea stării tehnice a conductei se vor efectua următoarele operații:

a) Cu ocazia reviziilor tehnice anuale se vor executa o serie de reparații și lucrări ce se impun, în general în limita de (0,1…0,3)% din valoarea de inventar și anume:

Consolidarea terenurilor instabile sau a malurilor, râurilor din apropierea traseelor conductelor.

Verificarea traversărilor aeriene, vopsirea lor etc.

Repararea, completarea sau înlocuirea izolației anticorosive deteriorate.

Repararea, completarea sau înlocuirea armăturilor, tuburilor de protecție și a răsuflătorilor de la subtraversările de drumuri, căi ferate etc.

Verificarea și completarea instalațiilor de protecție anticorosivă.

Reparația definitivă a defectelor remediate provizoriu.

b) Lucrările de revizie tehnică se vor executa de echipe formate din personalul care are în exploatare respectiva conductă astfel că la terminarea lucrărilor de revizie se vor întocmi procese verbale de recepție care vor cuprinde și modul de execuție a lucrărilor precum și atestarea posibilității funcționării conductei la parametrii nominali.

7.3.2. Repararea sistemului

Repararea conductelor este de mai multe tipuri, după cum urmează:

reparații accidentale;

reparații curente (RC);

reparația capitală (RK);

a) Reparațiile accidentale la conductele magistrale de transport gaze naturale sunt lucrări neprevăzute, necesare pentru remedierea unor defecte ce apar în timpul exploatării, în scopul repunerii într-un timp cât mai scurt a conductei în funcțiune.

Ele pot fi efectuate, în funcție de natura defectului și de programul de lucru stabilit, cu gazele evacuate din conductă (în mod normal, lucrările de remediere a defectelor, montarea armăturilor, cuplarea conductelor etc.), sau cu conducta sub presiune.

Remedierea provizorie a defectelor fără refularea completă a gazelor din tronsonul de conductă afectat, se va efectua numai în mod excepțional, de către personal cu înaltă calificare, supravegheat corespunzător.

Lucrările de remediere a defectelor produse la conducte precum și cuplările, montarea de armături etc., se execută în baza unor programe de lucru, întocmite și aprobate, care vor cuprinde:

descrierea sumară a lucrării ce urmează a se executa;

manevrele de scoatere din funcțiune a conductei cu măsurile de securitate ce trebuie luate;

organizarea, dotarea tehnică și tehnologia de lucru;

măsurile NTS, PSI și protecția mediului, pentru prevenirea unor accidente tehnice și umane;

manevrele de aerisire și încărcare a conductelor după terminarea lucrării;

valoarea presiunii de probă, pentru verificarea etanșeității, modul de execuție și durata lucrărilor.

b) Reparațiile curente (RC) la conductele magistrale de transport gaze naturale sunt lucrări planificate, ce se execută periodic, în interiorul ciclului de reparații capitale pentru menținerea conductei în deplină siguranță și la parametrii de funcționare proiectați.

Necesitatea acestor lucrări rezultă din verificările efectuate privind starea tehnică a conductelor precum și din reviziile tehnice, în funcție de aceste verificări și revizii se stabilește durata între două reparații curente, durata maximă admisă este de 5 ani.

Principalele lucrări care se execută în cadrul unei reparații curente la conductele de gaz sunt:

verificări, remedieri și înlocuiri de armături (robinete, refulatoare, sifoane separatoare etc.);

înlocuiri de tronsoane de conducte deteriorate la alunecările de teren, coroziuni sau care prezintă un grad avansat de uzură;

întregirea conductei în porțiunile unde s-au executat decupările pentru determinarea stării tehnice a interiorului conductei (coroziune interioară);

înlocuirea de curbe deteriorate sau necorespunzătoare cu curbe uzinate;

verificarea și completarea drenajelor și a tuburilor de protecție la traversări și în vecinătatea obiectivelor sociale sau industriale;

verificarea și completarea instalațiilor de protecție anticorosivă (stații de injecție, anozi, priză de potențial, refacerea izolației deteriorate);

sistematizări și modernizări de conducte;

rezolvarea tehnică a consolidărilor la alunecările de teren.

Legislația în vigoare stabilește următoarele valori minime pentru lucrările anuale de reparații curente:

– 5% din valoarea fondurilor fixe la conductele colectoare;

– 0,5% din valoarea fondurilor fixe la conductele magistrale de transport gaze.

La terminarea lucrărilor de reparații curente se vor efectua următoarele probe de presiune:

Tronsoanele noi de conductă magistrală cu o lungime mai mare de 20 m se vor proba hidraulic, la suprafață, utilizând la capete funduri bombate, la o presiune pp = 1,25 pmax, timp de o oră.

După întregirea tronsonului nou la conducta veche, se va efectua la întregul traseu o probă de etanșeitate cu gaze la presiunea maximă de regim a conductei, timp de 6 ore, excepție făcând conductele din clasa l, la care proba se face cu aer.

