Устройство для нагрева тяжелых нефтей и эмульсий
Изобретение может быть использовано для контактного нагрева высоковязких нефтей и эмульсий жидким теплоносителем в трубопроводах системы подготовки. Цель изобретения состоит в повышении эффективности нагрева нефти горячей водой за счет непосредственного их контакта в устройстве. Устройство содержит линейный трубопровод 1, вертикально-восходящий элемент 2, наклонно-нисходящий элемент 3. При движении нефти идет процесс перемешивания, который продолжается и на нисходящем элементе 3, происходят интенсивный теплообмен и выравнивание температур нефти и воды. Начало элемента 2 и конец элемента 3 соединены байпасной линией с задвижкой. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ IlQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР (21) 4630787/23-26 (22) 04.10.88 (46) 07.11.90. Вюл. № 41 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по сбору, подготовке и транспорту нефти и нефтепродуктов (72) О.M.10супов, A.И.Дьячук, В.Г.Карамышев, Л.Н.Васильева и Т.Д.Валеев (53) 66,066.6(088.8) (56) Репин Н„Н., Кутуков Е. Г., Карамышев В„ Г. и др. Способ транспорта высоковязких нефтей и нефтяных эмульсий по -.рубопроводу и запуск его в эксплуатацию после остановки перекачки. — Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов, 1986, № 1 2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВА TKKEJIblX НЕФТЕЙ И ЭИУЛЬСК1 (57). Изобретение может быть использовано для контактного нагрева высоковязких нефтей и эмульсий жидким теплоносителем в трубопроводах системы подготовки. Цепь изобретения состоит в повышении эффективности нагрева нефти горячей водой эа счет непосредственного их контакта в .-,тройстве„ Устройство содержит линейный трубопровод 1, вертикально восходяц1ий элемент 2, наклонно нисходящий элемент 3. 11ри движении нефти идет процесс перемешивания, который продолжается и на нисходящем элементе 3, происходят интенсивный теплообмен и выравнивание температур нефти и воды„ Начало элемента 2 и конец асн >й лиф-лы, 3 ил. 1604394 Изобретение относится к нагреву продукции, в частности к технике контактного нагрева высоковязких нефтей и эмульсий жидким теплоносителем в технологических трубопроводах установок термомеханической подготовки (деэмульсации) нефти, Цель изобретения — повышение эффективности нагрева высоковязкой неф- 10 ти горячей водой путем непосредственного их контакта в технологических трубопроводах пунктов подготовки нефти. Иа фиг..1 изображено устройство для нагрева тяжелых нефтей и эмульсий; на фиг,2 — сечение А — А на фиг.1: на фиг.3 — сечение Б-Б на фиг.1. Устройство содержит линейный технологический трубопровод 1, вертикально восходяций элемент 2, наклон»о нисходящий элемент 3, байпасную линию 4 и задвижку 5, Вертикальный элемент устройства выполнен высотой, равной 5-10 диаметра. основного трубопровода, а нисходящий элемент рас0 полагают под углом 25-35 к горизонту. Диаметр байпасной линии составляет 0,1-0,2 диаметра основного трубопровода, Подобных устройств на трубо- 30 проводе может быть один или несколько в зависимости от физико-химических свойств нефти. Устройство для нагрева тяжелых нефтей и эмульсий в системе технологической обвязки пункта подготовки . работает следующим образом. Нефть и горячая вода в виде расслоенного потока движутся совместно 40 по линейной части трубопровода l затем поток поступает в вертикальный - элемент 2. Ввиду большей плотности ::. оды по сравнению с нефтью она скап лив ается на этом вертикальном участке и через столб воды нефть всплывает. При этом происходит дробление *".-ефти в мягком гидродинамическом р-ежиме и образуется грубодисперсная эмульсия, которая впоследствии легко sp расслаивается. В условиях перемеши =,àíèÿ, которое продолжается и на нисходящем элементе 3 (где вода движет.- .я с оольшей скоростью, чем нефть), пpоисходит интенсивный теплообмен и 55 выравнивание температур нефти и воды. " Затем эмульсионный поток поступает в линейную часть, где начинается npol * цесс его постепенного "àññëîåíèÿ на нефть и воду, Интенсивность перемешивания в устройстве регулируется производительностью потока по нефти и воде. Для тонкой регулировки можно часть воды пропускать через байпасную линию 4, меняя степень открытия задвижки 5-. Вариант с перемешивани1! 1! ем в мягком гидродинамическом режиме позволяет в 1О раз уменьшить время контактного нагрева нефти по сравнению с первым вариантом. Соотношение размеров вертикально восходящего элемента устройства выбрано из следуюц1их соображений. Дробление капель одной несмешивающейся жидкости в другой (нефти в воде) осуществляется при скорости потока Ч> ) V, д .. Критическая скорость зависит от физико-химических свойств нефти и воды. Бремя достижения устойчивого, при данном уровне турбулентности в трубопроводе, размера капель можно определить. Тогда высота вертикального элемента устройства Н = Н Ч t — = 5 — 10 в зависимости от свойств транспортируемой среды, где D — диаметр трубопровода, м. Угол наклона нисходящего элемента а в 25 35 определен экспериментально из условия сохранения дисперсности нефти, образованной в вертикальном участке. При большем угле наклона дисперсность в нисходяц1ем участке увеличивается. Диаметр байпасной линии 0,1-0,2 от диаметра основного трубопровода определен исходя из условия, что расход воды на подогрев нефти составляет менее 50. от расхода нефти, и что регулирование перепуска воды необходимо производить в пределах 50Х от ее расхода.