Варианты исполнения системы индукционного нагрева на примере магистрального трубопровода «Заполярье — Пурпе» | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 21 декабря, печатный экземпляр отправим 25 декабря.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №21 (259) май 2019 г.

Дата публикации: 26.05.2019

Статья просмотрена: 62 раза

Библиографическое описание:

Зарипова Р. И. Варианты исполнения системы индукционного нагрева на примере магистрального трубопровода «Заполярье — Пурпе» // Молодой ученый. — 2019. — №21. — С. 100-104. — URL https://moluch.ru/archive/259/59611/ (дата обращения: 10.12.2019).



Разработка месторождений углеводородов уходит за полярный круг, что связано с рядом сложностей при эксплуатации не только месторождений, но и транспорта до потребителей.

Самым северным магистральным нефтепроводом в России является Заполярье-Пурпе. Это уже третий нефтепровод в мире, который работает в условиях арктического климата. Трасса нефтепровода Заполярье-Пурпе проходит в условиях сильно обводненной, болотистой местности и линзовой вечной мерзлоты. [1]

Географическое положение, природная среда, специфика транспортировки продукта сподвигли на ряд нестандартных технологических и технических решений.

Из-за низкой температуры высоковязкая жидкость приобретает большую вязкость, а их ее транспортировка без подогрева становится практически невозможным. Пробки, сужения проходного сечения и высокая вязкость нефти могут стать причиной сбоев трубопроводов. Поэтому нефть должна иметь высокую положительную температуру по всей длине нефтепровода, что рождает целый комплекс проблем, связанных с поддержанием положительной температуры. Таким образом, разработка и проектирование индукционной системы подогрева нефти является актуальной проблемой.

На сегодняшний день существуют несколько способов регулировки реологических свойств нефти (рис.1).

Наиболее рентабельными являются тепловые способы. К тепловым методам относится электрический метод воздействия на реологические свойства. Плюсами применения данных систем являются удобство в применении, отсутствие выбросов в атмосферу продуктов сгорания, простота эксплуатации. Ввиду развитости электрических систем в России, а также источников электрической энергии, электротермия занимает свою нишу в промышленности, том числе и в трубопроводном транспорте вязкой и высоковязкой нефти, за исключением СВЧ нагрева. [2] В работе рассмотрен индукционный нагрев на повышенной частоте.

Рис. 1. Способы регулирования реологических свойств вязкой нефти

Нефть, которую перекачивают по трубопроводу «Заполярье-Пурпе» имеет высокую вязкость, застывает уже при температуре ниже 14 °C, и для того, чтобы прокачать, ее нужно нагреть до 60°C. Для этого на трубопроводе построены пункты подогрева.

Для определения места перехода границы критического остывания нефти без подогрева был произведен следующий расчет.

Для расчета температуры в конце участка неизотермического трубопровода применим формулу теплового баланса Шухова-Лейбензона и Фурье [3]:

(1)

где

Gсек — массовый секундный расход,

i — гидравлический уклон,

— коэффициент Шухова,

L — длина трубопровода, м,

k — коэффициент теплопередачи от жидкости в трубе в окружающую среду.

По формуле (1) был построен график, зависимость остывания нефти от расстояния (рис. 2).

Учитывая, что с ГНПС нефть выходит с температурой 60 °C, то согласно результатам расчета, значение 14 °C произойдет в точке 1257 м.

Рис. 2. Процесс остывания нефти без компенсации тепловых потерь

Мощность системы подогрева будет зависеть от температуры окружающей среды. Зависимость на рис. 3 показывает необходимость глубокой регулировки процесса нагрева.

Рис. 3. Зависимость мощности системы от температуры окружающей среды

Предлагается несколько возможных технических решений систем индукционного нагрева:

 локально-ступенчатый;

 попутный с полной компенсацией;

 попутный с частичной компенсацией.

Локально-ступенчатый нагрев заключается в нескольких подогревах жидкости на некоторых участках трубопровода.

