Трубопроводный транспорт высоковязких нефтей



Трубопроводный транспорт высоковязких и высокозастывающих нефтей и нефтепродуктов затруднен из-за их повышенной вязкости, высокой температуры застывания и других реологических особенностей. Высокая величина коэффициента гидравлического сопротивления при температуре окружающей среды вызывает необходимость сооружения большого числа насосных станций, что экономически не всегда целесообразно.

Поэтому наряду с обычной изотермической перекачкой применяют и другие методы транспорта таких нефтей (гидроперекачка, перекачка с предварительным улучшением реологических свойств, перекачка с подогревом).

Вследствие чего уменьшается гидравлическое сопротивление при их применении.

В способе гидроперекачки вместо высоковязкой нефти со стенкой контактирует вода. А в способах перекачки с предварительным улучшением реологических свойств и с подогревом эффективная вязкость высоковязких нефтей понижена.

Ключевые слова: нефтеперекачивающая станция, магистральный нефтепровод, температура, вязкость.

Pipeline transport of high-viscosity and highly solidifying oils and petroleum products is difficult due to their increased viscosity, high pour point and other rheological features. The high value of the hydraulic resistance coefficient at ambient temperature necessitates the construction of a large number of pumping stations, which is not always economically feasible.

Therefore, along with conventional isothermal pumping, other methods of transporting such oils are used (hydraulic pumping, pumping with preliminary improvement of rheological properties, pumping with heating).

As a result, the hydraulic resistance during their use decreases.

In the hydropumping method, instead of high-viscosity oil, water comes into contact with the wall. And in pumping methods with preliminary improvement of rheological properties and with heating, the effective viscosity of high-viscosity oils is reduced.

Keywords: oil pumping station, main oil pipeline, temperature, viscosity.

Методы перекачки по трубопроводам высоковязких и высокозастывающих нефтей

Гидроперекачка

Гидроперекачка — совместная перекачка высоковязких нефтей и воды. Существует несколько способом перекачки:

— перекачка нефти внутри водяного кольца;

— перекачка водонефтяной смеси в виде эмульсии типа «нефть в воде» (н/в);

— перекачка нефти и воды без вмешательства в формирование структуры потока.

Барообработка — обработка неньютоновских нефтей давлением с целью улучшения их реологических свойств.

Термодеструктивной обработкой называется нагрев высоковязких нефтей до 490 °С при соответствующем давлении с целью расщепления (деструкции) высокомолекулярных соединений на легкие маловязкие углеводородные составляющие.

Перекачка с предварительным улучшением реологических свойств нефтей за счет механического воздействия

Основная особенность этого метода перекачки заключается в том, что высокопарафинистую нефть предварительно охлаждают с целью образования парафинистой структуры, после чего механическим путем подвергают разрушению последнюю. Смолы и асфальтены, которые содержатся в нефти, обволакивают “осколки”, имеющие парафиновую структуру, а также препятствуют их повторному соединению. Обычной скорости перекачки оказывается достаточно, для того чтобы суспензия парафина в нефти долгое время не утрачивала нужную степень подвижности.

Термообработкой нефти является ее тепловая обработка, которая предусматривает, нагрев нефти выше температуры начала плавления парафинов и последующее её охлаждение с определенной скоростью, с целью улучшения реологических свойств.

Расчетная часть

Расчетная часть

Определение возможности работы трубопровода при заданных условиях вследствие перекачки высоковязкой нефти

Определяем критическую температуру

(1)

где

u

– — —

температура, при которой известна кинематическая вязкость нефтепродукта ; критическое число Рейнольдса; для высоковязких нефтей и нефтепродуктов ; крутизна вискограммы; рабочее давление в трубопроводе, МПа.

Так как , то в трубопроводе турбулентный участок.

Средняя температура потока

(2)

К

Среднюю температуру стенки принимаем равной

Определяем кинематическую вязкость, параметры Re, Pr и Gr при средних температурах потока и стенки

(3)

где

u

– —

коэффициент крутизны вискограммы, 1/К; кинематическая вязкость при известной температуре Т ∗

м ² /с

м ² /с

(4)

	(5)
	(6)

где

а

– —

коэффициент теплопроводности нефтепродукта; коэффициент температуропроводности нефтепродукта

Для определения при вынужденном движении жидкости имеются различные экспериментальные зависимости, по формулам Михеева для турбулентного режима при ⁴ (17445,75 ⁴ )

(7)

Проверяем правильность выбора температуры стенки по уравнению теплового баланса

(8)

Расчетная температура стенки практически совпадает с принятой. Следовательно, расчет можно продолжать.

