Повышение энергоэффективности трубопроводной системы в случае горячей перекачки высоковязких нефтей | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: , ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №18 (152) май 2017 г.

Дата публикации: 08.05.2017

Статья просмотрена: 149 раз

Библиографическое описание:

Куспанов А. Б., Тюрин А. Н., Чурикова Л. А. Повышение энергоэффективности трубопроводной системы в случае горячей перекачки высоковязких нефтей // Молодой ученый. — 2017. — №18. — С. 45-48. — URL https://moluch.ru/archive/152/43221/ (дата обращения: 22.07.2018).



Статья посвящена вопросам обоснования решения задачи о повышении энергоэффективности системы «трубопровод — насосная станция» в случае горячей перекачки нефти, дана оценка трубопроводной системы Казахстана, перекачивающих высоковязкие нефти. Авторы предлагают в качестве решения такой задачи — составление математической модели, учитывающую изменение характеристик центробежных насосов, что позволит выполнить поиск совокупности параметров, обеспечивающих энергоэффективный режим транспорта высоковязкой нефти по «горячему» трубопроводу.

Ключевые слова: нефтепровод, высоковязкая нефть, совмещенная характеристика, температура подогрева нефти, изменение характеристик центробежных насосов

Казахстан обладает большими подтвержденными запасами нефти и газа. Для транспортировки углеводородов в республике используется около 10715 км нефте- и газопроводов. Перед страной сегодня стоит ряд нерешенных проблем, связанных с поставкой нефти на внутренний и международный рынки. Проблемы, касающиеся внутреннего рынка, заключаются в том, что основная часть запасов и основные объемы добычи нефти находятся на западе, в то время как ее потребители (крупные города и промышленные центры) находятся на юго-востоке и индустриальном севере. Как следствие советской экономической системы, добываемая на западе нефть транспортируется через Россию транзитом на мировые рынки, а внутренняя потребность на востоке восполняется путем импорта из Сибири. Большинство из существующих трубопроводов были построены несколько десятков лет назад и предназначались для осуществления целей бывшего Советского Союза, а не Казахстана как независимого государства.

В настоящее время по трубопроводной системе транспортируется более 80 % всей добываемой в республике нефти. Разветвленная сеть трубопроводов проходит по территории восьми областей Казахстана. Это основные нефтяные маршруты: Узень — Атырау — Самара, Каламкас — Каражанбас — Актау, Жанажол — Кенкияк — Орск, Омск — Павлодар — Шымкент — Чарджоу.

Первый в мире уникальный трансконтинентальный горячий нефтепровод Узень — Атырау — Самара протяженностью 1500 км был построен в 1968–1970 гг. [1, с. 164]. Высоковязкая парафинистая нефть Мангистау, застывающая при температуре (+30)–(+35) °С, поставила инженерную и научную задачу применять при ее транспортировке попутный огневой подогрев [1]. Специальные печи подогрева устанавливались каждые 80–100 км, что позволяло транспортировать нефть даже в холодное время года без добавления разбавителей. Всего было установлено 6 станций подогрева нефти в пунктах Сай-Утес, Опорная, Карманово, Антоново, Сахарный и Барановка.

На сегодняшний день наиболее распространенным видом транспортирования высоковязкой и высокозастывающей нефти является трубопроводный транспорт. Железнодорожный и морской способ транспортировки применяется значительно реже, обусловленных наличием технологических ограничений, связанных с высокой температурой застывания нефти и необходимостью применения усиленной изоляции или подогрева технологических емкостей.

Осложнения при трубопроводном транспорте высоковязкой и высокозастывающей нефти связаны с существенной зависимостью вязкости от температуры. Вместе с тем, при некоторых температурах возможно выпадение твердых фракций, а также застывание нефти в трубопроводе, приводящее к полной остановке перекачки и значительным затратам на ее возобновление.

Перекачка нефтей при высоких температурах подчиняется законам Ньютона и соответственно являются ньютоновскими жидкостями, при перекачке которых коэффициент динамической вязкости не зависит от характеристик движения. С понижением температуры у нефти ряда месторождений проявляются свойства вязкопластичности [1]. К месторождениям, нефть которых проявляет похожие аномальные свойства, можно отнести следующие: Узень, Жетыбай, Тенгиз, Кумколь, Карачаганак, Мангышлак.

