Особенности транспортировки высоковязкой нефти в условиях эксплуатации «горячего» трубопровода
Авторы: Куспанов Аслан Беркутович, Тюрин Анатолий Николаевич, Чурикова Лариса Алексеевна
Рубрика: 13. Химическая технология и промышленность
Опубликовано в
Дата публикации: 04.11.2017
Статья просмотрена: 2853 раза
Библиографическое описание:
Куспанов, А. Б. Особенности транспортировки высоковязкой нефти в условиях эксплуатации «горячего» трубопровода / А. Б. Куспанов, А. Н. Тюрин, Л. А. Чурикова. — Текст : непосредственный // Технические науки в России и за рубежом : материалы VII Междунар. науч. конф. (г. Москва, ноябрь 2017 г.). — Москва : Буки-Веди, 2017. — С. 141-144. — URL: https://moluch.ru/conf/tech/archive/286/13230/ (дата обращения: 11.12.2024).
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 при определении параметров оптимальных режимов перекачки высоковязких нефтей с предварительным подогревом, трубопровод и насосную станцию рассматривать как замкнутую систему с учетом взаимного влияния параметров движения нефти в трубопроводе и характеристик центробежных насосов, а также зависимости определяющих параметров от термодинамических режимов транспортирования.
Ключевые слова: нефтепровод, реологическая модель, термообработка, эксплуатационный режим, характеристика центробежного насоса
Нефтяная отрасль Казахстана — одна из основных отраслей экономики Казахстана.
Всего по трубопроводной системе транспортируется более 80 % всей добываемой в республике нефти. Основными нефтяными маршрутами являются: Узень — Атырау — Самара, Каламкас — Каражанбас — Актау, Жанажол — Кенкияк — Орск, Омск — Павлодар — Шымкент — Чарджоу.
В трубопроводной системе магистрального нефтепровода Узень — Атырау — Самара протяженностью 1500 км [1] транспортируют высоковязкую парафинистую нефть Мангистау, которая застывает при температуре +30°С. В связи с этим, при ее транспортировке осуществляется попутный огневой подогрев [2].
Осложнения, возникающие при эксплуатации трубопроводной системы по перекачке высоковязкой и высокозастывающей нефти, связаны с зависимостью вязкости от температуры. Но, при некоторых температурах возникает выпадение твердых фракций, а также может быть застывание нефти в трубопроводе, приводящее к полной остановке перекачки и значительным экономическим затратам на ее возобновление.
Перекачка нефтей при высоких температурах подчиняется законам Ньютона и являются ньютоновскими жидкостями, при перекачке которых коэффициент динамической вязкости не зависит от характеристик движения. Если температура понижается, то 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.
Актуальной научно-технической задачей является оптимизация системы «трубопровод — насосная станция». Исследуя данную систему, можно выделить критерий оптимальности. Принято разделять критерии оптимальности на две группы [2]: гидродинамические и технико-экономические.
На основе исследования реологических свойств конкретных типов нефти можно получить ее характеристики, необходимые для инженерных расчетов [2].
Исследования показывают, что улучшение реологических свойств нефтей зависимо от внутренних изменений в них, происходящих в результате термообработки. В обычных условиях при естественном охлаждении парафинистых нефтей образуется кристаллическая парафиновая структура, придающая нефти свойства твердого тела.
Рис. 1. Восстановление оптимальной вязкости озексуатской (1) и жетыбайской (2) нефтей во времени после термообработки
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 условия охлаждения — в статике.
Учитывая, что реологические параметры термообработанной нефти с течением времени ухудшаются и достигают значений, которые нефть имела до термообработки. Для озексуатской нефти это время составляет 3 суток, а для мангышлакской — 45 (рис. 1). Поэтому не всегда достаточно термической обработки нефти один раз для эффективного перекачивания ее в системе трубопроводного транспорта. А также, капитальные вложения в пункт термообработки очень высоки.
Расчеты «горячих» трубопроводов, транспортирующим высоковязкие и высокозастывающие жидкости, имеют достаточно сложную схему решения. При «горячей» перекачке осуществляется подогрев нефти в печах промежуточных тепловых станций, что значительно увеличивает себестоимость трубопроводного транспорта нефти, а также ставит определенные проблемы надежности и экологической безопасности системы. Так как подогретая нефть со временем остывает, а специально обработанная нефть теряет временно улучшенные транспортабельные свойства, то как для «горячих», так и для любых неизотермических трубопроводов, должны рассчитываться:
1) время безопасной остановки τбо и пусковые параметры центробежных насосов (подача Q и давление Р) на момент возобновления перекачки;
2) время прогрева трубопровода τпр при пуске его из холодного состояния;
3) время безопасной работы τбр трубопровода на пониженных режимах (при временном уменьшении подачи насосов, снижении температуры нагрева перекачиваемой нефти и т.д.).
