Способ транспортировки углеводородных жидкостей по магистральному трубопроводу
Владельцы патента RU 2279014:
Российский Государственный Университет нефти и газа им. И.М. Губкина (RU)
Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности, а именно к транспортированию углеводородных жидкостей - нефти, нефтепродуктов и газового конденсата по магистральному трубопроводу. В способе транспортировки углеводородных жидкостей по магистральному трубопроводу, включающем поддержание температуры потока, соответствующей допустимой величине давления насыщенных паров в трубопроводе перед резервуарным парком и насосными станциями, поддержание температуры потока осуществляют путем ввода в трубопровод полимерной добавки, при этом в процессе транспортировки жидкости определяют температуру потока перед резервуарами и насосными станциями, сравнивают ее с температурой, соответствующей допустимой величине давления насыщенных паров в трубопроводе перед резервуарным парком и насосными станциями, и с учетом разности данных температур определяют коэффициент влияния добавки на величину температуры потока, обусловленную теплом трения, по выведенной зависимости
где Тгр. - температура грунта; - температура потока жидкости в конце трубопровода, при которой давление насыщенных паров равна допустимой величине;
- температура, обусловленная теплом трения; Тнач. - начальная температура нефти;
- число Шухова;
Cv - теплоемкость нефти; L - длина трубопровода; D - диаметр нефтепровода; К - коэффициент теплопередачи; М - массовый расход нефти; i - гидравлический уклон; g - ускорение свободного падения,
после чего по предварительно установленной зависимости указанного коэффициента влияния от концентрации полимерной добавки графически находят значение последней, соответствующей найденному коэффициенту влияния. Изобретение позволяет, не нарушая регламент ограничения по давлению насыщенных паров углеводородной жидкости, поступающей в резервуарный парк, снизить потери от испарений, предупреждает образование двухфазных потоков в трубопроводе, обеспечивает оптимальный режим перекачки жидкости, а также упрощает проведение аварийно-восстановительных работ на линейной части магистральных трубопроводов. 1 ил.
Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности, а именно к транспортированию углеводородных жидкостей - нефти, нефтепродуктов и газового конденсата по трубопроводам.
Известные способы транспортировки нефтепродуктов по трубопроводу характеризуются высокими значениями давления насыщенных паров нефти (см. "Эксплуатация магистральных нефтепроводов. Трубопроводный транспорт нефти", под ред. Ю.Д.Земенкова, Омск, ОмГТУ, 2000, с.89).
Однако высокие значения давления насыщенных паров нефти, нефтепродуктов и газового конденсата увеличивают потери на испарение из резервуаров, ухудшают всасывающую способность центробежных насосов и усложняют производство аварийно - восстановительных работ, обусловленных нарушением герметичности линейной части.
Кроме того, при заданном расходе в трубопроводе с учетом тепла трения давление насыщенных паров углеводородных жидкостей не должно превышать 66,5 кПа (500 мм рт.ст.) (см. РД - 39.4-113-01. Нормы технологического проектирования магистральных нефтепроводов. Утвержден и введен в действие приказом Минэнерго России от "24" апреля 2002 года №129.
Допустимая температура нефти, нефтепродуктов и газового конденсата перед резервуарными парками и насосными станциями определяется величиной давления насыщенных их паров, для понижения которого необходимо снизить температуру потока жидкости в нефтепроводе.
Известен способ транспортировки углеводородных жидкостей, предусматривающий снижение температуры жидкости, перекачиваемой по трубопроводу, путем смешения потоков с разной температурой в теплообменниках или строительства второй нитки (см. РД - 39.4 - 113 - 01. Нормы технологического проектирования магистральных нефтепроводов. Утвержден и введен в действие приказом Минэнерго России от "24" апреля 2002 года №129, с.19.
Техническая реализация названных способов понижения температуры приводит к существенному удорожанию сооружения трубопроводов и усложняет технологию трубопроводного транспорта нефти, нефтепродуктов и газового конденсата.
В основу настоящего изобретения положена задача создания способа транспортировки углеводородных жидкостей по трубопроводу, обеспечивающего упрощение технологии транспортировки нефти, нефтепродуктов, газоконденсата за счет регулирования температуры потока углеводородной жидкости при критических условиях теплообмена, обусловленного равенством теплообмена с окружающей средой теплу диссипации, изменением величины гидравлического уклона при заданном расходе.