Из-за значительного различия в составах и свойствах сырой нефти вышеперечисленных месторождений трудно дать конкретные рекомендации по созданию и выбору реологической модели, которая была бы целесообразной для широкой группы углеводородов. Только на основе исследования реологических свойств конкретных типов нефти можно получить ее характеристики, необходимые для инженерных расчетов [2].

На территории Республики Казахстан действует ряд неизотермических магистральных трубопроводов, перекачивающих высоковязкие и высокозастывающие нефти. На таких нефтепроводах применяются различные технологии перекачки — например, на нефтепроводе Кумколь-Каракоин-Шымкет для улучшения реологических свойств применяются депрессорные присадки, а на нефтепроводе Узень-Атырау-Самара используются печи для нагрева нефти, осуществляющие технологию «горячей» перекачки.

В зимнее время, особенно в периоды аномальных заморозков, температура в нефтепроводе может значительно снижаться. Такая ситуация может привести к значительному увеличению гидравлического сопротивления, остановке перекачки и «застыванию» трубопровода.

В таком режиме эксплуатируется нефтепровод Кумколь-Каракоин, перекачка по которому зимой останавливается на 2–3 месяца, несмотря на добавление депрессорных присадок, позволяющих повысить транспортабельность перекачиваемой нефти.

Магистральный нефтепровод Узень-Атырау-Самара в зимний период времени работает на пределе возможностей, поскольку модернизация парка насосно-силового оборудования, проводимая с целью увеличения напора и производительности перекачки, ограничена предельным напором самого трубопровода.

Условно к высоковязким нефтям можно отнести нефти с вязкостью более 2 Ст, а к высокозастывающим с температурой застывания tз > 0°С. Для перекачки высоковязких и высокозастывающих нефтей применяются методы, предусматривающие специальные технологии, основанные на этих особенностях (рис. 1). Основным методом транспорта высоковязких и высокозастывающих нефтей является транспорт нефти с подогревом — «горячая» перекачка нефти. Особенностью работы «горячего» нефтепровода является переменная температура по длине участка между тепловыми станциями. Температура нефти в трубе меняется вследствие теплообмена с окружающей средой и попутным подогревом за счет тепла трения потока и скрытой теплоты кристаллизации потока.

Необходимо отметить, что тепловой расчет «горячего» нефтепровода довольно сложен, зависящий от многих факторов эксплуатации трубопровода, от реологических свойств нефти. Вследствие чего в процессе эксплуатации нефтепровода приходится в оперативном порядке корректировать технологический процесс перекачки нефти и регулировать тепловой режим работы нефтепровода.

Рис. 1. Классификация методов перекачки высоковязкой нефти

Оптимизировать систему «трубопровод — насосная станция» с целью исследования процесса увеличения энергоэффективности транспорта нефти с подогревом представляет актуальную научно-техническую задачу. Решая такого рода задачу, следует выделить критерий оптимальности. В зависимости от решаемой технико-экономической задачи определяется выбор того или иного критерия оптимальности.

Принято разделять критерии оптимальности на две группы [2]:

1) гидродинамические;

2) технико-экономические.

К гидродинамическим относят критерии оптимальности, связанные с минимумом потерь на трение, максимальной производительностью трубопровода, минимумом затрат мощности на перекачку и т. д.

К технико-экономическим относят критерии, предполагающие организацию транспорта нефти с минимальными стоимостными затратами на перекачку или с максимальной выгодой, полученной от перекачки нефти.

Критерий оптимальности следует выбирать в зависимости от сложившихся условий перекачки, от требований, возникших в процессе эксплуатации трубопроводов, от технологических ограничений перекачки нефти [2].

В том случае, когда проводится перекачка с подогревом, в качестве критерия оптимальности принято использовать минимум общих эксплуатационных затрат на перекачку и подогрев [3]:

. (1)

В качестве критериев оптимальности также могут быть использованы:

‒ максимальное КПД теплового оборудования:

‒ максимальное КПД насосного оборудования: .