При расчетах эксплуатационных режимов неизотермических трубопроводов надо учитывать то, что такие системы практически не работают в проектных режимах по нескольким причинам, таких, как климатические изменения окружающей среды, сезонность загрузки системы, поэтапный ввод мощностей, старение и износ оборудования, падение производительности и т.д. Поэтому к теплогидравлическим расчетам таких трубопроводов предъявляются повышенные требования. Кроме обычного проектировочного теплогидравлического расчета необходимо выполнять расчеты нестационарных режимов. Динамические характеристики могут быть построены для жидкостей с различными реологическими моделями. Преимущество такого метода является то, что он позволяет учесть изменение подачи центробежных насосов вследствие изменения гидравлического сопротивления трубопровода.
Учитывая некоторые реологические свойства нефтей с высокой температурой застывания, может быть появление предельного напряжения сдвига при низких температурах. Поэтому снижение рабочей температуры потока жидкости может привести к возникновению «застойной зоны», которая уменьшает рабочее сечение трубопровода. Из чего следует, что при моделировании режимов работы неизотермического нефтепровода традиционное усреднение температур и скоростей по сечению неприемлемо.
Практика показывает, что результаты расчетов не могут дать точного совпадения с экспериментальными данными, поэтому необходимо повысить надежность вычислений.
Задача о расчете гидравлического поля внутри трубопровода сводится к определению потери напора на трение.
Но когда проводится перекачка с подогревом, в качестве критерия оптимальности принято использовать минимум общих эксплуатационных затрат на перекачку и подогрев [3, 4]:
. (1)
Вторым условием, ограничивающим область потерь напора при перекачке с подогревом, является допустимая относительная погрешность:
(2)
где Н –потери напора в «горячем» трубопроводе по формуле В.И. Черникина;
Низ — для потери напора в изотермическом трубопроводе по формуле Лейбензона.
С учетом формул Черникина и Лейбензона для изотермического случая, параметров переменных величин Шу и ξ = m · u · (Tн — Tо), равный натуральному логарифму от максимальной поправки в осевом направлении, из формулы (2) получим формулу для определения допустимой относительной погрешности расчета потери напора на трение в случае «горячей перекачки» [5]
(3)
Построив ряд графиков при различных значениях получим искомые области значений, в которых расчет «горячих» трубопроводов можно вести по формулам классической гидравлики при изотермических условиях с погрешностями, не превышающими заданные.
Рис. 2. Области, соответствующие σдоп
Если точка с координатами (Шу, ξ) окажется ниже ограничивающей кривой, то расчет можно вести в изотермическом приближении [5]. Следовательно, при определении значений параметров оптимальных режимов перекачки высоковязких нефтей с предварительным подогревом трубопровод и насосную станцию следует рассматривать как замкнутую систему, учитывая взаимное влияние параметров движения нефти в трубопроводе и характеристику центробежных насосов, а также зависимости определяющих параметров от термодинамических режимов транспортирования.
Литература:
- Абрамзон Л.С. Оптимальные параметры работы горячих трубопроводов / Л.С. Абрамзон // Нефтяное хозяйство. — 1979. — № 2. — с. 53–54
- Марон В.И. Гидродинамика и однофазных и многофазных потоков в трубопроводе: учебное пособие / В.И. Марон. — М.: МАКС Пресс, 2009. — 344 с.
- 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.
- 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.
- Пшенин, В.В. Критериальные уравнения теплообмена при перекачке с подогревом нефти и нефтепродуктов / В.И. Климко, В.В. Пшенин // ГИАБ. — 2013. — № 8. — с. 342–345.
Ключевые слова
нефтепровод, реологическая модель, термообработка, эксплуатационный режим, характеристика центробежного насосаПохожие статьи
Повышение энергоэффективности трубопроводной системы в случае горячей перекачки высоковязких нефтей
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 п...
Топочные устройства для горячей перекачки нефтей с озоновым наддувом
Технология «горячей» перекачки высоковязких и высокозастывающих нефтей предполагает нагрев выделенных участков нефтепровода. Для реализации технологии, разработано множество подогревателей, отличающихся различными техническими характеристиками. Пров...
Моделирование установки первичной перегонки нефти в режиме энергосбережения
В данной работе исследовано выделение прямогонного бензина по двухколонной схеме и установлено, что минимальная тепловая нагрузка на колонны до выхода на постоянную низкую скорость её изменения при различном уровне потерь бензина наблюдается без отбо...
Анализ видов предвключенных устройств и способов компановок насосов при повышенном газосодержании перекачиваемой среды
В статье рассматриваются конструкции предвключенных устройств для скважинных нефтяных насосов и компоновки различных входных модулей. Проводится анализ данных устройств и способов компоновки с точки зрения их работоспособности при различном газосодер...