Определяем коэффициенты теплопередачи, для турбулентного участка

(9)

где

– — — —

коэффициенты теплопроводности отложений, стали, трубы изоляции и т. п.; внутренний диаметр i-го слоя; наружный диаметр i-го слоя; наружный диаметр трубопровода

Длина турбулентного участка

(10)

Без тепловой изоляции температур нефти, равная 330 К, в конце трубопровода не обеспечивается.

Определим необходимую толщину тепловой изоляции, которая позволит обеспечить заданную температуру в конце трубопровода.

Параметр Шухова

(11)

(12)

В качестве теплоизоляционого материала возьмем стекловату, для которой Вт/м К, тогда

м

Толщина изоляции

(13)

Построение графиков зависимостей температуры нефти от расхода

Определим границы режимов течения

Величину определяем из формулы (1), приняв =

(14)

Так как , то в трубопроводе на всем участке наблюдается только турбулентный режим течения.

Значение определим из системы, состоящей из формул (1) и (10), при условии, что ,

(15)

Полученную систему уравнений решим графическим способом. Построим график зависимости от по первому, затем по второму уравнениям. Точка пересечения кривых дает искомые корни.

Рис. 1. График зависимости от

Для данной задачи ими являются

и

Следовательно, в области расходов от до в трубопроводе будет наблюдаться два режима течения:

— на начальном участке (при температуре от 365 К до 340,65 К) — турбулентный;

— на остальном участке (при температуре ниже 340,65 К) — ламинарный.

При расходах выше 0,0453 по всей длине трубопровода будет только турбулентный режим.

Построим графики зависимостей Q) и

.

Зависимость Q) определим согласно формуле (1):

Зависимость найдем по фолмуле:

(16)

где

–

параметр Шухова при турбулентном режиме

(17)

Рис. 2. График зависимостей Q) и

Вывод

Доставка вязких нефтей по магистральным трубопроводам требует использования разных ухищрений для обеспечения нормальных условий перекачки, поскольку температура застывания их высока и возникает опасность застывания в трубе. Среди специальных технологий перекачки таких нефтей, рассмотрели следующие:

1) гидроперекачку;

2) перекачку с предварительным улучшением реологических свойств нефти за счет механического воздействия;

3) перекачку высоковязкой нефти в смеси с жидкими углеводородными разбавителями;

4) перекачку термически обработанных нефтей;

5) перекачку высокозастывающих парафинистых нефтей с депрессорными присадками;

6) перекачку нефти с подогревом.

Технология горячей перекачки, заключающаяся в снижении вязкости и уменьшении гидравлического сопротивления при подогреве нефти, используется на действующих трубопроводах Уса — Ухта — Ярославль.

Также определена возможность работы трубопровода при перекачке высоковязкой нефти с подогревом.

В расчетной части были произведены расчеты возможности работы трубопровода при заданных условиях вследствие перекачки высоковязкой нефти, построены графики зависимостей температуры нефти от расхода.

Литература:

1. Проектирование и эксплуатация газонефтепроводов: учебник / А. А. Коршак, А. М. Нечваль. — Ростов н/Д: Феникс, 2016. — 540. — (Высшее образование);
2. П. И. Тугунов, В. Ф. Новосёлов, А. А. Коршак, А. М. Шаммазов. Типовые расчёты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов. Учебное пособие для ВУЗов. — Уфа: ООО «ДизайнПолиграфСервис», 2002. — 658 с.
3. Лурье М. В. Задачник по трубопроводному траспорту нефти, нефтепродуктов и газа: Учеб. пособие для вузов. — М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2003. — 349 с.
4. Черникин В. И. Перекачка вязких и высокозастывающих нефтей. — М.: Гостоптехиздат, 1958. — 163 с;
5. Новоселов В. Ф. Трубопроводный транспорт нефти и газа. Перекачка вязких и застывающих нефтей. Специальные методы перекачки: Учебное пособие / В. Ф. Новоселов, А. А. Коршак. — Уфа: Изд. УНИ, 1998. — 108 с;
6. Трубопроводный транспорт нефти: Учеб. для студентов вузов В 2 т. / [Г. Г. Васильев, Г. Е. Коробков, А. А. Коршак и др.]; под общ. ред. С. М. Вайнштока. — М.: Недра, 2002. — 21 см. — ([Высшее образование]).