Перспективные материалы для нефтегазовых объектов (стр. 1 )

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет»

В. В. НОВОСЕЛОВ, В. Н. КУСКОВ,
В. А. ИВАНОВ, Е. В. САПОЖНИКОВ

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ
НЕФТЕГАЗОВЫХ ОБЪЕКТОВ

Учебно - методическое пособие

Допущено Учебно-методическим объединением

вузов Российской Федерации по нефтегазовому образованию

в качестве учебного пособия для подготовки дипломированных

специалистов по специальности 130501

«Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ» направления 130500 «Нефтегазовое дело»

Тюмень 2005

УДК 669.017 (075.8)

, , Сапожников материалы для нефтегазовых объектов: Учебное пособие. –Тюмень: ТюмГНГУ, 2005. – 180 с.

Рассмотрены современные материалы, применяемые для изготовления нефтегазовых объектов, а также материалы, обладающие уникальными свойствами, которые могут обеспечить повышение надежности и работоспособности оборудования нефтегазовой отрасли в перспективе. Особое внимание уделено проблеме пластмассовых труб.

Для студентов специальности 130501 – "Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ", может быть полезно для повышения квалификации инженеров-практиков.

Табл. 31, илл. 41, библ. 13 назв.

Рецензенты: доцент каф. «Сооружение и ремонт нефтегазовых объектов» Тюменского государственного нефтегазового университета, к. т.н. ; директор Механико-технологического института Тюменской государственной сельскохозяйственной академии, к. т.н., профессор

© Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет», 2005

СОДЕРЖАНИЕ

Глава 1. СТАЛИ И СПЛАВЫ.. 9

1.1. Стали для изготовления труб. 9

1.2. Хладостойкие материалы.. 17

1.2.1. Критерии и классификация хладостойких материалов. 17

1.2.2. Хладостойкие стали. 20

1.2.3. Хладостойкие цветные сплавы.. 22

1.3. Коррозионно-стойкие стали и сплавы.. 23

1.3.1. Коррозионно-стойкие сплавы на железоникелевой и никелевой основе 29

1.4. Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы.. 30

1.4.1. Жаростойкие стали и сплавы.. 30

1.4.2. Характеристики жаропрочности. 31

1.4.3. Жаропрочные стали. 34

1.4.4. Жаропрочные сплавы на железоникелевой и никелевой основе. 39

1.4.5. Тугоплавкие металлы и сплавы.. 43

1.5. Титановые сплавы.. 46

1.6. Аморфные металлы и сплавы.. 48

Глава 2. ПОРОШКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ.. 50

2.1. Перспективы мирового развития порошковой металлургии. 50

2.2. Технологии порошковой металлургии. 54

2.2.1. Способы получения и технологические свойства порошков. 54

2.2.2. Формование и прессование металлических порошков. 62

2.2.3. Спекание. 70

Глава 3. КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ.. 77

3.1. Общая характеристика и классификация композиционных
материалов. 77

3.2. Классификация композиционных материалов по геометрии наполнителя 80

3.3. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы.. 82

3.3.1. Структура и свойства. 82

3.3.2. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы на алюминиевой основе 83

3.3.3. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы на никелевой основе 85

3.4. Волокнистые композиционные материалы.. 85

3.4.1. Структура и свойства. 85

3.4.2. Виды и свойства упрочнителей. 91

3.5. Композиционные материалы на неметаллической основе. 95

3.6. Композиционные материалы на металлической основе. 101

3.6.1. Композиционные материалы с алюминиевой матрицей. 102

3.6.2. Материалы с магниевой матрицей. 104

3.6.3. Материалы с титановой матрицей. 105

3.6.4. Материалы с никелевой матрицей. 106

Глава 4. ТЕХНИЧЕСКАЯ КЕРАМИКА.. 106

4. 1. Керамика на основе чистых оксидов. 107

4.2. Бескислородная керамика. 110

4.3. Проблемы применения технической керамики. 113

Глава 5. ПЛАСТМАССЫ.. 115

5.1. Состав, классификация и свойства пластмасс. 115

5.2. Термопластичные пластмассы.. 117

5.2.1. Неполярные термопластичные пластмассы.. 118

5.2.2. Полярные термопластичные пластмассы.. 122

5.3. Термореактивные пластмассы.. 126

5.4. Газонаполненные пластмассы.. 135

5.5. Пластификаторы.. 136

5.6. Применение пластмасс для строительства трубопроводов. 142

5.6.1. История строительства распределительных
газопроводов в России. 142

5.6.2. Основные характеристики отечественных и зарубежных
марок полиэтилена для изготовления газораспределительных труб. 149

5.7. Опыт и перспективы создания трубопроводов из композиционных материалов 154

Список используемой литературы.. 163

ВВЕДЕНИЕ

Нефтегазовый комплекс страны включает в себя чрезвычайно разнообразные и разноплановые объекты, охватить которые в одном учебном пособии невозможно. Поэтому мы примем во внимание лишь часть этих объектов, связанную с трубопроводным транспортом.