În cazurile în care nu se montează un tronson nou de conductă se va efectua o probă de etanșeitate la presiunea maximă de regim a conductei 6 ore.

Ridicarea presiunii se va face treptat.

c) Reparația capitală (RK)

Durata de serviciu a unei conducte magistrale este prevăzută în normative și este de:

– 30 ani pentru conducte neprotejate catodic;

– 65 ani pentru cele protejate catodic;

– 40 ani pentru traversările aeriene.

Astfel, în cadrul lucrărilor de reparații capitale menționăm următoarele:

Revizuirea conductei și completarea sau înlocuirea de țevi sau cupoane corodate.

Schimbarea traseului conductei, în vederea ocolirii centrelor populate sau aglomerărilor civile, în limita lungimii inițiale a traseului.

Executarea unor modificări și completări impuse de modernizări ale procesului tehnologic.

Reamplasări și amenajări de stații de protecție catodică, în funcție de modificările traseelor conductelor.

Repararea, refacerea, completarea, modificarea sau înlocuirea armăturilor, refulatoarelor, căminelor, gărilor de godevil, traversări de ape, drumuri precum și a instalațiilor de protecție catodică.

Executarea instalațiilor de protecție catodică la conductele neprotejate.

Sistematizarea racordurilor la consumatori.

Dacă, din motive obiective, nu se poate realiza reparația capitală prin construirea unei conducte noi paralele, la conducta la care s-au semnalat coroziuni interioare sau exterioare care ar putea provoca avarii, se vor face probe de presiune, încercarea se va face hidraulic la presiunea de probă inițială. Dacă la această probă se vor semnala defecțiuni importante, nivelul probei se va reduce până la reușita operației, iar presiunea de regim se va limita la 70% din presiunea de probă.

Lucrările de reparații capitale se programează în funcție de ciclurile normate și se definitivează pe baza planurilor anuale. Pentru acele conducte care au îndeplinit ciclul de RK, dar sunt în bună stare de funcționare se vor face propuneri de constatare ce se întocmesc și se aprobă în conformitate cu prevederile în vigoare.

În cazul unor reparații accidentale, curente sau capitale, pentru a se evita întreruperea furnizării gazelor, cât și în cazul efectuării unor cuplaje între conducte noi construite și un sistem de gaze, se folosesc tehnici de lucru sub presiune. Metoda constă din perforarea conductei sub presiune, cu ajutorul unei freze speciale și introducerea unui balon obturator, având drept scop întreruperea furnizării gazelor naturale de o parte și de alta a defectului, precum și montarea unui by-pass pentru a devia curgerea gazului prin conductă. Balonul de obturare este realizat dintr-o cameră de cauciuc îmbrăcată într-o colivie din lamele metalice pentru a evita deplasarea balonului sub efectul presiunii din conductă. Acesta este introdus printr-un orificiu în conducta de transport gaz și umflat cu aer. Presiunea aerului din balon determină deschiderea lamelelor metalice blocând deplasarea balonului.

Înainte de balonul inițial și după balonul final, adică la capetele porțiunii defecte se montează un by-pass sub presiune. Orificiile se practică, prin mijloace mecanice, sub presiune la extremitățile porțiunii ce trebuie înlocuită. Prin aceste orificii se introduc câte un balon din cauciuc cu scopul de a împiedica contactul între gazele rămase în conductă și locurile unde se practică tăierea și montarea prin sudură a unei noi porțiuni de țeavă.

Perforarea sub presiune presupune o succesiune de operații începând cu sudarea electrică a unui cupon de conductă. La capătul cuponului de conductă sudat la conducta principală se leagă un robinet. La robinet se fixează o freză ce trece prin robinetul deschis, până la suprafața conductei, în peretele căruia se taie un disc. După tăierea discului, freza împreună cu discul se scot afară, iar în urma lor se închide imediat robinetul. Freza trece prin interiorul robinetului și cuponului de conductă până la peretele conductei de perforat.

Toate măsurile specifice impuse de situația de lucru vor fi cuprinse în programele de lucru, foile de manevră sau în proiecte.

7.4. Întreținerea sistemului folosind tehnologii moderne

7.4.1. Sisteme de mentenanță conductelor

La ora actuală, pe plan mondial s-a realizat o trecere de la întreținerea conductelor de transport gaze la aplicarea unor sisteme de mentenanță. Astfel se deosebesc trei sisteme de mentenanță:

1. Mentenanță preventivă este identică cu întreținerea clasică a conductelor de transport, prin care la intervale regulate de timp se intervine asupra conductelor în vederea realizării unei reparații, indiferent de starea acesteia.

2. Mentenanță predictivă se definește ca fiind operațiunea de întreținere bazată pe monitorizarea și diagnosticarea, cu ajutorul cărora se determină defectele și apoi în funcție de această diagnoză se stabilește planificarea reparațiilor. Această metodă s-a dezvoltat datorită faptului că durata de funcționare a unei conducte variază foarte mult în funcție de factorii externi și interni la care este supusă aceasta. Se previne astfel înlocuirea unei conducte doar pe motiv că durata normată impune realizarea acesteia sau pagubele produse prin nerealizarea în timp util (și nu la un interval normat de timp) a unor reparații.

3. Mentenantă reactivă se definește ca fiind metoda prin care nu se intervine asupra conductei până în momentul defectării acesteia. Este cea mai scumpă dintre cele trei tipuri de mentenantă și poate fi justificată doar în cazul conductelor de mică importanță, care nu prezintă riscuri unde nu se justifică aplicarea altor sisteme de mentenantă.

O combinație a celor trei metode bazată pe o analiză cuprinzătoare a riscului. Cel mai eficient program de întreținere (din punct de vedere al costului) va asigura o balanță optimă între întreținerea predictivă și cea preventivă cu reducerea celei reactive la minimul posibil (20 %).

Realizarea unei strategii de mentenantă a conductelor pentru stabilirea și evaluarea integrității și a riscului pe care-l prezintă conducta, va conduce la următoarele avantaje:

minimizarea riscului managerului, evitarea distrugerilor materiale, a pierderilor de gaze, a accidentelor tehnice și umane, a poluării mediului;

reducerea cheltuielilor de exploatare și întreținere, prin remedierea defectelor existente, în funcție de gradul defectului, optimizând timpii de intervenție prin evitarea executării reparației pe tronsoane care, prin asumarea unui grad de risc, pot să mai funcționeze;

creșterea veniturilor, prin readucerea capacității de transport a conductei la ceea la care a fost proiectată inițial și în final la creșterea profitului firmei.

Aspectele luate în considerare la evaluarea stării conductelor sunt:

definirea scopului și realizarea planului de mentenantă;

colectarea datelor de proiectare, operare și întreținere a conductei;

prioritățile de întreținere;

analiza riscului;

inspectarea:

– analiza SPC (a tipului de izolație);

– procedura de sudare (controlul coroziunii);

– controlul eroziunii și abraziunii (controlul deteriorărilor mecanice);

– defectele de oboseală (defectele de montaj);

defecte, accidente remediate;

reparații anterioare;

decizia de reabilitare;

strategia de operare viitoare;

extinderea vieții conductelor;

eficiența supravegherii;

sistemul de optimizare și modernizare luat în considerare;

dezvoltarea unui soft de evaluare și management al sistemului;

protejarea mediului.

Pentru aplicarea sistemului de mentenanță predictivă trebuie parcurși următorii pași.

1. Pre-inspecția (colectarea datelor și evaluarea riscului). Cheia succesului este evaluarea și stabilirea costului riscului și stabilirea unei strategii de întreținere pentru rețeaua de conducte în ansamblul ei. Pe baza experienței acumulate s-a identificat un model teoretic de răspuns al conductei, la diverse evaluări a stării ei. Diferența (gradientul) dintre evaluarea găsită la un moment dat și cea teoretică determină un anumit grad al stării tehnice (prezentat pe o scară).

Determinarea exactă a porțiunii din conductă care are nevoie de întreținere; în cât timp? ce fel de întreținere? Optimizarea raportului costul/riscul asumat prin continuarea funcționării conductei și venit obținut prin continuarea funcționării se poate face doar prin folosirea unei metode predictive de întreținere bazată pe un program de inspectare definitivat funcție de condițiile de teren, eliminându-se munca „pe ghicite“ costisitoare.

2. Inspectarea. În funcție de datele colectate și costurile aferente fiecărui tip de inspec-ție se trece la alegerea unui anumit mod de inspectare: interioară (cu pig), inspectare de la suprafață (Metoda Pearson, aeriană etc.). Intervalul de timp la care se impune inspecția depinde de mai mulți factori:

condițiile de montaj ale conductei;

întreținerea și exploatarea conductei în funcțiune;

mediul intern;

mediul extern;

zona de risc pe care o străbate conducta;

rata de coroziune anuală.

3. Post-inspecția. Inspecția va descoperi defecte la conducte și operatorii au nevoie de evaluarea semnificației defectelor semnalate. Defectele sunt definite printr-un normativ, în care se precizează ce se înțelege prin defect, de la ce mărimi un defect este luat în considerare, ținând seama și de imperfecțiunea metodei.

4. Repararea. În funcție de analiza datelor realizată în etapă de post-inspecție se stabilește necesitatea și amploarea intervenției proporțională cu un anumit grad de risc acceptat.

7.4.2. Menținerea în siguranță a conductelor

Pentru a determina exact starea tehnică a unei conducte și a măsurilor ce trebuie aplicate pentru ca aceasta să fie în deplină siguranță se realizează centralizarea tuturor caracteristicilor, defectelor, reparațiilor (RT, RC, RK), a diferitelor inspecții, constatări într-o bază de date. Ulterior, prin prelucrarea acestor date, se trage concluzia oportună privind intervalele de timp la care se realizează operațiile RT, RC, RK.