‒ минимум затрат на работу насосного оборудования:

. (2)

В настоящее время расчеты оптимизации «горячей» перекачки ведутся при фиксированном расходе (обобщенный принцип Яблонского), что невозможно на практике при использовании центробежных насосов и регулировании температуры перекачиваемой нефти [4, 5]. Рассматривая систему «трубопровод — насосная станция», рабочая точка будет определяться исходя из уравнения баланса напоров. Так как гидравлические характеристики нефтепровода и нефтеперекачивающей станции зависят от начальной температуры подогрева нефти, рабочая точка будет изменять свое положение на графике при изменении начальной температуры подогрева (рисунок 2).

Рис. 2. Совмещенная характеристика «трубопровод — насосная станция»

Таким образом, для решения задачи о повышении энергоэффективности системы «трубопровод — насосная станция» в случае горячей перекачки необходимо составить математическую модель учитывающую изменение характеристик центробежных насосов, а затем провести поиск оптимальных параметров, обеспечивающих энергоэффективный режим транспорта высоковязкой нефти по «горячему» трубопроводу.

Литература:

  1. Тугунов П. И. Типовые расчеты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов: Учебное пособие для вузов / П. И. Тугунов, В. Ф. Новоселов, А. А. Коршак, А. М. Шаммазов. — Уфа: ООО «ДизайнПолиграфСервис», 2002. — 658 с.
  2. Марон В. И. Гидродинамика и однофазных и многофазных потоков в трубопроводе: учебное пособие / В. И. Марон. — М.: МАКС Пресс, 2009. — 344 с.
  3. Гаррис Н. А. Расчет эксплуатационных режимов магистральных неизотермических нефтепродуктопроводов с применением динамических характеристик [Электронный ресурс] / Н. А. Гаррис, Ю. О. Гаррис // Нефтегазовое дело. — 2003. — № 2. — Режим доступа: http://www.ogbus.ru/authors/ Garris/Garris_3.pdf.
  4. Пшенин В. В. Выбор оптимальной температуры подогрева при «горячей» перекачке нефти и нефтепродуктов / В. И. Климко, В. В. Пшенин // ГИАБ. — 2013. — № 8. — с. 338–342.
  5. Пшенин В. В. Критериальные уравнения для числа Нуссельта при трубопроводном транспорте нефти и нефтепродуктов с использованием подогрева / В. И. Климко, В. В. Пшенин // Трубопроводный транспорт: теория и практика. — 2013. — № 3. — с. 36–37.
Основные термины (генерируются автоматически): насосная станция, критерий оптимальности, нефть, высоковязкая нефть, Казахстан, изменение характеристик, математическая модель, насосное оборудование, трубопроводный транспорт, энергоэффективный режим транспорта.


Ключевые слова

высоковязкая нефть, нефтепровод, совмещенная характеристика, температура подогрева нефти, изменение характеристик центробежных насосов

Похожие статьи

Особенности транспортировки высоковязкой нефти...

Особенности транспортировки высоковязкой нефти в условиях эксплуатации «горячего» трубопровода.

Основные термины (генерируются автоматически): насосная станция, нефть, трубопровод, трубопроводная система, потеря напора, оптимальный режим перекачки...

Проблемы транспортировки высоковязкой и парафинистой...

Характерной особенностью парафинистой нефти является зависимость изменения вязкости от перепада

Термогидродинамика систем добычи и транспорта нефти и газа.

Особенности транспортировки высоковязкой нефти в условиях эксплуатации «горячего» трубопровода.

Развитие технологии добычи высоковязкой нефти на...

Перспективы добычи тяжёлой высоковязкой нефти с учётом экономической ситуации и конкретных

6. Каражанова М. К. Повышение технико-экономических показателей работы скважин на основе анализа и оценки надёжности насосного оборудования: автореф. дисс...

Методы модификации проточных частей нефтяных...

Насосное оборудование нашло широкое применение практически во всех отраслях промышленности.

При этом трубопровод строится сразу на весь рассчитанный объем перекачиваемой нефти, тогда как нефтяные станции строятся не в целом объеме, а...

Эксплуатационные проблемы магистральных нефтепроводов...

Нефтяная отрасль Казахстана — одна из основных отраслей экономики Казахстана. Годом добычи первой казахстанской нефти считается ноябрь 1899г. в

На сегодняшний день по трубопроводной системе транспортируется более 80 % всей добываемой в республике нефти.