Совершенствование процессов подготовки нефти к перекачке
В статье раскрыта проблема поддержания теплового режима подготовленной к транспортировке товарной нефти. А именно: проанализирована существующая технология подготовки нефти на установках подготовки нефти; проработан вариант использования дополнительн...
Озонирование топочного пространства печей нагрева
Перекачка высоковязких и высокозастывающих нефтей и нефтепродуктов с подогревом является, в настоящее время, самым распространенным способом трубопроводного транспорта этих продуктов. На основе технических характеристик подогревателя нефти НУС-0,1 пр...
Эффективность разработки нефтегазоконденсатного месторождения с применением системы поддержания пластового давления
Статья посвящена вопросам обоснования выбора технологии воздействия на плохо дренируемые области пласта с остаточной нефтью исходного состава. Авторы предлагают в качестве решения такой задачи — применить специальные методы увеличения нефтеотдачи (МУ...
Исследование эффективности работы установок низкотемпературной сепарации
Определение оптимальных технологических режимов, а также повышение эффективности процесса проектирования технологических схем на нефтяных и газовых месторождениях являются одними из важнейших факторов, влияющие на научно-технический прогресс в нефте-...
Обоснование принятой методологии прогнозирования технологических показателей разработки газоконденсатного месторождения при разработке методом двойного закачивания
В статье автором приводятся обоснования принятия методологии прогнозирования технологических показателей разработки, нормативов капитальных вложений и эксплуатационных затрат, принятых для расчета газоконденсатного месторождения при разработке методо...
Повышение эффективности работы турбодетандерных агрегатов в составе СОГ КС за счёт регулирования режимов
В данной статье выполнен анализ эффективности системы охлаждения природного газа на КС, проанализированы способы повышения эффективности работы турбодетандерных агрегатов за счёт регулирования режимов и рассмотрены наиболее эффективные из них.
Похожие статьи
Повышение энергоэффективности трубопроводной системы в случае горячей перекачки высоковязких нефтей
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 п...
Топочные устройства для горячей перекачки нефтей с озоновым наддувом
Технология «горячей» перекачки высоковязких и высокозастывающих нефтей предполагает нагрев выделенных участков нефтепровода. Для реализации технологии, разработано множество подогревателей, отличающихся различными техническими характеристиками. Пров...
Моделирование установки первичной перегонки нефти в режиме энергосбережения
В данной работе исследовано выделение прямогонного бензина по двухколонной схеме и установлено, что минимальная тепловая нагрузка на колонны до выхода на постоянную низкую скорость её изменения при различном уровне потерь бензина наблюдается без отбо...
Анализ видов предвключенных устройств и способов компановок насосов при повышенном газосодержании перекачиваемой среды
В статье рассматриваются конструкции предвключенных устройств для скважинных нефтяных насосов и компоновки различных входных модулей. Проводится анализ данных устройств и способов компоновки с точки зрения их работоспособности при различном газосодер...
Совершенствование процессов подготовки нефти к перекачке
В статье раскрыта проблема поддержания теплового режима подготовленной к транспортировке товарной нефти. А именно: проанализирована существующая технология подготовки нефти на установках подготовки нефти; проработан вариант использования дополнительн...
Озонирование топочного пространства печей нагрева
Перекачка высоковязких и высокозастывающих нефтей и нефтепродуктов с подогревом является, в настоящее время, самым распространенным способом трубопроводного транспорта этих продуктов. На основе технических характеристик подогревателя нефти НУС-0,1 пр...
Эффективность разработки нефтегазоконденсатного месторождения с применением системы поддержания пластового давления
Статья посвящена вопросам обоснования выбора технологии воздействия на плохо дренируемые области пласта с остаточной нефтью исходного состава. Авторы предлагают в качестве решения такой задачи — применить специальные методы увеличения нефтеотдачи (МУ...
Исследование эффективности работы установок низкотемпературной сепарации
Определение оптимальных технологических режимов, а также повышение эффективности процесса проектирования технологических схем на нефтяных и газовых месторождениях являются одними из важнейших факторов, влияющие на научно-технический прогресс в нефте-...
Обоснование принятой методологии прогнозирования технологических показателей разработки газоконденсатного месторождения при разработке методом двойного закачивания
В статье автором приводятся обоснования принятия методологии прогнозирования технологических показателей разработки, нормативов капитальных вложений и эксплуатационных затрат, принятых для расчета газоконденсатного месторождения при разработке методо...
Повышение эффективности работы турбодетандерных агрегатов в составе СОГ КС за счёт регулирования режимов
В данной статье выполнен анализ эффективности системы охлаждения природного газа на КС, проанализированы способы повышения эффективности работы турбодетандерных агрегатов за счёт регулирования режимов и рассмотрены наиболее эффективные из них.