Мощность одной индукционной установки будет рассчитываться по формуле

(2)

где с — удельная теплоемкость нефти,

m — масса нефти, кг,

ΔT — разность температур, оС,

t — время, с.

Рис.4. Процесс остывания нефти с локально-ступенчатой компенсацией тепловых потерь

Рассмотрим попутный нагрев с полной компенсацией. При этом способе нагрев происходит на всем протяжении магистрального трубопровода и поддерживает необходимую температуру 60 °C вплоть до вхождения в установку.

Рис.5. Процесс подогрева нефти с полной компенсацией тепловых потерь

При частично-попутном нагреве индукционно нагревательные системы располагаются на всем протяжении магистрального трубопровода, поддерживая до критической температуры до вхождения в установку (рис.6).

Рис. 6. Процесс подогрева нефти с частичной компенсацией тепловых потерь

Таблица 1

Таблица сравнения данных

Вариант системы

Поддержание режима перекачки

Аварийный разогрев трубопровода

Локальный

-

-

Локально-ступенчатый

+/-

+/-

Попутный с полной компенсацией

+

+

Попутный с частичной компенсацией

+

+

Современные системы нагрева потребляют большие мощности, мною предложена система с частичной компенсацией, которая потребляет существенно меньше. Её отличие в том, что не осуществляется поддержание 60 градусной температуры на протяжении всего трубопровода. Температура нефти убывает в зависимости от длины и стремится к точке застывания в конце трубопровода. Данный способ возможен при осуществлении точных расчётов о температуре нефти, но затраты на расчёт несравнимо меньше с экономией при эксплуатации данной системы.

Литература:

  1. Заполярье-Пурпе-Самотлор: новый уровень надежности // Нефть и капитал: науч. журн., 2014. — № 3. — URL: http://www.zaospk.ru/upload/SMI/Заполярье-Пурпе-Самотлор %20- %20новый %20уровень %20надежности.pdf (дата обращения 20.04.2017).
  2. Хлюпин, П. А. Индукционна нагревательная система для нефтепроводов: дис. … докт. техн. наук: 05.09.03 / П. А. Хлюпин. — Уфа, 2015. — 194 с.
  3. Новоселов, В.В., Гаррис Н. А., Тугунов П. И. и др. Прогнозирование теплофизических свойств грунтов при выполнении расчетов неизотермических трубопроводов // ОИ «Транспорт и хранение нефти”. — М.: ВНИИОЭНГ. 1989. 31 с.
Основные термины (генерируются автоматически): частичная компенсация, окружающая среда, полная компенсация, температура нефти, температура, система, Россия, процесс подогрева нефти, процесс остывания нефти, магистральный трубопровод.


Похожие статьи

Подогрев и вероятная температура нефтепродуктов...

На нефтебазах подогрев нефтепродуктов в резервуарах позволяет решить сложную задачу, связанную с операциями слива и налива продукта. Нефть и нефтепродукты при понижении температуры воздуха становится более вязкими и транспортирование их без подогрева...

Особенности транспортировки высоковязкой нефти в условиях...

Эффективность термообработки зависит от температуры подогрева, скорости охлаждения и статического или динамического состояния нефти в процессе охлаждения. Оптимальная температура подогрева при термообработке находится экспериментально, наилучшие...

Повышение энергоэффективности трубопроводной системы...

Условно к высоковязким нефтям можно отнести нефти с вязкостью более 2 Ст, а к высокозастывающим с температурой застывания tз > 0

Температура нефти в трубе меняется вследствие теплообмена с окружающей средой и попутным подогревом за счет тепла трения...

Разработка автоматизированной системы управления...

Подогрев нефти на производстве производится для улучшения текучести и снижения вязкости нефтепродуктов. На нефтяном промысле подогрев нефти проводят при её деэмульсации в трубчатых печах до температуры 40–90 °С. Подогрев нефти позволяет ускорить процесс...

Классификация систем обнаружения утечек на магистральных...

Системы обнаружения утечек на магистральных трубопроводах нефти, газа и нефтепродуктов призваны решить, главным образом, следующие задачи: Ü эффективная защита окружающей среды от загрязнения путём снижения объёма нефти...

