Увеличение производительности нефтепроводов применением противотурбулентных присадок

INCREASING THE PRODUCTIVITY OF OIL PIPELINES USING ANTI-TURBULENT ADDITIVES

Wasea Amer Abdulhameed Shaif Ali

student 2 course, Department of Technological machines and equipment Pgtu,

Russia, Yoshkar Ola

Abdo Ahmed Abdulwahid Qaed

student 2 course, Department of Technological machines and equipment Pgtu,

Russia, Yoshkar Ola

Al-Shargabi Mohammed Abdulsalam Taha Sallam

2nd year student, Department of development of oil and gas fields UdSU,

Russia, Izhevsk

АННОТАЦИЯ

Обеспечение эффективного функционирования трубопроводов - одна из основных задач нефтяных компаний. Одним из способов сниже­ния эксплуатационных затрат и улучшения работы нефтеперекачивающих систем является использование различных групп присадок и реагентов, в связи с ростом цен на электроэнергию особо актуальным становится вопрос повышения эффективности работы трубопроводов с целью снижения эксплуатационных затрат при перекачке нефти и нефте­продуктов. Одним из способов решения данной проблемы является использование в качестве добавки к перекачиваемым нефтям и нефте­продуктам специальных полимерных присадок, снижающих гидравли­ческое сопротивление за счет гашения турбулентности вдоль стенок трубопровода.

ABSTRACT

Ensuring the effective functioning of pipelines is one of the main tasks of oil companies. One of the ways to reduce operating costs and improve the performance of oil pumping systems is to use different groups of additives and reagents. At this time, due to rising electricity prices, the issue of improving the efficiency of pipelines to reduce operating costs when pumping oil and oil products is of particular importance. ways to solve this problem is to use as an additive to pumped oils and petroleum products special polymer additives, reduce the hydraulic resistance due to damping turbulence along the walls of the pipeline.

Ключевые слова: противотурбулентные присадки; гидравли­ческого сопротивления; турбулентный; ламинарный; снижения трения.

Keywords: anti-turbulent additives; hydraulic resistance; turbulent; laminar; reduce friction.

Противотурбулентные присадки представляют собой высокомоле­кулярные вещества. Основным их предназначением является уменьшение гидравлического сопротивления жидких веществ в процессе их перекачки в турбулентных режимах. В процессе перекачивания нефти, которая обладает более высокой вязкостью, используют специальные полимер­ные добавки. Данные вещества в свою очередь позволяют избежать возникновения турбулентности в потоке жидкости. Главным пред­назначением противотурбулентных присадок является обеспечение ламинарного режима движения топлива в процессе его перекачивания по трубопроводу. При некоторых значениях плотности жидкости, а также скорости течения потока, спокойное ламинарное движение может изменяться на турбулентное. Турбулентное течение в свою очередь будет обуславливаться колебаниями давления в пристеночной зоне, что приведет к возникновению дополнительного сопротивления. Если говорить о жидкостях, обладающих малой вязкостью, то доля дополнительного сопротивления может достигать до 80 % от общего гидравлического сопротивления. Это приводит к увеличению затрат электроэнергии на перекачивании таких жидкостей.

Предварительный подбор трубопровода для перекачивания нефти должен осуществляться с учетом результатов, полученных в ходе проведения испытаний разных противотурбулентных присадок. При этом также должен учитываться и ряд следующих соображений:

• использование противотурбулентных присадок будет наиболее эффективным только для трубопроводов, обладающих турбулентным режимом движения.
• нефтепровод должен функционировать с максимальной (номи­нальной) или приближенной к ней производительностью перекачивания. Помимо этого, нефтепровод должен иметь техническую возможность увеличения производительности на 15-20 % на протяжении прохождения по нему нефти с присадкой.