Метод интенсификации добычи высоковязкой нефти...

Таблица 2. Технические характеристики станции управления нагревом: УПС 50–10–60–3.

Зависимость изменения вязкости нефти в пластовых условиях от температуры для условий

Особенности транспортировки высоковязкой нефти в условиях эксплуатации «горячего»...

Регулируемые гидродинамические муфты | Статья в журнале...

Чтобы отслеживать эти изменения, необходимо непрерывно регулировать режим работы насосной установки. Процесс регулирования осложнен несоответствием характеристик центробежных насосов и трубопроводов. Для увеличения подачи нефти по трубопроводу...

Испытание скважин по добыче высоковязкой нефти пласта...

– отработка техники и технологии освоения скважин и подъема высоковязкой нефти в условиях эксплуатации пласта ПК1 на естественном режиме вытеснения

Исследовать литологию и изолирующие характеристики, а также пространственные распространение таких прослоев по...

Особенности транспортировки высоковязкой нефти...

Особенности транспортировки высоковязкой нефти в условиях эксплуатации «горячего» трубопровода.

Основные термины (генерируются автоматически): насосная станция, нефть, трубопровод, трубопроводная система, потеря напора, оптимальный режим перекачки...

Проблемы транспортировки высоковязкой и парафинистой...

Характерной особенностью парафинистой нефти является зависимость изменения вязкости от перепада

Термогидродинамика систем добычи и транспорта нефти и газа.

Особенности транспортировки высоковязкой нефти в условиях эксплуатации «горячего» трубопровода.

Развитие технологии добычи высоковязкой нефти на...

Перспективы добычи тяжёлой высоковязкой нефти с учётом экономической ситуации и конкретных

6. Каражанова М. К. Повышение технико-экономических показателей работы скважин на основе анализа и оценки надёжности насосного оборудования: автореф. дисс...

Методы модификации проточных частей нефтяных...

Насосное оборудование нашло широкое применение практически во всех отраслях промышленности.

При этом трубопровод строится сразу на весь рассчитанный объем перекачиваемой нефти, тогда как нефтяные станции строятся не в целом объеме, а...

Эксплуатационные проблемы магистральных нефтепроводов...

Нефтяная отрасль Казахстана — одна из основных отраслей экономики Казахстана. Годом добычи первой казахстанской нефти считается ноябрь 1899г. в

На сегодняшний день по трубопроводной системе транспортируется более 80 % всей добываемой в республике нефти.

Метод интенсификации добычи высоковязкой нефти...

Таблица 2. Технические характеристики станции управления нагревом: УПС 50–10–60–3.

Зависимость изменения вязкости нефти в пластовых условиях от температуры для условий

Особенности транспортировки высоковязкой нефти в условиях эксплуатации «горячего»...

Регулируемые гидродинамические муфты | Статья в журнале...

Чтобы отслеживать эти изменения, необходимо непрерывно регулировать режим работы насосной установки. Процесс регулирования осложнен несоответствием характеристик центробежных насосов и трубопроводов. Для увеличения подачи нефти по трубопроводу...

Испытание скважин по добыче высоковязкой нефти пласта...

– отработка техники и технологии освоения скважин и подъема высоковязкой нефти в условиях эксплуатации пласта ПК1 на естественном режиме вытеснения

Исследовать литологию и изолирующие характеристики, а также пространственные распространение таких прослоев по...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Особенности транспортировки высоковязкой нефти...

Особенности транспортировки высоковязкой нефти в условиях эксплуатации «горячего» трубопровода.

Основные термины (генерируются автоматически): насосная станция, нефть, трубопровод, трубопроводная система, потеря напора, оптимальный режим перекачки...

Проблемы транспортировки высоковязкой и парафинистой...

Характерной особенностью парафинистой нефти является зависимость изменения вязкости от перепада

Термогидродинамика систем добычи и транспорта нефти и газа.

Особенности транспортировки высоковязкой нефти в условиях эксплуатации «горячего» трубопровода.

Развитие технологии добычи высоковязкой нефти на...