Поставленная задача достигается тем, что в способе транспортировки углеводородных жидкостей по магистральному трубопроводу, включающем поддержание температуры потока, соответствующей предельной величине давления насыщенных паров в трубопроводе перед резервуарным парком, согласно изобретению поддержание температуры потока осуществляют путем ввода в трубопровод полимерной добавки, при этом в процессе транспортировки жидкости определяют значения текущих температур потока в трубопроводе, сравнивают их с температурой, соответствующей предельной величине давления насыщенных паров перед резервуарным парком, и с учетом разности данных температур определяют коэффициент влияния полимерной добавки на величину гидравлического уклона по следующей зависимости:
где Тгр. - температура грунта;
Т*к - температура потока жидкости в конце трубопровода, при которой давление насыщенных паров равна допустимой величине;
- температура, обусловленная теплом трения;
Тнач. - начальная температура нефти;
- число Шухова;
Cv - теплоемкость нефти;
L - длина трубопровода;
D - диаметр нефтепровода,
К - коэффициент теплопередачи;
М - массовый расход нефти;
i - гидравлический уклон;
g - ускорение свободного падения.
После чего по предварительно установленной зависимости указанного коэффициента влияния от концентрации полимерной добавки находят значение последней, соответствующей найденному коэффициенту влияния.
Сущность способа заключается в следующем.
С учетом тепла трения изменение температуры потока нефти, нефтепродукта или газового конденсата в трубопроводе описывается выражением (см. В.И.Марон. Предельные температуры разогрева нефти в потоке в зависимости от диаметра трубопровода // Транспорт и хранение нефтепродуктов. - НИС. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1997. - №4 - 5. - С.14-15):
где 
Тпр.=Тгр.+Т∂, (6)
Т - температура нефти на расстоянии х, [°С];
х - расстояние вдоль оси трубопровода, [м],
Тнач. - начальная температура нефти, [°С];
Т∂ - температура, обусловленная теплом трения, [°С];
Тпр. - предельная температура потока, [°С];
Шу - число Шухова;
λ - коэффициент гидравлического сопротивления;
Сv - теплоемкость нефти, [Дж/кг·°С];
ρ - плотность нефти, [кг/м3];
L - длина трубопровода, [м];
V - скорость течения нефти, [м/с];
D - диаметр нефтепровода, [м];
К - коэффициент теплопередачи; [Вт/м2·°С];
Тгр - температура грунта, [°С];
М - массовый расход нефти, [кг/с];
i - гидравлический уклон, [м/м];
g - ускорение свободного падения, [м/с2].
Предельная температура Тпр. обладает тем свойством, что температура потока углеводородной жидкости при движении в трубопроводе стремится к ее величине.
Из формулы (7) следует, что предельную температуру потока углеводородной жидкости в трубопроводе Тпр. можно регулировать, изменяя величину гидравлического уклона при заданном расходе путем ввода в поток полимерной добавки.
В качестве полимерной добавки в поток вводят высокомолекулярные карбоцепные соединения, такие как полиметилакрилаты, полиакрилаты, полиизобутилен, полистирол и полиолефины с молекулярной массой М=0,3-10·106.
Способность полимерной добавки снижать потери на трение, что соответствует увеличению значения гидравлического уклона при заданном расходе, оценивается коэффициентом влияния добавки Ψ на величину гидравлического уклона (в долях единицы)
где i, io - гидравлические уклоны при течении жидкости с добавкой и без нее соответственно.
Снижение предельной температуры Тпр. до требуемой величины, обеспечивающей допустимую величину давления насыщенных паров в резервуарах, возможно осуществить путем уменьшения температуры Т∂, обусловленной теплом трения.
Отношение величин температур, обусловленных теплом трения при течении углеводородной жидкости с добавкой 
и без нее Т∂, при других равных условиях перекачки равно
Формулы (1) и (10) позволяют найти коэффициент влияния полимерной добавки ψ на величину гидравлического уклона, обеспечивающий температуру потока жидкости в конце трубопровода 
для которой давление насыщенных паров нефти, нефтепродукта или газового конденсата в резервуарных парках и перед центробежными насосными агрегатами равно допустимой величине
где - температура потока жидкости в конце трубопровода, при которой давление насыщенных паров равна допустимой величине 66,5 кПа (500 мм рт.ст.).
Концентрацию полимерной добавки, вводимой в поток нефти, нефтепродукта или газового конденсата, определяют с помощью предварительно установленной зависимости указанного коэффициента влияния от концентрации добавки (см. чертеж).
Возможность осуществления способа и достижения технического результата показаны в нижеследующем примере.
Транспорту по участку магистрального нефтепровода подлежит нефть.
Исходные данные для расчета: ρ=800 кг/м3; v=2,4*103 м2/с; L=1000 км; D=1000 мм; эквивалентная шероховатость кэкв=0,05 мм; Тнач.=22°С; Тгр=12°С; М=30 млн.т/год; К=1 Вт/м2 °С; число дней работы нефтепровода в году - 350(3,02·107 с); Сv=2000 Дж/кг·°С. Примем, что давление насыщенных паров 66.5 кПа соответствует температуре перекачиваемой нефти 16°С, т.е. 
=16°С.
В качестве полимерной добавки используют полиолефин с молекулярной массой не менее 106.
Зависимость коэффициента влияния добавки от ее концентрации задана графически (см. чертеж).
Результаты расчетов
Вычисляем скорость потока жидкости в трубопроводе по формуле (5):
Вычисляем число Рейнольдса по формуле:
Вычисляем коэффициент гидравлического сопротивления по формуле Альтшуля:
Вычисляем гидравлический уклон по формуле (3):
Вычисляем число Шухова по формуле (2):
Вычисляем Т∂ по формуле (7):
Вычисляем Тпр. по формуле (8):
Тпр.=12+4,8=16,8°С
Вычисляем температуру в конце трубопровода по формуле (1):
Тк=16,8-(16,8-22)ехр(-1,58)=17,9°С
Полученная температура нефти в конце трубопровода соответствует давлению насыщенных паров в 90 кПа. Эта величина давления насыщенных паров превышает допустимое значение в 1,35 раза (см. Эксплуатация магистральных нефтепроводов. Трубопроводный транспорт нефти, под ред. Ю.Д.Земенкова. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2000, с.88).
Далее по формуле (11) вычисляем коэффициент влияния полимерной добавки ψ, соответствующий температуре потока жидкости в конце трубопровода =16°С, при которой давление насыщенных паров нефти равно допустимой величине:
Этому коэффициенту влияния полимерной добавки ψ соответствует концентрация добавки - 30 г/т (см. чертеж).
Таким образом, предлагаемый способ регулирования температуры потока нефти, нефтепродукта или газового конденсата в трубопроводе путем введения в них полимерной добавки позволяет решить поставленную задачу - обеспечение допустимой температуры углеводородной жидкости перед закачкой в резервуары. При этом техническим результатом реализации способа является снижение диссипативного разогрева жидкости.
Предлагаемый способ не нарушает регламент ограничений по давлению насыщенных паров углеводородной жидкости, поступающей в резервуарный парк, позволяет снизить потери от испарений и упрощает проведение аварийно-восстановительных работ на линейной части магистральных трубопроводов. Кроме того, он предупреждает образование двухфазных потоков в трубопроводе и позволяет обеспечить оптимальный режим перекачки жидкости.
Способ транспортировки углеводородных жидкостей по магистральному трубопроводу, включающий поддержание температуры потока, соответствующей допустимой величине давления насыщенных паров на участке трубопровода перед резервуарным парком и насосными станциями, отличающийся тем, что поддержание температуры потока осуществляют путем ввода в трубопровод полимерной добавки, при этом в процессе транспортировки жидкости определяют температуру потока перед резервуаром и насосными станциями, сравнивают ее с температурой, соответствующей допустимой величине давления насыщенных паров в трубопроводе перед резервуарным парком и насосными станциями, и с учетом разности данных температур определяют коэффициент влияния добавки на величину температуры потока, обусловленную теплом трения по следующей зависимости:
где Тгр - температура грунта;
- температура потока жидкости в конце трубопровода, при которой давление насыщенных паров равно допустимой величине;
- температура, обусловленная теплом трения;
Тнач. - начальная температура нефти;
- число Шухова;
Cv - теплоемкость нефти;
L - длина трубопровода;
D - диаметр нефтепровода;
К - коэффициент теплопередачи;
М - массовый расход нефти;
i - гидравлический уклон;
g - ускорение свободного падения,
после чего по предварительно установленной зависимости указанного коэффициента влияния от концентрации полимерной добавки графически находят значение последней, соответствующей найденному коэффициенту влияния.