Математическое моделирование тепловых полей при...

Пример решения (Жидкость в трубе — нефть. Температура окружающей среды -35оС. Ток источника I = 60 A. Частота тока f1=50 Гц): Рис.1. Распределение температурного поля в трубе при нагреве с помощью системы ИРСН при частоте тока f1=50 Гц. Время нагрева τ=1800 с.

Анализ методов обеспечения безопасности эксплуатации...

При эксплуатации магистральных нефтепроводов не обходится без проблем и решения непростых технических задач. Очень многие проблемы напрямую связаны с условиями и особенностями эксплуатации современных магистральных нефтепроводов.

Способы повышения энергоэффективности магистрального...

Транспортировка такой нефти по трубопроводам имеет свою специфику и связана с

Повышение энергоэффективности трубопроводной системы в случае горячей перекачки

С понижением температуры увеличивается вязкость нефти (эмульсии), а следовательно, и...

Проблемы транспортировки высоковязкой и парафинистой...

С понижением температуры увеличивается вязкость нефти (эмульсии), а, следовательно, и гидравлическое сопротивление при ее транспортировании по трубопроводам. Падение температуры особенно нежелательно при перекачке высоковязкой и парафинистой нефти.

Похожие статьи

Подогрев и вероятная температура нефтепродуктов...

На нефтебазах подогрев нефтепродуктов в резервуарах позволяет решить сложную задачу, связанную с операциями слива и налива продукта. Нефть и нефтепродукты при понижении температуры воздуха становится более вязкими и транспортирование их без подогрева...

Особенности транспортировки высоковязкой нефти в условиях...

Эффективность термообработки зависит от температуры подогрева, скорости охлаждения и статического или динамического состояния нефти в процессе охлаждения. Оптимальная температура подогрева при термообработке находится экспериментально, наилучшие...

Повышение энергоэффективности трубопроводной системы...

Условно к высоковязким нефтям можно отнести нефти с вязкостью более 2 Ст, а к высокозастывающим с температурой застывания tз > 0

Температура нефти в трубе меняется вследствие теплообмена с окружающей средой и попутным подогревом за счет тепла трения...

Разработка автоматизированной системы управления...

Подогрев нефти на производстве производится для улучшения текучести и снижения вязкости нефтепродуктов. На нефтяном промысле подогрев нефти проводят при её деэмульсации в трубчатых печах до температуры 40–90 °С. Подогрев нефти позволяет ускорить процесс...

Классификация систем обнаружения утечек на магистральных...

Системы обнаружения утечек на магистральных трубопроводах нефти, газа и нефтепродуктов призваны решить, главным образом, следующие задачи: Ü эффективная защита окружающей среды от загрязнения путём снижения объёма нефти...

Математическое моделирование тепловых полей при...

Пример решения (Жидкость в трубе — нефть. Температура окружающей среды -35оС. Ток источника I = 60 A. Частота тока f1=50 Гц): Рис.1. Распределение температурного поля в трубе при нагреве с помощью системы ИРСН при частоте тока f1=50 Гц. Время нагрева τ=1800 с.

Анализ методов обеспечения безопасности эксплуатации...

При эксплуатации магистральных нефтепроводов не обходится без проблем и решения непростых технических задач. Очень многие проблемы напрямую связаны с условиями и особенностями эксплуатации современных магистральных нефтепроводов.

Способы повышения энергоэффективности магистрального...

Транспортировка такой нефти по трубопроводам имеет свою специфику и связана с

Повышение энергоэффективности трубопроводной системы в случае горячей перекачки

С понижением температуры увеличивается вязкость нефти (эмульсии), а следовательно, и...

Проблемы транспортировки высоковязкой и парафинистой...

С понижением температуры увеличивается вязкость нефти (эмульсии), а, следовательно, и гидравлическое сопротивление при ее транспортировании по трубопроводам. Падение температуры особенно нежелательно при перекачке высоковязкой и парафинистой нефти.

Задать вопрос