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

На рис. 7.2-16 приведены графики зависимости изменения давления от расхода высоковязкой нефти, транспортируемой по трубопроводу диаметром d = 300 мм различной протяженности. Любая точка на кривых характеризует падение давления установившегося потока при принятом расходе <7т в трубопроводе данной протяженности. Температура нефти в начале трубопроводов составляет около 66 °С, а температура грунта 4°С. На каждой из трех кривых видно, что после определенных пиковых значений давления происходит его снижение при относительно низких расходах, а затем оно снова растет при некотором увеличении расхода.

Исходя из того, что начальная температура нефти постоянна, можно заключить, что:

1) большие расходы вызывают более высокие потери давления на трение при изотермическом течении (линия О-А);

2) средняя температура нефти повышается, что ведет к снижению вязкости и, следовательно, к уменьшению потерь давления на трение.

При низких расходах температура нефти почти не отличается от температуры грунта и режим потока нефти, как правило, ламинарный.

Потери давления на трение могут быть представлены зависимостью, выведенной на основе уравнения (1.1-1):

Рис. 7.2-16. Изменение давлений в зависимости от пропускной способности нефтепровода диаметром 300 мм при различных его протяжен-ностях (Форд, 1955)

(7.2-63>-

откуда следует, что потери давления на трение являются линейной функцией от расхода. Графическим изображением этой зависимости является линия О-А, касательная к кривой для трубопровода протяженностью 32 км.

При бесконечной большой пропускной способности трубопровода средняя температура нефти равна температуре на входе. В этом случае режим потока может рассматриваться как турбулентный и, согласно уравнению (7.1-10), может быть описан произведением

р,р=С;?(2-*) (7.2-64).

где Ь < 1.

При построении указанных кривых предполагалось, что течение носит установившийся характер. (Зднако установившееся состояние потока не достигается сразу.

Представим, что по трубопроводу длиной 24 км транспортируется нефть с расходом 100 м/ч. Затем пропускная способность трубопровода была увеличена до 150 мч. Во-первых, увеличение пропускной способности трубопровода едва ли вызовет повышение средней температу-

ры нефти до значений больших, чем они были в предшествующем установившемся потоке. Полагая, что течение ламинарное, при увеличении пропускной способности на 50% требуется повысить давление транспортирования нефти, т. е. давление увеличится с 5,1 до 7,6 МПа. С течением времени средняя температура постепенно повышается, в результате чего ртр снижается и стабилизируется на уровне около

4.0 МПа.

Из приведенных соображений следует, что падение пускового давления неизменно выше, чем показано на рис. 7.2-16, причем это превышение будет тем больше, чем выше разница между той пропускной способностью, которую надо достичь, и установившейся пропускной способностью трубопровода, показанной на рис. 7.2-16. Данные, приведенные на этом рисунке, действительны для случаев бесконечно малых изменений пропускной способности трубопроводов. Но даже в таких идеальных случаях очевидно, что для пуска трубопровода требуются более высокие давления, чем при транспортировании установившегося потока.

Например, непрерывное транспортирование нефти с расходом 350 м/ч по трубопроводу протяженностью 32,2 км происходит при давлении 5,5 МПа, при этом пусковое давление может достичь пикового значения в 12,4 МПа. Следовательно, нужно учитывать, что если трубопровод будет прогреваться транспортируемой нефтью, насосы необходимо подбирать так, чтобы они были рассчитаны на пиковые давления. Более того, в целях обеспечения достаточно быстрого пуска трубопровода желательно, чтобы насосы могли развивать давление на 20-25% большее, чем пиковое пусковое давление.

Уменьшение пускового или пикового давления можно достигнуть несколькими путями. Например, в одном из пунктов на трассе трубопровода можно установить промежуточную насосную или нагревательную станцию или и то, и другое.