Folosirea pig-ului inteligent este preferabilă datorită volumului mare de date ce le furnizează acesta despre conductă, de-a lungul întregului traseu inspectat.

Costul comparativ al unei inspectări cu pig față de inspectarea tradițională, este:

– inspecția cu pig inteligent are un cost de 4.900 USD/km;

– inspecție tradițională are un cost total de 4.100 USD/km.

În prezent, criteriul de bază pentru stabilirea tronsonului de conductă ce trebuie reparat îl constituie experiența serviciilor tehnice ale întreprinderii deținătoare și aceasta bazată pe numărul de spargeri, care sunt rezolvate de cele mai multe ori prin aplicarea de șarniere.

Față de investigațiile clasice care necesită excavații (operații care necesită timp pentru a fi efectuate), investigarea cu pig-uri inteligente este mult mai rapidă și are următoarele avantaje:

– efectuarea de investigații fără a fi necesare să se oprească funcționarea conductei;

– reducerea cheltuielilor pentru reparații prin precizarea exactă a zonelor cu pericol de risc;

– obținerea unui număr mare de informații.

Investigarea din interior cu pig-uri inteligente a conductelor de transport produse este o metodă modernă de înaltă tehnicitate care oferă o imagine reală și corectă asupra integrității materialului tubular, prin punerea în evidență a unei multitudini de defecte cum ar fi:

– coroziuni interioare și exterioare;

– defecte ale cordoanelor de sudură;

– fisuri ale materialului tubular etc.

Din punct de vedere al metodei de realizare a investigației interioare există mai multe posibilități după cum urmează:

a) metode bazate pe detectarea variației câmpului magnetic indus în metalul de cercetat;

b) metode optice, prin înregistrarea imaginilor cu o cameră video vehiculată prin interiorul conductei (cu introducerea unui cablu optic și a unei surse de lumină);

c) metode bazate pe comparația dintre ecourile create de o sursă de ultrasunete reflectate de suprafețele interioare și exterioare ale peretelui materialului tubular.

Metoda a) utilizează principiile magnetismului pentru detectarea tuturor defectelor sau anomaliilor din peretele conductei. Astfel un dispozitiv de magnetizare autoportant va induce un câmp magnetic saturat în peretele conductei prin intermediul unor magneți permanenți foarte puternici care vor fi cuplați la peretele conductei cu ajutorul unor perii de înaltă densitate.

Senzorii care măsoară deviația câmpului magnetic sunt foarte numeroși și sunt plasați între polii magnetici având o acoperire perfectă a circumferinței conductei. Pig-ul este dotat cu un modul de memorie (stocare a datelor), care ajută la păstrarea datelor care sunt aranjate și comprimate de către microprocesor în timpul inspecției. Datorită preciziei foarte ridicate a acestora, orice scăpare a câmpului magnetic afară din peretele conductei ar fi înregistrată și stocată putându-se determina pierderea de metal și a coroziunii, determinarea exactă fiind procentuală din valoarea nominală a peretelui conductei.

Avantajele instrumentelor de investigații bazate pe variația câmpului magnetic sunt:

gama largă de diametre cuprinse între 4 in și 56 in pentru care există aparate la diferite firme de profil;

viteza de deplasare a godevilului poate să ajungă până la 4 m/s fără probleme.

Dezavantajele godevilului inteligent bazat pe măsurarea variației de câmp magnetic:

la conducte cu grosimi mari de perete utilizarea este limitată;

au multe piese în mișcare;

kilometrajul poate da erori datorită diametrului mic al roții de contact;

datele înregistrate necesită o prelucrare mai laborioasă în comparație cu alte metode, pentru stabilirea corectă a defectului;

după terminarea controlului conducta de oțel rămâne de obicei magnetizată, fiind necesară demagnetizarea ei prin aplicarea de bobine exterioare (înainte de a se efectua lucrări de sudură).

b) Controlul vizual cu ajutorul camerelor de luat vederi montate în partea din spate a „godevilului", este limitat de vizibilitatea care poate exista numai în gaze sau lichide transparente. Imaginile obținute pot fi stocate pe casetă înregistratoare, montată pe „godevilul" inteligent, sau pot fi transmise printr-un cablu optic la un înregistrator plasat la punctul de introducere al camerei de luat vederi în conductă.

Din punctul de acces în conductă se poate controla pe distanța de (60…70) m, în ambele direcții, deși unele firme prezintă lungimi mai mari de acces (180 m).

Metodele optice pot fi interesante pentru a vizualiza anumite defecte dar au o serie de limitări care impun perfecționarea instrumentelor respective înainte de a se opta pentru utilizarea lor exclusivă, limitările pot fi date de:

parcursul mic, în comparație cu celelalte metode;

necesitatea evacuării produselor din conductă sau umplerea ei cu fluide curate și transparente;

nu dau informații asupra coroziunii la exteriorul conductei.