- Данное соотношение диаметра байгасной линии к диаметру основного трубопровода также соответствует отношению вязкостей нефти и воды. Пример. Участок промыслового трубопровода с внутренним диаметром 0,514 м, по которому транспортируетя продукция скважин обводненностью 31Х с расходом жидкости 4260 т/сут, среднее давление на участке трубопровода 1,49 МПа.- Физические свойства транспортируемых компонентов — нефти, воды и попут11ого газа следуюцее: динамическая вязкость нефти 0,85 Па ° с, плотность нефти 850 кг/м ; пластовой волы 1009 к;:/и, попутного газа 1604394 б 1, 26 8 кг /м 3. Темпер атур а перекачки енной структуры газожидкостного потопродукции скважин 319 К. Давление ка в эмульсионную Средняя скорость насыщения 11 К1а, газовый фактор на газожидкостного потока Ч и расходместорождении 86 м /м . Критерием су- ного газосодержания р опредеЛяется 5 ществования эмульсионной структуры по типовому гидравлическому расчету яВЛяЕтСя ВЫражЕНИЕ 11 Ч„ „т, т.Е. трубопровода. По гидравлическому рассредняя скорость течения продукции чету Vcr=0 91 м/с, à Р =0,718. скважин должна быть больше или равна По формуле для V рот подсчитывают критической скорости перехода рассло- 1р ее величину ДпЯ пРивеДенных Данных. О, 268 . G 0,37 P --3 о,356 V,„, = 6,69 - — — — — — « Р" а (-10 96(3 + 9 94(+ ) 1,11 м/с, н где н где и = V зонтальногo трубопровода до радиуса скривления трубы, м, h =.1,5 и. В вертикальном элементе устройства действует ОTHocHT2лвная скорость всплытия капель, приближенно определяемая по формулам Стокса, Рыбчинского — Адамара и др-. Следовательно, скорость в вертикальном элементе складывается из суммы среднсй скорости смеси и относительной скорости. Определяют относительную скорость по формуле Стокса 55 и d g P6 — Рц ) атд 18„„з -- 1- — 0 34 м/с. (из практики П „„ лежит в пределах 0,4-0,5) кинематическая вязкость нефти, м /с. Сравнивая величину критической скорости перехода V „„=1,11 м/с со средней скоростью газожидкостной сме20 си Чс =0,91 м/с, получают расслоенсм ную структуру течения продукции скважин при данных условиях. По зависимости для определения вре25 мени достижения устойчивого при данном уровне турбулентности, размере капель определяют высоту вертикального элемента устройства. По формуле, определяя диаметр капли в эмул:сионном потоке 22G d =- ---- -= 0 00063 и =0 63 мм 3 суЧ У . э 1 я кр подставляя значение диаметра капли в зависимость, определяют время d1 .о t = ------- (--) = 1,32 с P„V„„p„» D Затем определяют высоту элемента h, Псм= Пср + Нотя = 1 25 м/с, а так как Нсм 1 25 м/c Vк,рит =1,11 м/с, структура потока в вертикальном элементе будет эмульсионная, Общая высота вертикального участка Н будет складываться из суммы h u 1,5 .Д. Н = h + 1,5 Д; Н =1,5 + 1,5 0,514=2,3 м 5Д, как в выражении Н/Д = В/А 5 — 10. Причем для малых диаметров ближе к 10Д, а для больших диаметров ближе к 5Д. Угол наклона о нисходящего участка 25 — 35 определен экспериментальо но и подтверждается формулой для выноса водных скоплений. 1009-850 j- = Sin - 850 Sing) 1 н Н где i = — — гидравлический уклон L при L=14 м; о 35 Чем меньше угол наклона. тем длиннее наклонный трубопровод. Диаметр байпасной линии 0,1-0,2 от диаметра основного трубопровода определен исходя из условия, что расход воды на подогрев нефти составляет менее 50ß от расхода нефти, и что регулирование перепуска воды необходимо производить в пределах 501 от ее расхода„ Данное соотношение диаметра байпасной линии к диаметру основного трубопровода также соответствует отношению вязкостей нефти и воды. Баси D . 1н = 0,01. Я „„(0,1 D) Эксперименты, проведенные на участке трубопровода с названными характеристиками (величинами), подтвердили достижение положительного эффекта. 604394 8, целью повышения эффективности нагрева нефти горячей водой путем непосредственного их контакта в трубопроводе, он снабжен последовательно соединенными вертикально восходящим и наклонно нисходящим элементами и байпасной линией по нижней образующей трубопровода, соединяющей начало восходящего и конец нисходящего элементов посредством задвижки. Формула иэ обретения 1 Устройство для нагрева тяжелых нефтей и эмульсий, включающее ли-: нейный технологический трубопровод и запорно-регулирующую арматуру, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с А-A есть Од0 Фиг. 2 Уиг. д Составитель О. Калякина Редактор Л.Зайцева Техред N.Äèäûê Корректор И.Муска Заказ 3412 Тираж 566 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35; Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент". r.Óærîðîë, ул. Гагарина,101 Использование предполагаемого изобратения по сравнению с известными позволяет значительно повысить эффективность нагрева нефти путем непосредственного их контакта в трубопроводе; снизить металлоемкость существующих устройств; позволяет в нескольКо раэ повысить эффективность нагрева нефти в трубопроводе за счет их перемешивания; сокр гить эксплуатационные и капитальные затраты. 2. Устройство по п,1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что вертикальный элемент выполнен высотой, равной 5-10 диаметрам основного трубопровода, нисходящий расположен под углом о 25-35 к горизонту, при этом диаметр байпасной линии составляет 0,1 — 0,2 диаметра основного трубопровода.
