Содержание к диссертации
Введение
1. Развитие трубопроводного транспорта и предпосылки использования в нем химических реагентов 5
2. Исторические аспекты получения присадок и реагентов для трубопроводного транспорта 18
2.1. История создания пав 18
2.2. История развития производства присадок на основе полиакриламида 21
3. Основные этапы применения химических присадок и реагентов в трубопроводном
транспорте 30
3.1. Поверхностно-активные вещества 30
3.2. Полимерные депрессорные присадки 44
3.3. Водорастворимые полимеры 60
3.4. Противотурбулентные присадки для снижения гидравлического сопротивления 95
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 109
ЛИТЕРАТУРА
- Развитие трубопроводного транспорта и предпосылки использования в нем химических реагентов
- История создания пав
- Поверхностно-активные вещества
Введение к работе
В наступившем новом тысячелетии нефтегазовый комплекс по-прежнему остается приоритетной составляющей энергетической базы страны. Отсюда и большое внимание к нефтегазовой отрасли и одному из важнейших ее разделов - трубопроводному транспорту нефти и нефтепродуктов.
В современных условиях основной задачей развития этой отрасли является разработка энергосберегающих технологий и повышение эффективности работы действующих магистральных нефтепроводов.
Одним из путей решения данной задачи является использование химических реагентов, улучшающих реологические свойства перекачиваемых нефтей и нефтепродуктов, обеспечивающих более полную очистку полости труб, существенно снижающих энергозатраты на перекачку.
С развитием химической промышленности происходит расширение ассортимента реагентов, и, соответственно, увеличиваются области их применения. При этом создаются более узкоспециализированные реагенты, предназначенные для решения конкретных проблем трубопроводного транспорта. Таким образом, использование химических реагентов становится . одним из перспективных способов совершенствования процессов перекачки и эксплуатации нефтепроводов.
В связи с этим представляет научный интерес исследование и анализ развития и перспектив применения химических реагентов в области трубопроводного транспорта нефти.
Цель работы. На основании изучения литературных источников, архивных материалов и производственно-технических документов по развитию трубопроводного транспорта и использованию в нем нефтехимических и химических продуктов, проанализировать и установить основные этапы и направления их применения, а также определить основные классы реагентов, улучшающих свойства перекачиваемых жидкостей и способствующих повышению эффективности эксплуатации действующих магистральных нефтепроводов.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые в историко-техническом плане рассмотрено использование химических реагентов процессе развития трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов.
Впервые рассмотрена и проанализирована связь между развитием производства присадок химической и нефтехимической промышленностями и использованием их в трубопроводах.
Впервые применение присадок в трубопроводах рассматривается с исторической точки зрения для целого комплекса направлений их использования.
Практическая значимость заключается в том, что впервые обобщен материал по истории применения химических реагентов для трубопроводного транспорта. Определены приоритетные направления и перспективные группы реагентов. Данный материал принят к использованию в ОАО Типротрубопровод", он учитывается при проектировании и для повышения эффективности эксплуатации трубопроводов.
Практическая значимость заключается также в том, что результаты работы используются при чтении курса "Проектирование и эксплуатация газо- нефтепроводов" студентам 4,5 курса специальности 09.07.00, "Основы нефтегазового дела" студентам 1 курса специальности 09.07.00, при чтении элективного курса "Применение химических реагентов для трубопроводного транспорта" для студентов 4 курса специальности 09.07.00 в УГНТУ.
Развитие трубопроводного транспорта и предпосылки использования в нем химических реагентов
История создания трубопроводного транспорта была тесно связана с историей добычи и переработки нефти и берет свое начало с момента открытия Эдвином Дрейком в 1859 г месторождения нефти в штате Пенсильвания (США), где в промышленным масштабах началась добыча, транспортировка, переработка и сбыт нефти. Уже в 1865 в США был построен первый в мире нефтепровод.
Истоки трубопроводного транспорта России уходят к 1863 году, когда Д.И.Менделеев при посещении Баку рекомендовал построить трубопровод для перекачки нефти с промыслов на завод. Но лишь 1887 г. вошел в историю как год строительства первого промыслового нефтепровода в России, а уже в 1906 г. завершается строительство крупнейшего в мире по тем временам трубопровода Баку-Батуми. В 1913 г. фирма Ахверов и Ко приступает к строительству нефтепровода Грозный-Махачкала. Так начиналась эра магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов России.
События, последовавшие после 1914 года: война, революция, вновь война, но уже гражданская, не способствовали развитию трубопроводного транспорта. Разработанные проекты на строительство новых нефтепроводов так и остались неосуществленными.
К 1917 г. в России было построено всего -четыре магистральных трубопровода общей протяженностью 1147 км: керосинопровод Баку-Батуми диаметром 200 мм и протяженностью 853 км, который с 1927 г. работал как нефтепровод, нефтепровод Калужская -Афипская диаметром 125 мм и протяженностью 26 км, нефтепровод Махачкала-Грозный диаметром 200 мм, протяженностью 165 км, нефтепровод Майнефть -Краснодар диаметром 200 мм и протяженностью 103 км [ 1 ]. В первой пятилетке (1928-1932) были построены три крупных для того времени трубопровода общей протяженностью 1936 км. В 1928 г. введен в строй нефтепровод Грозный-Туапсе, сооруженный из советских материалов и полностью оснащенный советским оборудованием. В 1930 г. запущена в эксплуатацию вторая нитка нефтепровода Баку-Батуми диаметром 250 мм и протяженностью 832 км. В 1931 г. начинается строительство самого крупного на тот момент нефтепродуктопровода Армавир-Трудовая, значительно улучшившего обеспечение нефтепродуктами восточных районов Украины и Дона.
В 1932 г. начинается строительство нефтепровода Гурьев-Орск. Пуск этого нефтепровода в 1936 г. обеспечил выход нефти Эмбинских промыслов на нефтеперерабатывающие заводы Урала и центра. Этот нефтепровод по тому времени считался одним из самых мощных в Европе.
В том же 1932 г. в Башкирии открыто Ишимбаевское нефтяное месторождение, положившее начало "Второго" Баку. А уже в 1937 г. запускается в эксплуатацию нефтепровод Ишимбай-Уфа.
Во второй пятилетке с 1933 по 1937 гг. трубопроводная сеть СССР увеличилась еще на 1150,9 километров. А к 1941 г. в промышленной эксплуатации находилось около 4100 км магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов с суммарной пропускной способностью около 8 млн. тонн нефти и нефтепродуктов в год.
В период Великой Отечественной войны для обеспечения фронта и тыла топливом было проложено 1264 км магистральных нефте- и продуктопроводов.
После разгрома немецко-фашистских войск под Сталинградом в рекордно короткий срок, за 8 месяцев, в 1943 г. был построен керосинопровод Астрахань-Саратов, который в период 1944-1945 гг. позволил значительно улучшить поставки нефтепродуктов в центральные районы страны для дальнейшего обеспечения фронта и тыла.
В годы Великой Отечественной войны успешно применялись сборно-разборые полевые трубопроводы, использование которых в годы войны наглядно показало их эффективность в самых разнообразных ситуациях и во многих случаях позволило успешно провести крупные фронтовые операции.
Задачи, поставленные нефтяникам в послевоенные годы, заключались прежде всего в быстрейшем восстановлении отрасли и его важной составляющей - трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов.
Интенсивное развитие нефтедобычи между Волгой и Уралом и других новых районах требовали быстрейшего развития транспортных коммуникаций.
Первым трубопроводом, построенным после войны стал нефтепровод Туймазы-Уфа, решение о строительстве которого было принято в январе 1946 г. А уже 3 сентября 1947 года первая партия туймазинской девонской нефти прибыла на Уфимский крекинг-завод. День 3 сентября стал началом рождения системы магистральных нефтепроводов и продуктопроводов Урало-Сибирского региона.
В июне 1947 года принимается решение о строительстве магистрального продуктопровода Уфа-Омск. В мае 1949 года был разработан проект второго нефтепровода Туймазы-Уфа, пуск в промышленную эксплуатацию которого был оформлен актом приемочной комиссии от 30 сентября 1950 г.
В это же время были построены нефтепроводы небольшой протяженности в Средней Азии, в Туркмении, на севере, а также в Саратовской и Куйбышевской областях.
История создания пав
Первыми реагентами, которые нашли свое применение в трубопроводном транспорте, стали поверхностно-активные вещества, которые использовались для гидротранспорта высоковязких и высокозастывающих нефтей и нефтепродуктов и очистки трубопроводов и емкостей.
Широкое применение поверхностно-активных веществ было обусловлено, с одной стороны, успехами современной синтетической химии, а с другой - технико-экономической эффективностью этих веществ.