Metoda c) este cea mai precisă metodă de investigare a materialului tubular, fiind analizată întreaga lungime și suprafață a conductei pentru a determina orice urmă de coroziune cu ajutorul unui dispozitiv multisenzor de mare sensibilitate.

Principiul metodei constă în măsurarea diferenței de timp dintre recepționarea ecoului dat de peretele interior și cel exterior al conductei. Undele generate nu pot fi transmise fără existența unui lichid de cuplare interpus între senzorul ultrasonic și peretele conductelor. Datorită acestui aspect pentru a fi utilizat la conductele de transport gaze este necesar să se cuprindă pig-ul inteligent între două pig-uri cu cupe de etanșare între care se află un lichid de cuplare (apă, petrol etc.), datorită acestui aspect procesul fiind mai anevoios și mai laborios.

Dispozitivul permite determinarea cu precizie a poziției, mărimii și a gravității coroziunii (internă și externă), a fisurilor datorate acesteia cât și a fisurilor din cordoanele de sudură și cele datorate oboselii.

Sistemul prezintă următoarele avantaje:

sunt scule robuste (la diametre de conducte peste 28 in, godevilul are un singur corp);

permite citiri directe ale măsurării grosimii de perete rămase.

Dezavantajele acestei metode sunt:

nu dau informații precise în cazul conductelor cu grosime redusă de perete;

frecvența impulsului este dată de mărimea vitezei de trecere a godevilului prin conductă;

godevilul trebuie să fie permanent într-un lichid omogen care să asigure transmiterea undelor;

kilometrajul poate da erori, fiind necesare marcaje suplimentare, magnetice, în exteriorul conductei (la suprafața solului);

distanța parcursă este limitată de sursa de curent și capacitatea unității de înregistrare.

Pentru a se putea utiliza inspecția cu pig-uri inteligente, conducta trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

să fie proiectată și construită în regim godevilabil (fără reduceri de secțiune, curbe cu raza minim 3D etc.);

să fie dotată cu facilități de lansare și primire a vehiculelor inteligente.

Înainte de începerea oricărei inspecții se vor analiza aspectele:

hărți detaliate ale traseului conductei, conforme cu realitatea, cu identificarea oricăror probleme care ar împiedica desfășurarea operației;

realizarea unui program eficient de curățire pentru obținerea unor rezultate bune ale investigării, altfel integritatea vehiculului de inspecție poate fi periclitată și rezultatele viciate;

efectuarea unei inspecții a geometriei interioare a conductei cu un vehicul dedicat care să identifice eventual alte reduceri de diametru ca: ovalități, depuneri etc.;

inspectarea gărilor de lansare-primire, a instalațiilor de ridicare, a etanșeităților și a vanelor care se vor manevra în procesul de inspecție.

Astfel, se efectuează o curățire a conductei folosind godevile flexibile din materiale care permit traversarea oricăror secțiuni. Acest godevil trebuie să fie bidirecțional pentru a putea fi deblocat dacă se întâmplă aceasta. Se recomandă trecerea succesivă a mai multor godevile prevăzute cu elemente specifice îndepărtării impurităților solide, lichide, crustelor interioare etc.

Se deosebesc o gamă largă de godevile curățitoare: cu perii de sârmă, cu lame răzuitoare, cu elemente abrazive, cu discuri de raclare, pămătuf, cupa cu discuri de răzuire etc.

Inspectarea geometriei conductei cu ajutorul unui godevil special care este capabil să treacă prin deformații de până la 25% din diametrul conductei și detectarea celor mai mici „intra-rânduri“ (abateri de 0,6 % din diametrul conductei).

După această etapă urmează proba trecerii pig-ului inteligent folosind un pig fals (care are aceeași formă și articulații, dar nu posedă aparatura de inspecție). Acest pig fals va oferi date despre regimul de curgere care trebuie respectat și gama de variație a presiunilor. Multe din astfel de vehicule false sunt echipate cu discuri de calibrare însă deteriorarea elementului de calibrare nu va arăta locul exact al obstacolului întâlnit. Ulterior acestor operațiuni se realizează godevilarea în vederea evaluării stării conductei care se realizează cu godevile cu flux magnetic sau cu unde ultrasonice.

Ultima procedură este evaluarea datelor obținute în urma inspectării, care se realizează prin prelucrarea informației digitale înregistrate de pig-uri cu ajutorul unor programe soft specifice.

Experiențele realizate de-a lungul anilor a condus la realizarea unui model teoretic al stării conductei, peste care dacă suprapunem o evaluare realizată, se pot trage concluzii în ceea ce privește tipul defectului.

7.5. Măsuri de protecția muncii și P.S.I.

7.5.1. Norme de tehnica securității și protecția muncii

Proiectarea conductelor de transport și înmagazinare a gazelor ce fac obiectul proiectului de diplomă respectă Legea nr. 5/1965 privind protecția muncii precum și Normele departamentale de protecția muncii în activitatea de foraj-extracție țiței, gaze și transport-distribuție gaze.