Принцип снижения трения. В качестве основы при изготовлении противотурбулентных присадок используются полимеры, обладающие высокой молекулярной массой ~ (1¸10)×106. В результате добавления противотурбулентных присадок значительно увеличивается диапазон чисел Рейнольдса, в котором шероховатая поверхность будет выступать гидравлически гладкой. Максимальное уменьшение гидравлического сопротивления достигается спустя некоторое время после заполнения трубопровода нефтью, а не сразу после добавления присадок в поток. При прекращении добавления присадки в движущийся поток нефти будет наблюдаться восстановление первоначального гидравлического сопротивления. Происходит это непосредственно после того, как жид­кость, содержащая в своем составе присадку, покинет трубопровод. Необходимо отметить, что частичное разрушение присадки происходит в процессе прохождения узлов отбора проб, обратных клапанов, а полное ее разрушение происходит в магистральных насосах. В связи с этим, на трубопроводах, которые оснащены несколькими насосными стан­циями, ее введение осуществляется непосредственно после каждой из этих станций за регуляторами давления. Сглаживание пульсации давления обеспечивается при помощи длинных нитевидных молекул, которые размещаются вдоль прохождения жидкости. Следовательно, чем выше будет молекулярная масса полимера, тем большим эффектом будет обладать присадка. Обусловленное трением снижение давления напора происходит в результате сопротивления, с которым сталкивается поток жидкости при соприкосновении со стенкой трубопровода. В большинстве случаев создаются потоки 2-х видов:

• турбулентный;
• ламинарный.

Ламинарный поток обуславливается снижением давления, которое происходит в результате трения. Исключить данные потери без внесения изменений в физические свойства жидкости не представляется воз­можным. Однако большинство современных ПТП не способны изменять свойства жидкости. В связи с этим, наиболее эффективным их исполь­зование будет только в условиях турбулентного потока.

В большинстве нефтепроводов, как правило, наблюдается турбулентный поток. В результате этого, многие ПТП становятся наиболее эффективными именно в подобных нефтепроводах. Отметим, что в турбулентном потоке перемещение молекул жидкости происходит в хаотичном порядке. Это становится причиной напрасной потери существенной части энергии в вихревых потоках. Основной задачей современных ПТП является обеспечение взаимодействия молекул полимера с турбулентным потоком жидкости. Для того чтобы понять принцип работы противотурбулентных присадок в первую очередь следует описать структуру турбулентного потока в трубопроводе. На рисунке ниже изображен турбулентный поток в трубопроводе, включающий в свой состав 3 части. Центром потока выступает турбулентное ядро, которое охватывает наибольшее пространство и большую часть жидкости в трубопроводе. В месте его расположения формируются вихревые потоки, а движение молекул становится хаотичным. У стенки трубы располагается ламинарный промежуточный слой. В этом месте поперечное движение жидкости осуществляется полосами. Между отмеченными нами слоями образуется буферная зона.

Введение присадок в жидкость осуществляется посредством разных способов, подбор которых производится в соответствии с объемами работ с присадкой. Помимо этого, при выборе способа введения при­садок в топливо должны приниматься во внимание физико-химические характеристики, назначение и особенности использования присадок. Все случаи предусматривают обеспечение эффективного смешивания присадки с нефтью при наименьших энергетических и трудовых издер­жках. Чаще всего, проблемы появляются в процессе обрабатывания больших объемов топлива. Зачастую реагент, способствующий умень­шению гидравлического сопротивления, вводится в нефтепровод уже спустя 3-5 минут после доставки насосной аппаратуры и противотурбу­лентной присадки на место проведения работ. Также стоит отметить, что трубопровод должен иметь средства для подключения нагнета­тельного оборудования. На выходе из НПС монтируется устройство, посредством которого осуществляется ввод присадки в магистральный трубопровод. Чаще всего, закачка присадки осуществляется после насосного оборудования, счетчиков и специальных регулирующих устройств. Это в свою очередь способствует снижению вероятности разрушения трубопровода. Для введения в магистральный трубопровод присадок используется специальная механическая установка. Типовая схема установки для закачки реагента приведена на рисунке 1.3.