Методы синтеза ПАВ в большинстве случаев были основаны на последовательном проведении общеизвестных реакций органической химии. Выбор методов синтеза обусловлен не только простотой проведения реакции, но и возможностью получения более чистых продуктов.
Первые сведения о поверхностно-активных веществах анионного типа относятся еще к VIII в., когда началось производство солей карбоновых кислот из растительных и животных жиров, известных под названием мыла. На Руси этот процесс начался по меньшей мере с X в. Катионные ПАВ приобрели промышленное значение, начиная с 1935 г., когда были открыты их бактерицидные свойства [ 20 ].
История же создания неионогенных ПАВ, является именно тем случаем, когда необходимость практически использовать какое-либо сырье или полупродукт, ставший избыточными в своем производстве, может привести к новым изобретениям, имеющим промышленное значение в различных областях народного хозяйства.
А начиналось все с момента, когда после первой мировой войны на заводах фирмы BASF в Людвигсгафе отпала необходимость в этиленхлоргидрине вследствие видоизменения метода получения индиго по методу Хойманна, и поэтому для этого продукта необходимо было найти новые области применения [ 21 ].
Это побудило фирму BASF уже в 1923 г. начать использование этиленхлоргидрина для получения окиси этилена, производные которой сразу нашли свое применение в текстильной промышленности. Так триэтаноламин оказался пригодным при крашении и печатании красителями.
При полимеризации окиси этилена при 120 С в присутствии едкого калия в качестве катализатора были получены первые продукты с длинной полигликолевой цепью, так называемые карбоваксы.
Аналогичные продукты стали производить также и в США. В 1925 г. фирма Union Carbide and Carbon Corp. смонтировала в Южном Чарльстоне мощную установку по производству окиси этилена через этиленхлоргидрин. Вначале из окиси этилена производили этиленгликоль, затем гликолевые эфиры, этаноламины и карбовакс различных марок. В Германии вслед за получением гликолей, карбовакса и этаноламинов начали выпускать продукты присоединения окиси этилена к \ низкомолекулярным соединениям, таким как глицерин, фенолы, сорбит и др. Оксиэтилированные эфиры сорбита и маннита под торговым названием „твин" нашли широкое применение в 60-х годах в качестве эмульгаторов.
В патенте I.G. Farbenindustrie (авторы Гентрих, Кепплер, 1930 г.) описывается метод получения оксиалкиламинов с использование окиси этилена, и уже в этом патенте имеется упоминание о поверхностно-активных свойствах оксиэтилированных продуктов. Однако впервые исследование механизма придания растворимости гидрофобным веществам в результате присоединения к ним окиси этилена было проведено Шеллером. Именно ему принадлежит заслуга в подробном исследовании этого нового класса поверхностно-активных неионогенных веществ.
Полученные в сентябре 1930г. Шеллером продукты присоединения окиси этилена к олеиновой кислоте уже обладали очень хорошими смачивающими и моющими свойствами. Дальнейшие исследования проводились ускоренными темпами.
В октябре 1930г. Шеллер предложил получать оксиэтилированные соединения с более длинными полиэтиленгликолевыми цепями. Совместно с Витвером в заводской лаборатории BASF было начато получение оксиэтилированных соединений.
В 1934г. фирма Rohm a. Haas (Филадельфия) получила оксиэтилированные алкилфенолы, которые в настоящее время являются важнейшими представителями неионогенных поверхностно-активных веществ, которые нашли свое применение и в нефтяной промышленности.
Таким образом, необходимость практически использовать какое-либо сырье или полупродукт, ставший избыточными в своем производстве, может привести к новым изобретениям, имеющим промышленное значение в различных областях народного хозяйства.
С тех пор как в 1930 г. был открыт новый класс поверхностно-активных соединений - оксиэтилированные вещества, этот класс соединений привлек к себе внимание многих исследователей и непрерывно пополнялся новыми типами соединений.
В связи с увеличивающимся спросом на эти соединения непрерывно возрастало их производство. В нашей стране уже в 1959 г. производились неионогенные ПАВ, среди которых особенно хорошо известны оксиэтилированные алкилфенолы, выпускаемые под марками ОП-7, ОП-10 и др.
