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

Глава 8

ПЕРЕКАЧКА ВЫСОКОЗАСТЫВАЮЩИХ

И ВЫСОКОВЯЗКИХ НЕФТЕЙ С ПОДОГРЕВОМ

Перекачка высоковязких и высокозастывающих нефтей и нефтепродуктов с подогревом является самым распространенным способом трубопроводного транспорта этих продуктов. Трубопроводы, по которым перекачиваются подогретые нефти, называются горячими. Нефть подогревают на станциях или вдоль всей трассы трубе провода.

В первом, наиболее распространенном варианте гоэячих трубопроводов на них устанавливают станции трех видов: иасосно-тепловые (НТС)-для подогрева и перекачки продукта, те:1Ловые (ТС) - только ДЛЯ подогрева и насосные (НС) - только для перекачки продукта. Подогрев продукта производится как в резервуарах (на головной станции), оборудованных змеевиковыми или секционными паровыми подогревателями, так и в подогревателях (на станциях), которые могут быть паровыми или огневыми (печи).

Во втором варианте рядом с нефтепроводом укла/.ывают греющий трубопровод-спутник, по которому перекачивается теплоноситель; этот же вариант подогрева можно осуществить с помощью электроэнергии.

Сокращение потерь теплоты на горячих трубопроводах может быть достигнуто нанесением теплоизоляционного покрытия па трубы.

8.1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА ГОРЯЧИХ НЕФТЕПРОВОДОВ

При проведении теплового расчета нефтепровода иеоСходнмы следующие исходные данные: физические и теплофпзнческие характеристики нефти, тепловой изоляции, грунта, климатические данные.

Сведения о климатических данных (средние месячные температуры воздуха, грунта на глубине заложения трубопроводг в естественном тепловом состоянии, уровень солнечной радиации, толщина снежного покрова) принимают по климатическим справочникам для района прохождения трассы трубопровода. Физические и теплофизические характеристики нефти, тепловой изоляции, грунта определяют опытным путем или рассчитывают по соответствующим эмпирическим формулам.

Удельную теплоемкость нефти определяют по формуле Крего сг -L-( 1,687+ 3,39-10-0.

где - относительная плотность нефти по воде при / - 288 К. Удельная теплоемкость нефти и нефтепродуктов лежит в пределах от 1,6 до 2,5 кДж/(кг- К) и для ориентировочных расчГгов может быть

где an - коэффициент теплоотдачи от поверхности грунта в воздух, равный 10-18 Вт/(м- К).

Чагце всего высокозастывакдцие нефти перекачивают ири турбу-ле[ггном режим(.\ Дли подземных магистральных трубопроводов, эксплуатирующихся ири турбулентном режиме, коэффициент aj изменяется от 50 до 300 Вг/(м-К). Он значительно превышает коэффициент а,, который изменяется от 1,5 до 7 Вт/(м--К). Следовательно, с малой погрешностью величиной {/(аО) можно пренебречь. Если трубопровод не имеет тепловой изоляции, то для турбулентного режима можно принять, что К а.,.

Определение теплофизических характеристик грунта является наиболее сложной и ответственной задачей, так как их значения изменяются и по глубине массива, и по длине трассы трубопровода. Кроме того, значения теплофизических характеристик грунта меняются в течение года в результате сезонной миграции влаги в грунте, вызываемой весенними паводками, дождями, колебанием температур. Свойства верхних слоев ночвы, кроме того, могут изменяться даже на протяжении суток из-за конденсации влаги в порах грунта в ночные часы и ее испарения с повышением температуры днем. Наряду с этими факторами на теплофизические свойства грунта значительное влияние оказывает тепловое действие самого трубопровода. Это связано с перемещением влаги в области теплового влияния трубы, возникающим из-за температурного градиента между стенкой трубопровода и близлежащими слоями грунта. Теплофизические характеристики грунта - коэффициент теплопроводности Хр, козфифициент температуропроводности а,.р и удельную теплоемкость ср - определяют в результате специальных изысканий в полевых условиях или в лаборатории. Число точек измерения теплофизических характеристик грунта по трассе трубопровода и их гювторяемость определяются требованиями к точности нахождения Хр, гр, ср.

Для ориергтировочных расчетов на стадии технико-экономического обоснования средние значения коэффициента теплопроводности грунта Хгр при температуре 273 К можгю принимать ио табл. 8.1.

Таблица 8.1

Теплофизические характеристики тепловой изоляции определяют опытным путем или принимают по паспортным данным. В тепловых расчетах используют значение теплофизических характеристик теплоизоляции, равное полусумме значений, соответствующих температуре внутренней и внешней поверхности теплоизоляционного покрытия. Значения коэффициента теплопроводности для некоторых изоляционных материалов, используемых при сооружении горячих нефтепроводов, следующие (в Вт/(м-К): 0,018-0,022 для пенополиуретана, 0,03 для пенополистирола, 0,033 для стекловолокна, 0,051 для пеностекла.

8.2. ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Цель теплового расчета при проектировании магистральных трубопроводов - определить распределение температуры по его длине и оценить тепловые потери. С учетом данных теплового расчета определяют пропускную способность трубопровода, шаг насосных (тепловых) станций, рассчитывают трубопровод на прочность и устойчивость, выбирают тип и толщину теплоизоляции.

В процессе эксплуатации нефтепроводов результаты теплового расчета используют для оперативного диспетчерского управления работой трубопровода: нахождения безопасного времени остановки горячей перекачки высоковязких нефтей, выбора способа выталкивания застывшей нефти из остановленного трубопровода, оценки оптимального варианта пуска горячего нефтепровода в эксплуатацию, определения безопасного времени отключения тепловых станций.

Режимы работы горячего нефтепровода в условиях пуска в эксплуатацию, остановок перекачки, изменения пропускной способности и температуры подогрева нефти называются переходными. Они характеризуются изменением пропускной способности и температуры нефти при переходе от одного стационарного состояния к другому. Процесс течения нефти по трубопроводу и его тепловой режим в этих условиях являются неустановившимися. Причиной возникновения переходных режимов работы горячих нефтепроводов может явиться плановое или аварийное отключение отдельных насосных агрегатов или НС, тепловых печей или теплообменников ТС, заполнение трубопровода нефтью при его пуске, остановка перекачки и ее возобновление, последовательная перекачка нефтей с различными физическими свойствами, подключение или отключение отборов и подкачек нефти по трассе трубопровода, сезонное колебание температуры воздуха и теплофизических характеристик грунта. Указанные причины приводят к изменению параметров перекачки: температуры, давления, пропускной способности. Причем отклонение любого из этих параметров от стационарного состояния, если не производится специального регулирования системы, приводит к соответствующему изменению всех остальных. Так, например, при аварийном отключении станции подогрева в трубопровод начинает поступать холодная нефть, имеющая более высокую вязкость по сравнению с подогретоГ! нефтью. По мерезапол-нения участка трубопровода холодной нефтью и вытеснения подогре-