книги / Трубопроводный транспорт нефти, нефтепродуктов и газа

При ламинарном режиме перекачки увеличение производи­

тельности составит (l-K ) ^ *, а при турбулентном (т = 0,25) —

То есть при ламинарном режиме перекачки эффект увеличе­ ния производительности (если он есть) выше в число раз

0.837-а.-*

ХТ ( \ - K \ e w y°'k

Объясняется это тем, что в турбулентном потоке значитель­ ная часть напора теряется на продольные и поперечные колеба­ ния молей жидкости, и она практически не зависит от измене­ ния вязкости.

Чем более развит турбулентный режим, тем увеличения про­ изводительности нефтепровода при применении разбавителей меньше. А при m = 0 разбавление высоковязкой нефти приво­ дит к обратному эффекту — производительность трубопрово­ да по нефти уменьшается. Это объясняется тем, что в квадра­ тичной зоне турбулентного режима потери напора на трение от вязкости жидкости не зависят, а введение разбавителя заведомо уменьшает долю исходной нефти в общем объеме перекачивае­ мой смеси.

Если необходимости в увеличении производительности тру­ бопровода по нефти нет (Q'„ =Q„), то с помощью разбавления можно уменьшить потери напора на трение.

Подставляя в формулу Л. С. Лейбензона параметры смеси, будем иметь

Таким образом, при разбавлении высоковязкой нефти поте­ ри напора на трение уменьшаются в число раз

а - * ) 2 - т

Нетрудно видеть, что Хн- х £ т Поэтому выводы, сделанные

(L = 1287 км; D = 1219 мм), 14,3 тыс. м3 приходится на газовый конденсат с месторождений Прадхо Бей и Купарук. Перекачка смесей разнообразных нефтей со сжиженными газами, газовым бензином и дистиллятами осуществляется в США по трубопро­ воду длиной 1080 км и диаметром 300 мм.

В общем случае выбор типа разбавителя производится путем сравнения для конкурирующих вариантов суммарных затрат на получение, доставку и смешение разбавителя, а также транспор­ тировку смеси. Кроме того, следует учитывать, что смешением высокопарафинистых нефтей с маловязкими можно получить смеси заранее определенного состава и тем самым стабилизиро­ вать работу нефтепровода и установок нефтеперерабатывающих заводов, увеличить выход продуктов переработки нефти.

Интересен также такой факт: на реологические свойства нефтяной смеси оказывает влияние температура смешиваемых компонентов. Гомогенная смесь получается, если смешение производится при температуре на 3...5 градусов выше темпера­ туры застывания более вязкого компонента. При неблагоприят­ ных условиях смешения эффективность разбавителя в значитель­ ной степени уменьшается и может произойти даже расслоение смеси.

Перекачка термически обработанных нефтей

Термообработкой нефти называется ее тепловая обработка, предусматривающая нагрев нефти выше температуры плавле­ ния парафинов и последующее охлаждение с заданной скорос­ тью для улучшения реологических параметров.

Первые опыты по термообработке парафинистых нефтей и нефтепродуктов в нашей стране были выполнены еще в 30-х годах XX века. Так, термическая обработка нефти Ромашкинского месторождения позволила снизить ее вязкость более чем в 2 раза и уменьшить температуру застывания на 20 градусов.

Исследования позволили выявить ряд закономерностей, свя­ занных с термической обработкой нефтей:

1) термообработка позволяет улучшить реологические свойства только парафинистых нефтей, содержащих асфальтосмолис­ тые вещества;

вание новых центров кристаллизации. Это приводит к тому, что в термообработанной нефти образуются достаточно крупные кристаллы парафина. Одновременно из-за наличия на поверх­ ности этих кристаллов адсорбированных асфальтенов и смол силы коагуляционного сцепления между ними значительно ослабляются, что препятствует образованию прочной парафи­ новой структуры.

Степень улучшения реологических параметров термообрабо­ танной нефти зависит от температуры ее нагрева и условий по­ следующего охлаждения.

Существование оптимальной температуры термообработ­ ки (подогрева) связано со следующим. На поверхности кристал­ лов парафина адсорбированы асфальтосмолистые вещества, находящиеся в нефти. При малой температуре подогрева неф­ ти часть кристаллов парафина растворяется и освободившие­ ся асфальтосмолистые вещества адсорбируются на поверхности нерастворившихся кристаллов парафина. Последующее охлаж­ дение приводит к тому, что выпадающие из раствора мелкие кристаллы парафина образуют прочную структуру, повышаю­ щую эффективную вязкость и температуру застывания нефти. При повышении температуры подогрева нефти увеличивается количество растворяющихся кристаллов парафина и соответ­ ственно высвобождаемых асфальтосмолистых веществ. Одна­ ко поскольку число нерастворившихся кристаллов тугоплав­ ких парафинов уменьшилось, то последние адсорбируют все меньше асфальтосмолистых веществ. При последующем охлаж­ дении неадсорбированные асфальтосмолистые вещества спо­ собствуют образованию крупных кристаллов парафина, что по­ ложительно сказывается на реологических свойствах нефти. Наибольший эффект термообработка дает, когда все кристаллы парафина растворяются при нагревании. Однако перегрев неф­ ти приводит к необратимому разрушению содержащихся в ней асфальтосмолистых веществ и эффект термообработки снижа­ ется.

Поскольку у разных нефтей состав парафинов различен, то оптимальную температуру термообработки определяют экспе­ риментально для каждой парафинистой нефти.