где 1 - рециркуляционный насос; 2 - контейнер с присадкой; 3 - рецир­куляционный фланец; 4 - шаровой вентиль рециркуляционной линии; 5 - шаровой вентиль возвратной линии; 6 - выпускной клапан контейнера с присадкой; 7 - нагнетательная линия; 8 - возвратная линия; 9 - быстроразъемные фланцевые соединения; 10 - подающий насос; 11 - впрыскивающий насос с ручным регулятором хода поршня; 12 - манометр; 13 - расходомер; 14 - обратный клапан; 15 – датчик замера температуры; 16 - датчик замера давления; 17 - ультразвуковой расходомер; 18 – шаровой вентиль на трубо­проводе; 19 – магистральный трубопровод.

Рисунок 1. Принципиальная технологическая схема узла ввода товарной формы присадки в трубопровод

Введение противотурбулентной присадки в трубопровод должно выполняться в следующем порядке:

1. В первую очередь производится заполнение контейнера 2 самим реагентом. Для этого используются: насос 1 в узле приготовления, который оснащен нагнетательной линии 7, контейнер с реагентом 2, рециркуляционный фланец 3, шаровые вентиля 4, 5 рециркуляционной и возвратной линии соответственно, выпускной клапан контейнера с реагентом 6 и быстроразъемные фланцевые соединения 9.

2. На следующем этапе выполняется приготовление концентрата в реакторах. Данные устройства обязательно должны быть оснащены специальным перемешивающим устройством. Таковым может выступать циркуляционный контур.

Использование концентрата, являющегося раствором присадочного вещества в перекачиваемом топливе в соотношении 1:1 или 1:2, способствует приближению физико-химических свойств топлива и присадочного вещества. Кроме этого, обеспечивает более равномерное распределение присадочного вещества по всему объему перекачи­ваемого топлива. Также стоит отметить, что применение дозирующего насосного оборудования, обладающего высокой производительностью, позволяет сделать дозировку концентрата более точной, нежели дози­ровку присадочного вещества.

3. Посредством подающего насосного оборудования 10 и впрыс­кивающего устройства 11, оснащенного ручным регулятором хода поршня, приготовленный концентрат подается при помощи нагнета­тельной линии непосредственно в сам трубопровод с перекачиваемым топливом 19. Контроль над объемом подаваемого концентрата произ­водится расходомером 13 и манометром 12. Помимо этого, на трубо­проводе устанавливается шаровой вентиль 18. В этом месте контроль осуществляется посредством специального датчика замера темпера­туры 15, а также датчика замера давления 16 и ультразвукового расходомера 17.

Особенность работы дозирующего оборудования в целом заключается в создании условий, которые исключают высокоскоростное влияние на раствор полимера в процессе прохождении по соответствую­щим частям аппаратуры. Данное воздействие становится причиной деструкции макромолекул и приводит к уменьшению эффективности присадочного вещества.

Узел ввода присадочного вещества может оснащаться средствами автоматизации и контроля, обладающие машинным интерфейсом. Благодаря этим средствам можно отслеживать правильность протекания технологического процесса в режиме реального времени. К числу главных составляющих отмеченной системы относятся расходомер с электрическим выходящим сигналом. Его установка осуществляется непосредственно на выходе дозирующего насоса. Еще одним не менее важным компонентом указной нами системы выступает персональный компьютер, который оснащается специальным интерфейсом. Работа может быть организована как в диалоговом автоматизированном режиме, так и в автоматическом режиме, с применением специального программного обеспечения.

Список литературы:

1. Коршак А.А., Нечваль А.М. Проектирование и эксплуатация газонефте­проводов. – СПб. Недра, 2008. – 488 с.
2. Коршак А.А., Нечваль А.М. Трубопроводный транспорт нефти, нефте­продуктов и газа. – Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2006. – 516 с.
3. Коршак А.А. Ресурсосберегающие методы и технологии при транспортировке и хранении нефти и нефтепродуктов. - Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2006. – 192 с. 
4. Мастобаев Б.Н. История применения химических реагентов и технологий в трубопроводном транспорте нефти и нефтепродуктов: Автореферат диссертации доктора технических наук Мастобаева Б.Н. - Уфа, 2003.
5. Тугунов П.И., Коршак А.А. Типовые расчеты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов. - Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2002. – 658 с.