Предположим, что при эксплуатационных условиях, характеризуемых рис. 7.2-16, промежуточная насосная и нагревательная станции установлены посередине трубопровода протяженностью 32,2 км, т. е. в 16,1 км от обоих его концов. Если эта промежуточная насосная используется для нагрева транспортируемой нефти до температуры, равной температуре на входе в трубопровод (66°С), трубопровод может рассматриваться как состоящий из двух сегментов длиною по 16,1 км, а условия эксплуатации каждого из них будет хгфактеризоваться самой нижней кривой на рис. 7.2-16. Тогда пиковое давление составит

3.1 МПа против предыдущих 12,4 МПа. Даже если промежуточная насосная будет отключена (останется только нагревательная станция), пусковое давление не превысит 2-3,1 = 6,2 МПа.

Как только трубопровод прогреется, подогрев нефти на промежуточной станции можно прекратить, а в случае необходимости отключить и насосы. Снижение давления, достигаемое не за счет работы промежуточных насосов, а за счет подогрева нефти, незначительно превы-,ша(ет давление при перекачке нефти с расходом 350 т/ч при установившемся потоке. Если такой подогрев нефти неэкономичен, давление перекачки может быть снижено за счет подключения в работу проме-

жуточной насосной. Для трубопровода протяженностью 32,2 км для этого достаточно подключения насоса, рассчитанного на давление около 7 МПа. Промежуточную насосную следует установить не посередине трубопровода, а на расстоянии около 23 км от его начала.

Мы предположили, что для пуска трубопровода использовалась нефть того же сорта, которая транспортировалась при установившемся потоке. В этом случае часто запуск трубопровода происходит очень медленно. Для ускорения этого про- /

цесса можно применить маловязкие Т

жидкости (легкую нефть или воду). JuJimT ГьйЗ

При низкой вязкости снижается пере- СШ) сот)

над давления по сравнению с ожидае- j~* Т

мым при высоковязкой нефти. Это оз- J---1-----"---

начает, что при максимально допусти- --

мом рабочем давлении пропускная

способность трубопровода будет выше Рис. 7.2-17. Электроподолрев трубо-и прогрев его соответственно будет провода (Пажуалини, 1950)

происходить быстрее. Если для запуска будет применяться вода, прогрев также ускорится, так как удельная теплоемкость воды в два раза больше удельной теплоемкости нефти. К недостатку этого метода нужно отнести то, что после остановки трубопровода последний должен быть заполнен маловязкой жидкостью, на что затрачиваются значительные энергетические затраты. Экономические показатели процесса могут быть улучшены, если в конце трубопро-да использовать воду, а на некоторых интервалах легкие нефти.

В трубопроводах небольшой протяженности пусковое давление может быть снижено за счет электронагрева остывшей трубы. Сушеству-ет несколько способов нагрева. Паскуалини предложил при помощи трансформаторов 2 понижать напряжение в сети / до 50-60 В. Вторичные обмотки трансформаторов подсоединяются к трубопроводу по схеме, показанной на рис. 7.2-17. Нефть нагревается электрическим током, пропускаемым по трубопроводу. Рекомендуется применять переменный ток, так как постоянный ток может вызвать электролитическую коррозию. Готье (1970 г.) описано решение, в котором нагревательные кабели заделываются на наружной стенке трубы в цементно-графитовом аксиальном кожухе, а вся система затем теплоизолируется полиуретановой пеной. Такой способ дорог и неэкономичен, его можно применять только в специальных случаях. Сама теплоизоляция по стоимости равна стоимости трубы. Оборудование для нагрева также равно стоимости трубы. Таким образом, общая стоимость трубопровода превысит его первоначальную стоимость в три раза. Такое решение применяется обычно для поддержания температурного поля вокруг остановленного трубопровода. Его применение нерационально для восстановления температурного поля уже остывшего трубопровода.

7.2.7. ПУСКОВОЕ ДАВЛЕНИЕ И ХАРАКТЕР ТЕЧЕНИЯ ПСЕВДОПЛАСТИЧЁСКИХ НЕФТЕЙ

Потеря напора при изотермическом течении в трубопроводе псевдопластической нефти может быть рассчитана на основе формул, при--.

11-546 161