Вначале основным потребителем оксиэтилированных веществ являлась текстильная промышленность. К 1960 г. появились новые потребители, из которых наиболее значительным является нефтяная промышленность [ 20 ].
class2 Основные этапы применения химических присадок и реагентов в трубопроводном
транспорте class2
Поверхностно-активные вещества
Развитие химической промышленности в 1930-1940-е гг. способствовало созданию разнообразных групп поверхностно-активных веществ (ПАВ) анионного, катионного и неиногенного типов, которые в дальнейшем нашли свое применение в системе трубопроводного транспорта высоковязких нефтей и нефтепродуктов.
Первый опыт использования ПАВ был связан с решением проблемы перекачки высоковязких и высокозастывающих нефтей и нефтепродуктов за счет снижения гидравлических потерь при совместной перекачке растворов ПАВ и нефти, а также с отмывкой емкостей, резервуаров и трубопроводов.
Теоретической основой использования данного метода послужили исследования эффекта скольжения одной жидкости по поверхности другой, проведенные в СССР еще в 1948 году [24]. А, начиная с 50-х годов, гидротранспорт высоковязких и высоковязких нефтей становится приоритетным направлением исследований, как в нашей стране, так и за рубежом. Так в 1951 г. американская фирма Сокони-Вакуум предложила для предотвращения образования чересчур стойких эмульсий при транспортировании высоковязких нефтей добавлять к перекачиваемой нефти воду, содержащую небольшое количество водорастворимого тринатрийфосфата [25].
В нашей стране активными разработками в этой области данного занимались сотрудники НИИтранснефти Рудаков Г.В., Степанюгин В.Н, Целиковский О.И., Абрамзон Л.С, Губин В.Е., Маслов Л.С, Хизгилов И.Х. и др.
Стремительное развитие энергетической промышленности СССР в 60-х годах поставило вопрос о применении в качестве топливного сырья для крупный электростанций дешевых жидких нефтепродуктов (мазутов), обладающих высокой теплотворной способностью, что в свою очередь привело к необходимости транспортирования больших масс мазутов на значительные расстояния.
В 1962 г. в этом институте были проведены опыты по улучшению транспорта мазута с помощью присадки ВНИИНП-102 отечественного производства и импортной присадки брексол, которая по данным ВНИИНП содержала до 20% непредельных углеводородов типа терпенов [26]. Проведенные тогда опыты показали, что в условиях высоких вязкостей, обусловленных большим содержанием парафина и асфальто-смолистых компонентов, действие такого рода присадок без подогрева мазута не оказывает желаемого эффекта. Однако, учитывая, что затраты на подогрев высоковязких нефтепродуктов по трубопроводам в то время составляли около 50% от общих затрат на перекачку, был сделан вывод, что комбинированное воздействие подогрева и поверхностно-активных веществ позволит снизить начальную температуру подогрева и соответственно затраты на перекачку,
В ходе дальнейших экспериментов сотрудниками НИИтранснефть были разработаны методики исследования эффективности действия ПАВ анионного типа как эмульгаторов мазута и методики оценки пристенного скольжения при различных концентрациях водной фазы в эмульсии.
Опыты проводили при 20 С с мазутом марки 20 и 1%-ным раствором натрия пальмитата. В таблице приведены полученные тогда данные по снижению кажущейся вязкости и энергозатрат при перекачке эмульсии мазут - раствор натрия пальмитата в зависимости от процентного содержания водной фазы.
За 100% был принят безводный мазут.
Эмульсии показали достаточную стабильность в условиях проводимого опыта.
В качестве эмульгаторов исследовались и другие анионные ПАВ: сульфонол НП-1 (алкилбензолсульфонат), румынский сульфоноловый препарат «Деро» (детергент румынский), препарат «Снежинка», имеющий в своем составе мыло, силикатный клей, кальцинированную соду и тринатрийфосфат [25].
Были также испытаны их смеси. Например, при содержании 40% водной фазы, состоящей из равных количеств 1% раствора натрия пальмитата и 1% раствора сульфонола НП-1, вязкость эмульсии мазут-вода составляла 0,02% вязкости безводного мазута марки 20.
В ходе проведенных исследований было установлено, что в качестве анионных ПАВ для снижения гидравлических потерь при перекачке мазутов могут быть использованы моющие средства с гидрофильно-липофильным балансом 13-15 и эмульгаторы с балансом 8-18. Как наиболее дешевые, представляли интерес соли синтетических жирных кислот (Cio-Cig) в смесях с алкилбензол сульфатом, тринатрийфосфатом и т.д.