На рис. 6.9 показано влияние температуры термообработки на реологические параметры жетыбайской нефти. Из него видно, что при температуре термообработки tT0 около 50 °С температу­ ра застывания этой нефти не только не снижается, а наоборот, возрастает. Дальнейшее увеличение температуры термообработ­ ки ведет к снижению А начиная со значений tT0~ 105 °С тем­ пература застывания термообработанной нефти снова растет.

Здесь же показан характер зависимости эффективной вязкос­ ти v} и начального напряжения сдвига то жетыбайской нефти от температуры термообработки. Видно, что резкое уменьшение уэ и то имеет место лишь при tT0< 105 °С, дальнейшее увеличение последней практически не дает эффекта.

На этом основании оптимальной температурой термообра­ ботки жетыбайской нефти является 105 °С.

Рис. 6.9. Влияние температуры термообработки на реологические параметры жетыбайской нефти:

1—температура застывания; 2 —эффективная кинематическая вязкость;

3 —начальное напряжение сдвига

Скорость охлаждения нефти влияет на процесс роста крис­ таллов парафина. При оптимальной температуре охлаждения образуются крупные конгломераты парафиносмолистых ве­ ществ, которые неравномерно распространяются по всему объ­ ему. В нефти, не подвергавшейся термообработке или термооб­ работанной при неоптимальных температурах и охлажденной с неоптимальной скоростью, кристаллы парафина мельче, число их больше, они более равномерно распределены по всему объ­ ему нефти и в отсутствие движения могут соединяться между со­ бой, образуя достаточно прочную структурную решетку, в ячей­ ках которой располагается жидкая нефть.

На рис. 6.10 показан характер зависимости температуры за­ стывания и начального напряжения сдвига усинской и возейской нефтей от скорости их охлаждения при термообработ­ ке. Видно, что оптимальной для этих нефтей является скорость охлаждения 10... 15 градусов в час.

Рис. 6.10. Изменение реологических параметров высокопарафинистых нефтей в зависимости от скорости охлаждения:

1 —температура застывания узеньской нефти; 2 —температура застывания жетыбайской нефти; 3 —ее эффективная кинематическая вязкость; 4 —началь­ ное напряжение сдвига

Перекачка термообработанной нефти применяется в Индии на нефтепроводе Нахоркатья—Ганхати—Барауни (L = 1158 км, D = 400 и 350 мм, G = 3,25 и 2,25 млн т в год).

Нефть месторождения Нахоркатья содержит 11,5 % парафина и имеет температуру застывания 32 °С. Благодаря термообработ­ ке при 87... 102 °С, ее транспортируют при 18 °С (минимальная температура на глубине заложения трубопровода).

Принципиальная схема данного нефтепровода приведена на рис. 6.12. Нефть, имеющая температуру 37...52 °С, поступает с промысла по трубопроводу 1 в резервуарный парк 2 сырой нефти. Для обеспечения всасывающей способности насосов в резервуарах ее температура поддерживается на уровне 37...42 °С. Далее насосами 3 нефть прокачивается через теплообменник 4 типа «труба в трубе», где частично нагревается нефтью, уже про­ шедшей термообработку, и поступает в печь подогрева 5. Здесь ее нагревают до 87... 102 °С. После печи горячая нефть, выпол­ нив роль теплоносителя в теплообменнике 4, поступает в колон­ ны статического охлаждения 6, количество которых равно 30. В колоннах нефть охлаждается с заданной скоростью и далее на­ сосами /закачивается в резервуары Уголовной перекачивающей станции. В дальнейшем осуществляется изотермическая пере­ качка нефти.

Если термообработка высокопарафинистой нефти дает хоро­ шие результаты, т. е. получаются низкие температуры застыва­ ния, эффективная вязкость и статическое напряжение сдвига, а также нефть имеет длительный срок восстановления реологи­ ческих свойств, то ее можно транспортировать как обычную ма­ ловязкую. При этом надо учитывать, что потери на трение для каждого последующего перегона будут возрастать.

Однако применение данной технологии сдерживается очень высокими капитальными вложениями в пункты термообработ­ ки. По зарубежным данным, удельные затраты на термообработ­ ку 1 тонны нефти составляют: капиталовложения — $ 3,2; экс­ плуатационные расходы —$ 0,75. Тот же порядок цен (с учетом курса доллара) дают и оценки отечественных ученых: при про­ изводительности нефтепровода 8 млн т в год капиталовложения в пункт термообработки (в ценах 1980 г.) составляют 37,4 млн руб.,

Рис. 6.12. Принципиальная технологическая схема перекачки термообработанной нефти по трубопроводу Нахоркатья-Ганхати—Барауни:

I —подводящий трубопровод; 2,8,13—резервуары; 3, 7—технологические на­ сосы; 4 —теплообменник типа «труба в трубе»; 5 —печь подогрева; 6 —колон­ ны статического охлаждения; 9 —подпорный насос; 10,12—основные насосы; II — магистральный нефтепровод; ГНС —головная насосная станция; ПНС — промежуточная насосная станция; КП—конечный пункт

при производительности 18 млн т/год —76 млн руб., а при произ­ водительности 38 млн т/год —152 млн руб. Это очень дорого. По­ этому при технико-экономическом сравнении вариантов транс­ порта высокопарафинистых нефтей способ термообработки, как правило, проигрывает.

Перекачка высокозастывающих парафинистых нефтей с депрессорными присадками

Применение депрессорных присадок (депрессаторов) — ве­ ществ, уменьшающих температуру застывания, вязкость и пре­ дельное напряжение сдвига высокозастывающих парафинистых нефтей —один из перспективных способов их транспорта.

Депрессорные присадки уже давно применяются для сниже­