Магистральными называют трубопроводы, по которым нефть, нефтепродукты, природные или искусственные газы (в газообразном или сжиженном состоянии), вода перекачиваются от мест добычи, переработки, забора (начальная точка трубопровода) к местам потребления (конечная точка).

Магистральный газопровод в общем случае включает следующие группы сооружений: головные, линейные (собственно газопровод), компрессорные станции (КС), газораспределительные станции (ГРС) в конце трубопровода, подземные хранилища газа (ПХГ), объекты связи (высокочастотной и селекторной), системы электрозащиты сооружений трубопровода от коррозии, вспомогательные сооружения, обеспечивающие бесперебойную работу газопровода (линии электропередач, водозаборные устройства и водопроводы, канализация и т. п.), объекты ремонтно-эксплуатационной службы (РЭП), административные и жилищно-бытовые сооружения.

Головными называют сооружения, на которых подготавливают газ к дальнейшей транспортировке. Комплекс головных сооружений (ГС) зависит от состава и давления газа, добываемого на промысле и поступающего на газосборный пункт. Как правило, в комплекс ГС входят установки по очистке газа от механических примесей, влаги; установки отделения от газа серы и высокоценных компонентов (гелия и др.). К головным сооружениям относятся и КС в начальной точке газопровода, на территории которой обычно размещается комплекс перечисленных сооружений. Газ, попадающий на головные сооружения магистрального газопровода со сборных пунктов промысла, содержит механические примеси (песок, пыль, металлическую окалину и др.) и жидкости (пластовую воду, конденсат, масло). Перед подачей в газопровод его очищают и осушают, так как без предварительной подготовки он будет засорять трубопровод, вызывать преждевременный износ запорной и регулирующей арматуры, нарушать работу контрольно-измерительных приборов. Твердые частицы, попадая в компрессорные установки, ускоряют износ поршневых колец, клапанов и цилиндров. В центробежных нагнетателях они ускоряют износ рабочих колес и самого корпуса нагнетателя. Жидкие примеси, скапливаясь в пониженных местах газопровода, будут сужать его сечение, способствовать образованию гидратных и гидравлических пробок.

Для очистки газа от механических примесей используют горизонтальные и вертикальные сепараторы, цилиндрические масляные и циклонные пылеуловители. Размеры пылеуловителей: по диаметру от 1000 до 2400 мм, по высоте от 5,8 до 8,8 м. В пылеуловителе имеются устройства, обеспечивающие контактирование газа с маслом и отделение твердых и жидких частиц от газа. Оседающий в пылеуловителе шлам периодически удаляют, загрязненное масло заменяют.

Осушение газа на головных сооружениях осуществляют двумя способами: абсорбционным (с жидким поглотителем) и адсорбционным (с твердыми поглотителями). Газ после пылеуловителей попадает в абсорберы, где очищается от взвешенных капель жидкости и водяных паров путем активного контакта с абсорбентом, чаще всего диэтиленгликолем. В последнее время определенное значение приобретает осушение газа твердыми поглотителями. В качестве адсорбентов применяют активированный оксид алюминия, флюорит, боксит, силикагель или другие реагенты. Установка такого осушения состоит из группы адсорберов (не менее двух), подогревателя газа и теплообменников. Влажный газ после очистки от пыли поступает в адсорбер, где проходит через один или несколько слоев адсорбента. Для отделения от газа конденсата и воды используют низкотемпературную сепарацию, особенно при отборе газа из месторождений с высоким пластовым давлением.

Для улавливания жидкости и твердых примесей, оставшихся в газе после очистных устройств, на головном участке магистрального газопровода врезают конденсатосборники и предусматривают дренажные устройства. Чтобы обнаруживать и предотвращать возможные утечки газа, перед подачей в магистральный газопровод ему придают специфический запах с помощью одорантов - веществ, обладающих резким запахом (этилмеркаптан, сульфан, метилмеркаптан, пропилмеркаптан и др.).

Линейная часть газопровода представляет собой непрерывную трубу между отдельными КС, пересекающую на всем протяжении от начальной до конечной точек множество естественных и искусственных препятствий.

Компрессорные станции представляют собой площадочный комплекс сооружений, включающий объекты: компрессорный цех, содержащий установки для компримирования (сжатия) газа, установки пылеуловителей, попутной очистки газа от вредных примесей, установки охлаждения газа.

Газораспределительные станции предназначены для снижения давления газа до уровня, необходимого потребителям газа (от 0,3 до 1,2 МПа). Кроме того, на ГРС осуществляется дополнительная очистка, осушение и одоризация газа. На ГРС имеются следующие комплексы оборудования: