Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 [ 77 ] 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121

где I dwIdr - безразмерный модуль скорости сдвига; п и k - постоянные для данной жидкости коэффициенты. Коэффициент п называется и1]Д(>ксом течения, а коэффициент к - характеристикой кон-систентности. Для ньютоновской жидкости п = \ и k -= р, для псев-донластичных жидкостей /г <1 и для дилатантных п>1.

Течение парафинистых нефтей и нефтепродуктов при температурах, близких к температуре их застывания и ниже, может быть описано кривыми / или 2 (см. рис. 7.1). Иначе говоря, они могут быть отнесены к пластичным или псевдопластичным жидкостям, а при достаточно высоких температурах - к ньютоновским жидкостям. Эта особенность связана с высоким содержанием парафина в таких нефтях. При высокой температуре основное количество парафина, содержащегося в нефти, находится в растворенном состоянии. В этих условиях нефть является ньютоновской жидкостью.

При снижении температуры из нефти начинает выкристаллизовываться парафин, что влечет за собой изменение структуры жидкой фазы нефти. Сущность этого изменения заключается в упорядоченности расположения молекул растворенного вещества за счет С11иже-ния их теплового движения. По мере охлаледения раствора способность молекул растворителя удерживать в рассеянном и изолированном состоянии молекулы парафина снижается, т. е. снижается растворяющая способность растворителя. При дальнейшем снижении температуры концентрация парафина в углеводородной среде достигает такого уровня, при котором раствор становится насыщенным. Однако кристаллизация парафина при этом не начинается, и необходимо некоторое перенасыщение раствора, которое создает возможность появления достаточно крупных кристаллов парафина.

При приближении температуры охлаждения к температуре застывания Тз число и размеры кристаллов настолько увеличиваются, что они образуют пространственную структурную решетку по всему объему нефти, иммобилизуют жидкую фазу нефти. Нефть приобретает свойства псевдонластичных, а затем и пластичных жидкостей.

Некоторые высокопарафинистые нефти (например, мангышлак-ские) обладают еще и свойствами тиксотропных жидкостей. Тиксот-ропия - это свойство тел, благодаря которому отношение касательного напряжения к скорости деформации (сдвига) временно уменьшается за смет предшествующих деформаций. Иными словами, тиксот-ропия - это способность жидкости с течением времени восстанавливать разрушенную ранее структуру.

Вязкость (ньютоновская). При перекачке вязких жидкостей влияние вязкости на гидравлические потери весьма существенны, поэтому в каждом реальном случае надо определять вязкость с наиболее возможной точностью. Г.сли нет возможности получить в лаборатории вязкостно-температурную кривую нефти, то ее вязкость при интересующей температуре можно рассчитать по эмпирическим формулам. Наибольшее распространение получили следующие формулы:

Американского общества испытания материалов (ASTM)

lglg(v ! 0,8) :=а [big Г;

кретном случае начальное напряжение сдвига Тн определяется экспериментальным путем.

Предельное динамическое напряжение сдвига. Одним из реологических па])аметров, характеризующих пластические свойства парафинистых нефтей, является предельное динамическое напряжение сдвига Tfl.

Для определения Tq необходимо спять реологическую кривую нефти; продление прямолинейного участка реологической кривой до оси т отсекает на ней отрезок, который характеризует предельное динамическое напряжение сдвига данной нефти (см. рис. 7.1). Следует отметить, что на реологические параметры как ньютоновских, так и неиьюгоновских нефтей большое влияние оказывает то, каким температурным воздействием подвергалась нефть перед определением того или [июго [)еологического параметра.

7.2. ПЕРЕКАЧКА ВЫСОКОВЯЗКИХ НЕФТЕЙ С РАЗБАВИТЕЛЯМИ

В последнее время все пшре применяется перекачка высоковязких нефтей, обладающих высокой температурой застывания, в смеси с углеводородными разбавителями. Введение в парафинистую нефть углеводородного разбавителя позволяет в некоторых случаях добиться значительного улучшения ее реологических свойств.

В качестве разбавителе[1 целесообразнее всего использовать маловязкие нефти. Если в одном районе добываются парафинистые и маловязкие не(зти, то целесообразно смешивать их на головных сооружениях нефтепровода и совместно транспортировать. При разбавлении вязкой не([)ти увеличивается объем перекачиваемой жидкости, но вязкость смеси уменьшается. Это обстоятельство позволяет решать различные оптимизационные задачи. В результате исг ользования разбавителя может быть увеличена загрузка нефтепровода, перекачано дополнительное количество вязкой нефти, минимизирован расход электроэнергии и т. д. Смешение высокопарафинистых нефтей с маловязкими позволяет не только удешевить перекачку, но и эффективнее использовать добываемые нефти. Смешивай нефти в разных соотношениях, можно получить нефтяные смеси заранее определенного состава, что позволит стабилизировать работу нефтепровода и установок нефте-перерабатьшающих заводов. Кроме того, смешение нефтей позволяет иногда значительно улучшить их качество. Так, например, смешение высокопарафинистых, но малосерпистых нефтей с малопарафинистыми, но высокосернистыми нефтями дает возможность получить смесь с умеренным содержанием парафина и серы. Примером этому может служить высокопарафиннстая мапгышлакская нефть, которая с п-ова Мангышлак перекачивается в подогретом состоянии в район г. Куйбышева, где часть ее перерабатывается, а часть смеишваетси с маловязкими сернистыми нефтями 11оволжья и поступает в систему нефтепровода «Дружба».

Механгзм действия углеводородного разбавителя можно объяснить следующим образом. Во-первых, при добавлении разбавителя

к парафинистой нефти уменыиается концентрация парафина в смеси и понижается "смнература насыщения раствора и появления кристаллов парафина. (Следовательно, снижается температура застывания системы, Во-вторы,х, ири использовании в качестве разбавителей маловязкнх иефгей, содержаи;их асфальтосмолистые вещества, последние препятствуют образованию парафиновой структурной решетки в нефти и тем самым снижают температуру застывания и эффективную вязкость cecи. (Следует иметь в виду, что растворимость парафинов в большой степени зависит от свойств разбавителя. Как правило, чем меньше плстиость и вязкость разбавителя, тем эффективнее его действие. Кроме того, чем ниже температура смеси, тем лучше реологические свойстза парафинист(и" нефти при добавлении разбавителя.

7.3. ПЕРЕКАЧКА ВЫСОКОЗАСТЫВАЮЩИХ НЕФТЕЙ С ПРИСАДКАМИ

Перспективным способом трубопроводного транспорта высокопарафинистых нефте1] и нефтепродуктов является ие1:»екачка их с полимерными денрессорными присадками, незначительная добавка которых существенно улучшает (снижает) их реологические характеристики. Известно много соединений, обладающих в той или иной мере депрес-сорной активностью. Особенно часто применяют соединения полимерного типа, среди которых найдены наиболее эффективные депрессор-ные присадки к иарас)инсодержащим нефтепродуктам, газовому конденсату и иефтям.

Депрессорные присадки эффективно использовать при температурах ниже температуры застывания нефти. Температура помутнения (температура массовой кристаллизации парафинов) считается наивысшей, при которой за.метно воздействие присадки на высокопарафи-нистую нефть. Депрессоры не являются растворителями кристаллического парафина и не уменьшают его количества в нефти. Они изменяют размеры, форму и строение частиц дисперсной фазы. Эффективность действия присадок зависит от физико-химических свойств парафинистых нефтей или их смесей с маловязкими нефтями, и в первую очередь от содержания в них парафинов и естественных поверхностно-активных веществ смол и асфальтенов.

Необходимая концентрация депрессора в нефти зависит от цели и конкретн151Х условий нримепения. Так, для успешной перекачки нефти по магистральному трубопроводу в нее достаточно ввести присадку с массовой концентрацией 0,1-0,2 %. В случае транспорта смеси высокозастывающей нефти с маловязкими эта концентрация может быть снижена. Хранение парафинистой нефти с массовой концентрацией присадки до 0,03 % в знач1ггельной мере уменьшает нара-фииизацию оборудования и может исключить дорогостоящую ручную зачистку резервуаров нефтебаз, танкеров и т. д. Рассмотрим влияние депрессорной присадки, представляющей собой 20 %-иый раствор сополимера этилена с вииилацетатом в дизельном топливе на нефти, содержащей до 10 % парафиновых уг.теводородов. Присадка вводилась в нефти при температуре 50 "С.