Перспективы добычи тяжёлой высоковязкой нефти с учётом экономической ситуации и конкретных

6. Каражанова М. К. Повышение технико-экономических показателей работы скважин на основе анализа и оценки надёжности насосного оборудования: автореф. дисс...

Методы модификации проточных частей нефтяных...

Насосное оборудование нашло широкое применение практически во всех отраслях промышленности.

При этом трубопровод строится сразу на весь рассчитанный объем перекачиваемой нефти, тогда как нефтяные станции строятся не в целом объеме, а...

Эксплуатационные проблемы магистральных нефтепроводов...

Нефтяная отрасль Казахстана — одна из основных отраслей экономики Казахстана. Годом добычи первой казахстанской нефти считается ноябрь 1899г. в

На сегодняшний день по трубопроводной системе транспортируется более 80 % всей добываемой в республике нефти.

Метод интенсификации добычи высоковязкой нефти...

Таблица 2. Технические характеристики станции управления нагревом: УПС 50–10–60–3.

Зависимость изменения вязкости нефти в пластовых условиях от температуры для условий

Особенности транспортировки высоковязкой нефти в условиях эксплуатации «горячего»...

Регулируемые гидродинамические муфты | Статья в журнале...

Чтобы отслеживать эти изменения, необходимо непрерывно регулировать режим работы насосной установки. Процесс регулирования осложнен несоответствием характеристик центробежных насосов и трубопроводов. Для увеличения подачи нефти по трубопроводу...

Испытание скважин по добыче высоковязкой нефти пласта...

– отработка техники и технологии освоения скважин и подъема высоковязкой нефти в условиях эксплуатации пласта ПК1 на естественном режиме вытеснения

Исследовать литологию и изолирующие характеристики, а также пространственные распространение таких прослоев по...

Особенности транспортировки высоковязкой нефти...

Особенности транспортировки высоковязкой нефти в условиях эксплуатации «горячего» трубопровода.

Основные термины (генерируются автоматически): насосная станция, нефть, трубопровод, трубопроводная система, потеря напора, оптимальный режим перекачки...

Проблемы транспортировки высоковязкой и парафинистой...

Характерной особенностью парафинистой нефти является зависимость изменения вязкости от перепада

Термогидродинамика систем добычи и транспорта нефти и газа.

Особенности транспортировки высоковязкой нефти в условиях эксплуатации «горячего» трубопровода.

Развитие технологии добычи высоковязкой нефти на...

Перспективы добычи тяжёлой высоковязкой нефти с учётом экономической ситуации и конкретных

6. Каражанова М. К. Повышение технико-экономических показателей работы скважин на основе анализа и оценки надёжности насосного оборудования: автореф. дисс...

Методы модификации проточных частей нефтяных...

Насосное оборудование нашло широкое применение практически во всех отраслях промышленности.

При этом трубопровод строится сразу на весь рассчитанный объем перекачиваемой нефти, тогда как нефтяные станции строятся не в целом объеме, а...

Эксплуатационные проблемы магистральных нефтепроводов...

Нефтяная отрасль Казахстана — одна из основных отраслей экономики Казахстана. Годом добычи первой казахстанской нефти считается ноябрь 1899г. в

На сегодняшний день по трубопроводной системе транспортируется более 80 % всей добываемой в республике нефти.

Метод интенсификации добычи высоковязкой нефти...

Таблица 2. Технические характеристики станции управления нагревом: УПС 50–10–60–3.

Зависимость изменения вязкости нефти в пластовых условиях от температуры для условий

Особенности транспортировки высоковязкой нефти в условиях эксплуатации «горячего»...

Регулируемые гидродинамические муфты | Статья в журнале...

Чтобы отслеживать эти изменения, необходимо непрерывно регулировать режим работы насосной установки. Процесс регулирования осложнен несоответствием характеристик центробежных насосов и трубопроводов. Для увеличения подачи нефти по трубопроводу...

Испытание скважин по добыче высоковязкой нефти пласта...

– отработка техники и технологии освоения скважин и подъема высоковязкой нефти в условиях эксплуатации пласта ПК1 на естественном режиме вытеснения

Исследовать литологию и изолирующие характеристики, а также пространственные распространение таких прослоев по...

Задать вопрос