Prezentele norme se referă la activitatea de proiectare, execuție și exploatare a sistemului, astfel că vom avea următoarele prevederi.

1. La proiectarea conductelor:

Proiectarea și executarea conductelor de transport gaze naturale se desfășoară cu respectarea și aplicarea legislației în vigoare privitoare la legislația muncii.

La amplasarea conductelor de transport gaze naturale și la stabilirea distanțelor dintre conducte și alte obiective de pe traseul acestuia se respectă prevederile Normelor tehnice pentru proiectarea și execuția conductelor de transport gaze naturale.

Dimensionarea conductelor de transport gaze naturale, a armăturilor montate pe conducte și a altor instalații aferente acestora s-a făcut avându-se în vedere presiunile maxime de regim ale conductelor, precum și coeficienții de siguranță impuși de ND3915-94.

2. La execuția conductelor:

Lucrările proiectate vor fi executate numai de către formații specializate și autorizate ale constructorului, sub supravegherea și coordonarea permanentă a unui șef de formație (maistru, inginer) cu experiență în acest gen de lucrări, capabil să ia în orice moment măsurile impuse de evoluția lucrărilor.

Pentru desfășurarea lucrărilor, toate materialele, țevile, armăturile, echipamentele, SDV-urile și utilajele tehnologice necesare vor fi organizate corespunzător, pe toată perioada de execuție, pe o platformă centrală; constructorul va lua măsuri de asigurare a ordinii, curațeniei și securității acesteia prin pază permanentă (atât pe timp de zi cât și pe timp de noapte).

Operațiile de încărcare-descărcare, depozitare și transport în șantier se vor face cu respectarea normelor generale cu privire la manipularea și transportarea greutăților.

La montarea conductelor se vor respecta prevederile de protecție a muncii referitoare la organizarea lucrului, folosirea echipamentului de montaj precum și execuția și controlul îmbinărilor sudate.

Coborârea țevilor în șanț se va face în mod obligatoriu mecanizat.

Este strict interzisă circulația sau staționarea muncitorilor sub cârligul macaralelor (auto sau pe șenile), în zona de acționare a brațelor acestora sau sub conducta ridicată.

Topitoarele de bitum vor fi amplasate în locuri ferite de activitatea străzii iar transportul bitumului topit se va face numai cu dispozitive omologate, muncitorii folosind echipamentul de protecție corespunzător: cizme de cauciuc, mănuși, ochelari de protecție, salopetă etc.

Este interzis a se executa lucrări de sudură în gropi neasigurate împotriva surpării malurilor.

La încetarea lucrului, toate dispozitivele și utilajele vor fi retrase de pe platforma de lucru și vor fi curățate și verificate în afara perimetrelor de circulație, în locuri stabilite, după care vor fi asigurate împotriva deplasărilor și pornirilor întâmplătoare.

3. În timpul exploatării sistemului:

Personalul care asigură supravegherea, exploatarea și întreținerea conductelor de transport gaze naturale și instalațiilor aferente va fi instruit în baza Legii protecției muncii nr. 90/12.07.1996.

De asemenea, categoriei de personal amintite i se vor prelucra următoarele norme și normative de protecția muncii specifice, fără ca acestea să fie limitative:

a) Norma unică de protecția muncii în activitatea de transport gaze naturale, indicativ 101/ 2002.

b) Norme generale de protecție a muncii elaborate de Institutul Național de Cercetare–Dezvoltare pentru Protecția Muncii și aprobate prin ordinul comun al Ministerului Muncii și Protecției Sociale și Ministerul Sănătății în anul 2002.

7.5.2. Măsuri de prevenirea și stingerea incendiilor

La proiectarea și execuția conductelor de transport gaze naturale se vor respecta Normele generale de prevenire și stingere a incendiilor aprobate cu Ordinul nr. 775 din 22 iulie 1998 al Ministerului de Interne.

Pentru conductele de alimentare din amonte și de transport gaze naturale atât la executare cât și în exploatarea acestora se vor respecta prevederile specifice cuprinse în Ordinul nr. 869/1990 al Ministerului Petrolului în care sunt incluse și normele de dotare cu mijloace tehnice de stingere a incendiilor.

Pentru instalațiile aferente conductelor de transport gaze naturale se va analiza pentru fiecare caz în parte, împreună cu reprezentanții Corpului Pompierilor Militari dacă este necesar avizul și autorizarea privind prevenirea și stingerea incendiilor conform Ordinului nr. 448/2001.

Se vor respecta dispozițiile generale în vigoare privind dotarea cu mijloace tehnice de P.S.I. (DGPSI–2003) aprobate cu Ordinul Ministerului de Interne nr. 88/2001 și dispozițiile generale DGPSI-2002 privind instruirea în domeniul P.S.I. aprobate cu Ordinul Ministerului de Interne nr. 1080/2000. Se vor respecta și prevederi din Normativul P.S.I. pe durata executării lucrărilor, indicativ C300/1994.

7.6. Protecția mediului în activitatea de transport gaze naturale

Prin impact asupra mediului se înțelege orice efect direct sau indirect al unei activități umane desfășurate într-o anumită zonă care produce o schimbare a stării de evoluție a stării calității mediului și a ecosistemelor, schimbare ce poate afecta sănătatea omului, integritatea mediului, a patrimoniului cultural sau a condițiilor socio-economice. Evaluarea impactului asupra mediului are drept obiectiv evidențierea efectelor negative dar și a celor pozitive ale exercitării unei activități proiectate sau existente asupra mediului. Evaluarea impactului se face în cadrul studiilor de impact. Elaborarea acestora este obligatorie pentru evaluarea corectă a consecințelor pe termen scurt, mediu și lung. Impactul asupra factorilor de mediu trebuie evaluat separat în cazul unui obiectiv nou. Pe durata realizării obiectivului trebuie să se obțină un acord de mediu, iar pe durata exploatării sau funcționării obiectivului este nevoie să se obțină o autorizație de mediu.

a) Poluarea apelor

O apa este considerată poluată când compoziția sau starea ei fizică, ori chiar estetică, sunt modificate direct sau indirect de acțiunile omului în timpul realizării obiectivului, în așa măsură că nu se pretează a fi utilizată în stare naturală. Gradul de poluare se apreciază prin doi termeni: cantitatea de oxigen din apa și prezentă unor produși străini, nocivi sau toxici în anumite cantități. În timpul construirii unui obiectiv, din cadrul industriei gaziere, manipularea și depozitarea combustibilului, uleiului pentru utilajele aflate în dotare, reprezintă principala sursă de poluare a apelor (de suprafață sau de adâncime). În timpul funcționării obiectivului, poluarea apelor se poate produce în principal prin deversarea apelor reținute din gazele naturale, ape care au conținut ridicat de săruri, hidrocarburi lichide etc.

Apele separate din gaze sunt antrenate cu ajutorul energiei cinetice a gazelor din rezervorul separatorului, prin intermediul unui sistem de conducte până la un rezervor de rupere, unde apa este stocată pentru moment, gazele evacuându-se în atmosferă. Din acest rezervor impuritățile sunt preluate cu ajutorul unor mașini specializate și transportate la un rezervor special amenajat de 100 m3, în apropierea unei sonde de injecții ape uzate.

Din stațiile de comprimare, uscare etc. sunt evacuate ape reziduale industriale și menajere. Apele industriale au un conținut ridicat de uleiuri minerale, de aceea apele industriale sunt colectate în canalizații industriale și dirijate spre un separator de grăsimi, apoi evacuate în rețeaua de canalizare.

Având în vedere că principalul agent poluant în cadrul activității de transport gaze naturale îl reprezintă apele separate din gazele naturale, trebuie urmărită foarte atent întreaga activitate de separare, evacuare a impurităților lichide din rezervorul separatorului, transportul lor la sonda de injectare ape reziduale în zăcăminte epuizate.

b) Poluarea aerului

Prin gazele componente, aerul, împreună cu apa, stă la baza tuturor proceselor biotice ce caracterizează lumea vie. O funcție esențială a lumii vii, respirația, prin care se realizează schimbul de materie și energie între învelișul biotic și atmosferă nu ar fi posibilă în absența oxigenului, element de bază al compoziției aerului. De asemenea, atmosfera mijlocește schimbul de energie între radiația solară și suprafață terestră, care stă la baza majorității proceselor și fenomenelor fizice și biotice.

Poluarea aerului în industria gazieră, cum am arătat mai sus, se realizează prin noxele emise în atmosfera în stațiile de comprimare, care provin de la arderea metanului în gazo-motocompresoare sau turbocompresoare, și în centralele termice, precum și prin refulările periodice a gazelor naturale. Principalele noxe sunt: NO2, CO, CO2, COV (compuși organici volatili) etc.

Unul din factorii perturbatori ai mediului, care influențează ambianța în care se desfășoară activitatea și viața omului, este zgomotul. Se poate desemna drept zgomot un complex de sunete care produc nu numai o senzație dezagreabilă și jenantă, dar chiar agresivă. În ansamblu, zgomotul cu toate consecințele sale, apare în cea mai mare măsură ca un subprodus al activității umane.

Prin numărul mare al surselor sonore, prin pragul din ce în ce mai ridicat al intensității sale, prin numărul persoanelor afectate de zgomot, poluarea sonoră este un factor de accentuare a stresului psihic și are efecte negative asupra activității economice.

Principalii parametrii care trebuie luați în considerare în analiza acțiunii zgomotului sunt: intensitatea, frecventă, modul de acționare, durata acțiunii zgomotului și durata activității în mediul zgomotos.

La baza zgomotelor stau vibrațiile acustice, adică vibrațiile care se propagă sub forma de unde prin mediul elastic ce ne înconjoară și sunt percepute de urechea noastră. Undele sonore, ca orice oscilație a unui punct material ce aparține unui mediu elastic, se caracterizează în deosebi prin intensitate și frecvența.

Intensitatea unui sunet este legată de energia sonoră pe care o conține și se măsoară cu instrumente ce dau de cele mai multe ori presiunea acustică.

c) Poluarea solului

Solul este o vastă uzină a naturii care produce o mare cantitate de biomasă, folosită ca hrană de o parte a viețuitoarelor.

Realizarea unei conducte duce la scoaterea temporară din activitate a unei suprafețe de teren pentru construirea și montarea conductei, suprafața de teren disponibilizată temporar este reglementată prin normative (Normativul Departamental 3915/95). Construirea conductei începe prin îndepărtarea stratului vegetal de la suprafață solului și depozitarea pentru a putea fi reamplasat după finalizarea montajului conductei, la suprafața solului.

Atât în timpul construirii obiectivelor dar și în timpul întreținerii și exploatării lor rezultă reziduuri solide, care provin din activitatea menajeră, industrială, comercială, agricolă etc., care reprezintă o sursa de poluare.

d) Poluarea florei și faunei

Flora și, în special, pădurea influențează toate elementele mediului înconjurător, având tendința de a atenua caracteristicile sale extreme și de a le uniformiza, contribuind totodată la diminuarea unor efecte negative (inundații, eroziunea terenului, poluarea aerului) și la îmbunătățirea calității mediului.

Conductele străbat diverse forme de relief, inclusiv păduri, livezi, vii etc. În timpul construirii conductelor se are în vedere defrișarea unei suprafețe minime de teren evitându-se astfel deteriorarea masivă a mediului.

Pierderile de gaze, din instalațiile tehnologice folosite la transportul gazelor naturale, tehnologice sau accidentale duc la moartea plantelor din imediata apropiere a defectului. Acest fapt impune respectarea cerintelor de constructie–montaj, realizarea RK în timp util, protejarea conductelor pentru a se evita scurgerea de gaze din conducta și afectarea zonei.

e) Peisajul

Pornind de la necesitatea adăpostirii, omul, în expansiunea sa teritorială, a împânzit suprafața continentelor cu așezări mari sau mici care introduc o nota proprie de frumusețe a peisajului natural. Noile peisaje create prin realizarea unui obiectiv industrial sau social, cu timpul conduce la un nou echilibru, lăsând impresia ca s-au naturalizat. Dezvoltarea economică și socială, care ține seama de necesitatea protecției mediului înconjurător, trebuie să implanteze întreprinderile și activitățile într-un mod armonios în peisaj, putând astfel sa-i aducă un grad în plus de frumusețe.

Din păcate există, în această direcție, o insuficientă informare științifică.

Construirea instalațiilor necesare transportului gazelor naturale nu generează modificări semnificative de peisaj, dar este necesar ca prin îngrijirea atentă, prin plantarea de pomi, folosirea unor culori care să conducă la o priveliște frumoasă.

Construirea și funcționarea obiectivului trebuie să demonstreze că nu determină perturbarea echilibrului ecosistemului local.

Bibliografie

1. Baron, T. ș. a. – Calitate și fiabilitate, Editura Tehnică, București, 1975;

2. Bălan, M.L. – Distribuția gazelor naturale, Editura Universității „Lucian Blaga“, Sibiu, 2002;

3. Bibu, M. – Tehnologia construcțiilor sudate, Editura Universității „Lucian Blaga“, Sibiu, 2004;

4. Gheorghe, G. – Exploatarea rețelelor și instalațiilor de gaze naturale, Editura Tehnică, București, 1975;

5. Ionescu, E.M. – Mecanica fluidelor, Note de curs, 2007;

6. Ștefănescu, D.P. – Teorie și aplicații numerice în ingineria zăcămintelor de gaze naturale, Editura Universității „Lucian Blaga“, Sibiu, 2002;

7. Ștefănescu, D.P. – Practica extracției gazelor naturale, Partea I + Partea II, Editura Universității „Lucian Blaga“, Sibiu, 1998;

8. Oroveanu, T., David, V., Stan, Al.D., Trifan, C. – Colectarea, transportul, depozitarea și distribuția produselor petroliere și gazelor, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1985;

9. Trifan, C. – Transportul și distribuția gazelor naturale prin conducte, Editura Universității din Ploiești, 2004;

10. Trifan, C. – Suport de curs la disciplina distribuția fluidelor prin rețelele de conducte. Partea I – Distribuția gazelor naturale, Editura Universității din Ploiești, 2004;

11. Trifan, C. – Distribuția gazelor naturale prin rețele de conducte, Editura Universității din Ploiești, 2005;

12. * * * – Normativ I.6./04 pentru proiectarea sistemelor de alimentare cu gaze naturale

13. * * * – www.eon-gaz-românia.ro ;

14. * * * – www.transgaz.ro .