Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние организации планирования режимов и контроля работы магистрального нефтепровода 11
1.1 Краткий анализ результатов теоретических исследований 19
1.2 Сбор исходных данных для проведения расчетов параметров технологических режимов перекачки нефти 20
1.3 Особенности планирования режимов работы магистральных нефтепроводов «Уса-Ухта» и «Ухта-Ярославль» 23
1.4 Повышение точности планирования работы МН и организации контроля параметров режимов магистрального нефтепровода 32 Выводы по главе 1 34
2 Исследование реологических свойств нефти, транспортируемой по МН «Уса-Ухта» и «Ухта-Ярославль»... 36
2.1 Анализ действующей методики построения кривых течения высокозастывающих нефтей 37
2.1.1. Определение реологической модели течения 38
2.2 Лабораторные исследования 45
2.2.1 Исследование кривых течения нефтей Тимано-Печорской провинции 45
2.2.2 Определение оптимального критерия достижения равновесного напряжения сдвига 46
2.2.3 Исследование тиксотропных свойств нефтей Тимано-Печорской провинции 52
2.3 Определение энергии активации вязкого течения по
температурной зависимости вязкости нефти Выводы по главе 2 58
3 Учет работы насосно-силового оборудования при расчете и планировании режимов работы нефтепровода 59
3.1 Методика идентификации характеристик насосно-силового оборудования 60
3.1.1 Актуальность разработки методики 60
3.1.2 Обзор результатов теоретических исследований в области определения характеристик центробежных насосных агрегатов 61
3.1.3 Испытание магистральных центробежных насосов на вязких жидкостях 67
3.1.4 Пересчет напорных характеристик и подачи магистральных центробежных насосов с воды на вязкую жидкость 67
3.1.5 Пересчет характеристики КПД с воды на вязкую жидкость 69
3.1.6 Пересчет мощностной характеристики с воды на вязкую жидкость 72
3.1.7 Особенности пересчета характеристик магистральных насосов при перекачке неньютоновских жидкостей 73
3.1.8 Апробация предлагаемой методики пересчета 76
3.2 Определение величины нагрева нефти при прохождении насосных агрегатов на НПС 84
Выводы по главе 3 90
4 Разработка схемы контроля параметров режима работы МН ... 91
4.1 Анализ существующей организации процесса технологического контроля 91
4.2 Анализ причин, вызывающих отклонения фактических параметров работы МН от плановых 93
4.3 Применение уравнения баланса напоров для выявления причин отклонения давления
4.4 Рекомендации по расширению перечня параметров в карте режимов 100
4.4.1 Расширение перечня расчетных параметров давления НПС 102
4.4.2 Расширение перечня расчетных параметров давления КП 103
4.4.3 Учет состояния работы оборудования НПС (ФГУ и КРД) 103
4.4.4 Расширение перечня расчетных параметров свойств нефти 104
4.4.5 Учет условий работы технологического участка 107
4.5 Об алгоритме автоматизации процесса выявления причин
отклонений 108
Выводы по главе 4 112
5 Метод минимизации почасовых отклонений энергопотребления при транспорте нефти 113
5.1 Актуальность разработки метода 113
5.2 Методы решения проблемы отклонения фактических от плановых величин энергопотребления для случая стационарного режима
5.2.1 Метод минимизации фактических почасовых отклонений 116
5.2.2 Определение фактической величины отклонения мощности потребляемой идентичными насосами на одной НПС 116
5.2.3 Алгоритм снижения отклонения планового и фактического энергопотребления без изменения режима МН 119
5.3 Минимизация отклонений энергопотребления в условиях переходных режимов 121
Выводы по главе 5 123
Основные выводы 124
Список использованной литературы
- Сбор исходных данных для проведения расчетов параметров технологических режимов перекачки нефти
- Исследование кривых течения нефтей Тимано-Печорской провинции
- Пересчет напорных характеристик и подачи магистральных центробежных насосов с воды на вязкую жидкость
- Анализ причин, вызывающих отклонения фактических параметров работы МН от плановых
Введение к работе
Актуальность темы.
Основной задачей акционерной компании «Транснефть» является оказание услуг нефтедобывающим компаниям по приему, транспортировке и поставке нефти, при условии обеспечения надежной и безопасной эксплуатации магистральных нефтепроводов и минимальных энергозатратах на перекачку. Выполнение поставленной задачи невозможно без эффективного планирования и постоянного контроля параметров режимов работы магистрального нефтепровода (МН). Планирование включает в себя тепловой и гидравлический расчет всех возможных режимов работы МН и выбор наиболее оптимальных из них. Практика показала, что чем выше точность расчетов параметров режима, тем эффективнее планирование работы МН. В 2010 г. по данным ОАО «Северные МН» в 18% случаев погрешность расчетов параметров режима превышала заявленную величину равную 7 %, в результате чего происходило нарушение сроков проведения плановых ремонтных работ, а также договорных обязательств по объемам грузооборота транспортируемой нефти. В 10% случаев причиной являлось недостаточно корректное определение исходных данных.
Диссертация выполнена на основании результатов научных исследований работы МН «Уса-Ухта» и МН «Ухта-Ярославль». Транспортируемая по этим нефтепроводам нефть отличается сложными физико-химическими и реологическими свойствами (значительным содержанием асфальтенов, смол и парафинов, высокой вязкостью, повышенным статическим напряжением сдвига).
С момента начала эксплуатации МН «Уса-Ухта» и «Ухта-Ярославль» ее реологические свойства значительно ухудшились, что объясняется нарастающими объемами добычи высокопарафинистых высокозастывающих нефтей Харьягинского, Кыр-таельского, Верхневозейского, Ардалинского и других месторождений Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции.
В последние годы были разработаны методика расчетов и программный комплекс «NIPAL», которые повысили эффективность процесса планирования технологических режимов МН, однако опыт их применения выявил факторы, учет которых был проведен в недостаточном объеме. Прежде всего, речь идет об учете неньютоновских и тиксотропных свойств перекачиваемых нефтей.
Таким образом, представляется актуальным развитие указанных разработок с целью повышения точности расчета параметров режима перекачки.
Поскольку безопасность транспортировки нефти напрямую связана с уровнем обеспечения контроля за режимом работы МН, актуальной является также разработка алгоритма по автоматизации процесса выявления причин отклонений фактических параметров режима работы МН от плановых и минимизации часовых отклонений фактического от планового электропотребления.
Цель работы. Совершенствование методов планирования технологических режимов и контроля процесса перекачки нефти по магистральным нефтепроводам на примере МН «Уса-Ухта» и МН «Ухта-Ярославль».
Основные задачи исследований.
1. Анализ существующих способов планирования и контроля параметров работы магистральных нефтепроводов.
2.Совершенствование методики определения реологических свойств высокопара-финистых нефтей и выбора модели течения с учетом их неньютоновских свойств.
-
Усовершенствование методики пересчета паспортных характеристик центробежных насосных агрегатов с воды на неньютоновскую нефть.
-
Определение величины нагрева нефти при прохождении через насосные агрегаты на нефтеперекачивающей станции.
-
Анализ и классификация причин отклонения расчетных и фактических давлений установившихся режимов перекачки нефти.
-
Разработка методики минимизации почасовых отклонений электропотребления при транспорте нефти.
Научная новизна.
1. Установлено, что смеси неньютоновских нефтей Тимано-Печорской провин
ции, транспортируемых по магистральным нефтепроводам «Уса-Ухта» и «Ухта-
Ярославль», обладают выраженными тиксотропными свойствами. Предложен крите
рий достижения равновесного напряжения сдвига при построении кривых течения
тиксотропных нефтей.
-
Выявлено, что учет реальных значений эффективной вязкости неньютоновских нефтей приводит к заметному улучшению сходимости с экспериментом пересчитанных паспортных характеристик насосных агрегатов с воды на вязкопластичную нефть (при пересчете мощности и КПД на 4% и 3 % соответственно).
-
Обнаружено, что снижение величины нагрева нефти на каждом работающем насосном агрегате (НА) при их последовательном соединении на НПС связано с
постепенным разрушением надмолекулярной структуры парафиновых углеводородов.
Основные защищаемые положения:
Результаты экспериментальных исследований температурных зависимостей реологических характеристик смеси неньютоновских нефтей Тимано-Печорской провинции, транспортируемых по МН «Уса-Ухта» и МН «Ухта-Ярославль».
Критерий достижения равновесного напряжения сдвига при построении реологических кривых течения нефти, обладающей тиксотропными свойствами.
Методика пересчета паспортных характеристик насосных агрегатов с воды на неньютоновскую нефть, а также модель изменения величины нагрева нефти на НПС в зависимости от количества работающих насосных агрегатов.
Классификация причин отклонений фактических от расчетных давлений на МН и алгоритм их выявления, позволяющий автоматизировать процесс контроля.
Методика минимизации почасовых отклонений электропотребления при транспорте нефти, включающая в себя идентификацию мощностных характеристик насосного парка и алгоритм подбора оптимальной комбинации работающих насосных агрегатов.
Практическая ценность работы.
1. Разработан и апробирован в ОАО «Северные МН» алгоритм для автоматизации
процесса выявления причин отклонений фактических и расчетных давлений на нефте
проводе.
2. Разработан стандарт организации СТО-23.080.00.00-СМН-014-11 «Методика
пересчета паспортных характеристик центробежных насосных агрегатов с воды на
нефть с учетом неньютоновских свойств».
3. Усовершенствована методика определения реологических характеристик высо-
копарафинистых нефтей с учетом их неньютоновских свойств, чем обеспечено повы
шение точности расчета потерь напора на трение (погрешность не более 7% по срав
нению с 15 % по существующей методике) путем изменения критерия достижения
равновесного напряжения сдвига при построении кривой течения нефти. Методика
включена в методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Исследо
вание реологических свойств нефти и транспорт аномальных нефтей» для магистров
нефтегазовых специальностей УГТУ.
4. Разработан стандарт организации СТО-75.180.00-СМН-015-11 «Методика минимизации почасовых отклонений электропотребления при транспорте нефти», по результатам внедрения которого в ОАО «СМН» получен годовой экономический эффект – 4,8 млн. руб.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 7-ом и 8-ом конгрессах нефтепромышленников России «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» (г. Уфа, 2007, 2009г. ), 10-й и 11-й научно-технической конференции молодежи ОАО «Северные МН» (г. Ухта, 2009, 2010 г.), региональной научно-технической конференции «Проблемы разработки и эксплуатации месторождений высоковязких нефтей и битумов» ( г. Ухта, 2008, 2009,2010 г), региональном семинаре «Состояние и перспективы разработки высоковязких нефтей и битумов» (г. Ухта, 2007 г.), международной молодежной научной конференции «Севергеоэкотех» (г. Ухта, 2009, 2010 г.)
Публикации: по теме диссертации опубликовано 14 работ, из них 2 в ведущих рецензируемых изданиях, включенных в перечень ВАК РФ.
Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, содержит 125 страниц текста, 43 рисунка, 17 таблиц и список литературы из 118 наименований.
Сбор исходных данных для проведения расчетов параметров технологических режимов перекачки нефти
Теоретической и методологической основой работы по созданию программного комплекса «NIPAL» послужили результаты теоретических и прикладных исследований в области теории систем матричного исчисления, информатизации в области управления, автоматизированных систем, прикладного использования аппарата нечетких множеств для решения задач многокритериального выбора. Основной методологический подход -системный; при разработке требований к автоматизированной информационной системе поддержки принятия решений структура информационной базы получена с помощью CASE-средств, инструментов изучения и описания бизнес-деятельности и бизнес-процессов предприятия. В реализации систем интеллектуализированного управления большая роль отводится новым информационным технологиям, в том числе нечеткой логике, как одного из наиболее совершенных методов обработки информации. Эти методы органично вписываются в программное обеспечение при разработке автоматизированных информационных систем совместно со стандартными математическими методами. Опыт применения указанных технологий накоплен во многих странах Западной Европы, США, Японии, Китае, России и др. [8-13].
В настоящее время наиболее широкое распространение получили методы обработки нечеткой информации. Как правило, эти методы используются совместно со стандартными математическими методами, моделями.
Одной из целей диссертационной работы является создание методик, позволяющих решать производственные задачи предприятия в части формирования оптимальных плановых режимов работы магистральных нефтепроводов.
Методики созданы на основе анализа работ, проведенных ведущими институтами страны - РГУНГ им. И.М.Губкина, (Юфин В.А., Марон В.И., Харин В.Н. и др.); УГНТУ (Новоселов В.В., Тугунов П.И., Гаррис Н.А., и др.); ИПТЭР (Губин В.Е., Скрипников Ю.В., Тонкошкуров Б.А. и др.); Гипротрубопровод (Беккер Л.М.). Отдельно следует выделить работы Мирзаджанзаде А.Х. и его учеников, в которых особое внимание уделено вопросам нестационарного движения вязкопластичных жидкостей.
Для проведения расчетов параметров технологических режимов была разработана математическая модель неизотермического МН, транспортирующего реологически сложные нефти. Математическая модель МН должна учитывать взаимосвязи свойств и характеристик следующих объектов: нефтепровода (линейных участков МН), НА, установленных на НПС, перекачиваемой среды (физико-химических и реологических свойств нефти). Структура взаимосвязи объектов МН при расчетах параметров технологических режимов работы приведена на рис. 1.3.
Исходные данные для расчета параметров технологических режимов работы МН хранятся в базе данных, их можно разделить на 4 основных блока. Блок 1. Физические и реологические свойства транспортируемых по трубопроводу нефтей.
База данных по реологическим свойствам нефти заполняется по результатам проведенного в соответствии с разделами «Методики определения реологических свойств нефти и выбора модели», либо в виде таблиц зависимостей значений вязкости, предельного напряжения сдвига; либо в виде таблиц зависимостей напряжения сдвига от скорости сдвига (при использовании вискозиметров с ручной фиксацией результатов). Кроме того, используются данные о плотности нефти, коэффициенте объемного расширения, температуре застывания, теплоемкости нефти при постоянном давлении и др.
Блок 2. Технические характеристики нефтепровода. База данных по техническим характеристикам нефтепровода состоит из профиля трассы, раскладки труб, способа прокладки трубопровода, расстановки НПС и пунктов подогрева нефти, мест подкачки/откачки нефти на трубопроводе и их объема во времени, данных о наличие лупингов на трассе нефтепровода.
База данных по теплофизическим характеристикам окружающей среды состоит из коэффициентов теплопроводности грунта и среднемесячных температур на глубине заложения оси трубы на каждом участке нефтепровода (при наличии датчиков температур на глубине оси Формирование оптимальных плановых режимов работы Структура взаимосвязи объектов МН при расчетах параметров технологических режимов (примечание -условные связи (стрелки) между объектами показывают «направление потоков» потоков информации). трубопровода, последние данные могут корректироваться ручным вводом). При наличии на нефтепроводе участков с наземной, надземной и подводной прокладкой в базу данных вводятся данные о температуре воздуха, скорости ветра (наземный и надземный трубопроводы); данные о температуре и скорости воды (подводный трубопровод);
База данных по насосно-силовому оборудованию состоит из справочника по всем применяемым насосно-силовым агрегатам на НПС со следующими техническими характеристиками: диаметр рабочего колеса на входе и на выходе, диаметр втулки рабочего колеса, ширина каналов рабочего колеса на выходе, угол наклона лопатки рабочего колеса на выходе, число лопаток, номинальная подача насоса, номинальный напор насоса, номинальный КПД насоса, число оборотов вала насоса, способ подвода жидкости (односторонний или двухсторонний), Q — H и Q] характеристики (паспортные данные), свойства перекачиваемой нефти (плотность, динамическая вязкость, предельное напряжение сдвига, эффективная вязкость). Для расчета фактических характеристик насосов применяется программный модуль «PUMP», разработанный на основе «Методики идентификации характеристик насосных агрегатов». На основе справочной базы данных заполняется база данных по расстановке насосно-силовых агрегатов по НПС. Здесь же вводится карта (защит) уставок действующего магистрального нефтепровода.
Исследование кривых течения нефтей Тимано-Печорской провинции
Следует отметить, что при обработке исходный данных и подборе модели, небольшие экспериментальные ошибки, незначительные в интервале интерполяции, могут дать значительную погрешность при прогнозировании поведения реологической кривой.
Это связано, в частности, с тем, что достоверные результаты могут быть получены лишь в ограниченной области значений скорости сдвига, поскольку при слишком малых и слишком больших значениях скорости сдвига в неньютоновских средах могут иметь место явления, вносящие погрешности в измерения и искажающие истинную картину течения в рабочем зазоре ротационного прибора [42].
В работе [43] были рассмотрены проблемы обработки экспериментальных данных и инвариантность в определении значения эффективной вязкости. В качестве одной из причины инвариантности реологических параметров в работе рассматривалось свойство тиксотропии. Тиксотропные жидкости — такие жидкости, структура которых при деформации с постоянной скоростью сдвига постепенно разрушается, что приводит к снижению эффективной вязкости со временем.
М.Рейнер дал этому термину такое определение: «Свойство тела, благодаря которому отношение касательного напряжения к скорости деформации временно уменьшается за счет предшествующей деформации».
Тиксотропией обладают структурированные системы с асимметричными частицами. В таких системах энергия взаимодействия коллоидных частиц значительно превышает энергию броуновского движения. Образующиеся слабые структуры, придающие жидкости гелеобразную консистенцию, легко разрушаются при механических воздействиях.
В исследованиях П.В.Жуйко [44] говорится, что нефти почти всех Северных месторождений обладают аномальными свойствами, под которыми понимается либо застывание при положительных температурах высокопарафинистых нефтей, либо высокая вязкость тяжелых нефтей (в пределах нескольких сотен, а иногда и тысяч сантипуаз при стандартных условиях). Кроме того, уточняется, что высокопарафинистые нефти при низких температурах проявляют резко выраженные неньютоновские (вязкопластичные вязкоупругие, тиксотропные) свойства. Известно [45-48], что для тиксотропных систем при измерении кривых течения, т.е. зависимости напряжения сдвига от скорости сдвига, получаются петли гистерезиса (кривые при «прямом» и «обратном» ходе не совпадают), а площадь петли зависит от темпа проводимых измерений. При очень медленном режиме снятия показаний должна получаться равновесная кривая, одинаковая для «прямого» и «обратного хода».
По «прямым» ходом принято считать режим снятия реологических характеристик с постепенным увеличением скорости сдвига, а под «обратным» - с понижением скорости, причем процесс снятия параметров на «прямом» и «обратном» ходе осуществляется последовательно на одной пробе нефти.
В рамках данной диссертационной работы были проведены лабораторные исследования по изучению течения перекачиваемой по МН «Уса-Ухта» и «Ухта-Ярославль» смеси нефтей Тимано-Печорской провинции.
Анализ реологических свойств, проведенный на основании результатов программы реологического мониторинга, показывает, что с момента начала эксплуатации МН «Уса-Ухта» и «Ухта-Ярославль» свойства перекачиваемой нефти значительно изменились, т.к. с конца 80-х годов по настоящее время нарастающими объемами ведется добыча высокопарафинистых высокозастывающих нефтей Харьягинского, Кыртаельского, Верхневозейского и Ардалинского месторождений.
Таблица 2.5- Свойства нефтяных смесей, перекачиваемых по МН «Уса-Ухта» и МН «Ухта-Ярославль» в различные периоды его эксплуатации. Параметр "Период эксплуатации 1970-е годы 1980-е годы 1990-егоды 2000-егоды 2010-н.в Плотность при 20 С, кг/м3 833-838 870-875 860-865 860-865 860-865 Вязкость динамическая при 0 С, мПа-с 45-60 120-130 90-105 100-126 180-200 Содержание парафина, % масс. 5-6 2,5-3,5 6-7 6-9 8-Ю Температура начала структурообразования,С 12-15 6-8 14-16 14-18 19-21 Температура застывания,С 4-6 0-2 6-8 7-14 10-15 Химический анализ показывает, что рассматриваемая смесь нефтей в своем составе имеет: - сера 0,68-0,78%; - парафины 6,59-8,12%; - асфальтены 2,05-3,34%; - смолы 7,7-14,5%.
Качественный анализ по определению температуры плавления парафина по методу Жукова показал, что значение температуры колеблется в пределах 53-56С (рис.2.3). "15
В настоящее время проведение реологических исследований нефтей регламентируется «Методикой определения реологических свойств нефти и выбора модели течения» [5]. В соответствии с указанной методикой, для определения реологических параметров всех типов нефтей предпочтительно использовать вискозиметры ротационного типа, с измерительным инструментом «цилиндр-цилиндр», позволяющие в условиях однородной сдвиговой деформации определить напряжение сдвига т в исследуемой системе при различных скоростях касательной деформации У . Показания прибора рекомендуется регистрировать через каждые пять минут. Пример изменения напряжения сдвига от времени деформации при скорости сдвига у— 81с" получен на ротационном вискозиметре «Реотест 2.0» (рис. 2.4.). Рисунок 2.4. - Изменение касательного напряжения сдвига от времени деформации, полученное на ротационном вискозиметре при исследовании высокозастывающей смеси нефтей при у= 81с" Изі графика видно, что при заданной скорости сдвига, в интервале температур 0-20 С, касательное напряжение сдвига нелинейно снижается с течением времени деформации до некоторого равновесного значения, соответствующего стационарному течению разрушенной структуры. Аналогичные исследования были выполнены и при скорости сдвига 9 с"1. Они качественно совпадают с полученными при у= 81 с" , но лежат для каждой выбранной температуры эксперимента ниже.
Пересчет напорных характеристик и подачи магистральных центробежных насосов с воды на вязкую жидкость
Для пересчета характеристик напора и КПД с воды на вязкую жидкость широкое распространение в нефтяной промышленности получил достаточно простой способ М.Д. Айзенштейна [53].
В основу этого расчета положены графические зависимости Для пересчета характеристик напора, подачи и КПД с воды на вязкую жидкость широкое распространение получил способ, предложенный М.Д.Айзенштейном [53]: „= r = /i(RO (3.2) KQ= = f2(ReA) (З.з) „= — = M eA) (3.4) где: Нв, QB ,TB, HV, QV, nv - соответственно напор, подача и КПД насоса для воды и нефти; Кн , KQ , Кг - соответствующие коэффициенты пересчета напора, подачи и КПД насоса с воды на вязкую нефть. По методике Айзенштейна число ReA представляется в виде: Re,= vD (3.5) где: Q0 - оптимальная подача на воде, (м /с); D3m - з квившіентньїйтщаметр, (м), равный: А = 2 D2b2Z (3.6) где: b2 - ширина колеса на выходе; X - коэффициент стеснения потока лопатками колеса, % = 0,95..0,97. На насосы с коэффициентом быстроходности больше ns 130 метод распространять неправомерно.
Коэффициенты снижения напора (Кн), подачи (K)Q и КПД (Кп) принимаются неизменными в рабочей зоне подач ( 0,8Q0 Qo l,2Q0), где Qo -оптимальная подача). Они принимаются едиными для всех конструкций насосов в диапазоне коэффициентов быстроходности ns = 50... 130.
Числовые значения поправочных коэффициентов определяются конструкцией насоса, режимом нагрузки его и вязкостью жидкости; они даются в специальных справочниках в табличной форме. Удобно находить значения поправочных коэффициентов при помощи специальных номограмм, например, в [54].
Понятие коэффициента быстроходности было введено для сравнения рабочих характеристик насосов различных моделей. Коэффициент быстроходности ns представляет собой число оборотов рабочего колеса модели, которое геометрически подобно колесу рассматриваемого насоса и подает расход Q=0,075M3/C при напоре Н=1м. [55-56]. Коэффициент быстроходности определяется по общепринятой формуле: где: Q0, Но - соответственно подача, (м /с) и напор, (м) насоса на оптимальном режиме, полученные из паспортной характеристики насоса. В формуле (3.7) обороты принято подставлять в об/мин, а Но относится к одной ступени. Для колес двустороннего входа подача в формуле (3.7) принимается Qo/2.
Анализ результатов исследований, проведенных ВНИСПТнефть, позволяет получить следующие основные качественные выводы: 1. Напор в оптимальном режиме по мере роста вязкости перекачиваемой жидкости снижается медленнее, чем КПД. Это следует из рис. 3.1 а, б и работы [55]. 2. С повышением вязкости развиваемый напор падает, характеристика Q-Н становится круче. 3. Во всех исследованиях отмечается отсутствие влияния вязкости жидкости на напор насоса при нулевой подаче. Эта закономерность подтверждается многими авторами. Объяснение этого явления связано с соотношением линейных и местных потерь в закрытом насосе. В этом случае преобладают местные потери, которые меньше подвержены воздействию изменяющейся вязкости. Как видно из рисунка, при работе центробежных насосов на вязких жидкостях форма напорной характеристики изменяется.
Ориентировочные значения поправочных коэффициентов при пересчете на жидкости с вязкостью от 70 до 260 мПа-с для центробежных насосов с ns =100 лежат в пределах: Re Re Влияние неньютоновских свойств жидкости на характеристику центробежных насосов-более-сложное и изучено слабо. Известно, что часть напора, передаваемого колесом жидкости, тратится на гидравлические потери (потери на трение по длине проточной части, потери местные (ударные), потери диффузорные вследствие отрыва пограничного слоя в выходной части колеса. Как показали исследования, ударные (вихревые) потери, особенно проявляющиеся на режиме нулевой подачи, мало зависят от изменения вязкости перекачиваемой жидкости. На режимах, когда автомодельность (коэффициенты подобия) нарушается, начинает проявляться влияние вязкости. Однако в практических условиях перекачки нефтей вязкости их даже зимой редко поднимаются выше 10" м/с (ЮОсСт), а режимы течения в проточной часлгнасосов остаются автомодельными.
В практике магистрального транспорта случаи перекачки центробежными насосами нефтей и нефтепродуктов с явно выраженными неньютоновскими свойствами встречаются редко. Поскольку насос сильно турбулизирует поток, можно предположить, что это вызывает существенное разрушение структуры и приближение свойств нефти к ньютоновским.
Поскольку на данный момент рекомендации по пересчету паспортных характеристик центробежных насосов с воды на неньютоновскую жидкость не выработаны, работа в данном направлении представляется актуальной, а для условий транспортировки нефти по МН «Уса-Ухта» и «Ухта-Ярославль» -данный вопрос имеет огромную практическую значимость.
Кратко опишем процесс испытания и снятия характеристик насосов на стендах в заводских условиях.
Регулируя степень открытия задвижки на выходе из напорного трубопровода и сохраняя число оборотов, получают различные производительности и соответствующие им напоры. Полученные -данные-наносят в масштабе на график, откладывая по оси абсцисс производительности, а по оси ординат напоры. Полученные точки соединяются плавной кривой, получая характеристику Q-H. Регистрируемая потребляемая НА мощность, необходима для построения характеристики Q-N, а также для определения к.п.д. насоса.
В [57] отмечается, что при закрытой задвижке (Q—0) насос создает напор Н0 и расходует около 30% нормальной мощности, которая тратится на механические потери в подшипниках, сальниках и на нагревание жидкости в корпусе насоса.
Анализ причин, вызывающих отклонения фактических параметров работы МН от плановых
В соответствии с требованиями п.3.13. регламента разработки технологических карт, расчета режимов работы МН [66] служба главного технолога (СГТ) ДАО МН обеспечивает постоянный контроль за соответствием расчетных и фактических параметров установившихся технологических режимов работы нефтепроводов. В случае выявления отклонения фактического давления от расчётного должны быть установлены причины отклонений.
Установившимся режимом работы МН называется режим работы нефтепровода, при котором обеспечена заданная производительность, отсутствуют изменения (колебания) давления в течение 10 минут после завершения всех необходимых технологических переключений: пусков (остановок) насосных агрегатов, переходов с одного резервуара на другой, подключения (отключения) лупингов и изменение объемов откачек (подкачек).
Кроме того, согласно требований п. 5.1 регламента по технологическому управлению и контролю за работой МН [67] установлен нормативный срок -10 минут, отводимый на сбор информации и проведение анализа, с целью выявления причин таких отклонений. Рассмотрим существующие системы, применяемые для контроля работы МН: 1) Система диспетчерского контроля и управления (СДКУ) (RealFlex и GraphWorX); 2) Система отображения изменения параметров (Infinity Trends); 3) Система «Гидроуклон». Преимуществами указанных систем является: - высокий уровень автоматизации; - большое количество контролируемых параметров (более 1600 ); - возможность просмотра предыстории сигналов; - отсутствие оценки состояния работы оборудования и МН (системы информируют, но не анализируют);
В результате при возникновении отклонения контролируемого параметра (одного или нескольких) оперативный персонал, не имея утвержденной последовательности проведения контроля, проводит анализ, основываясь на личном производственном опыте.
Таким образом, анализ существующей организации контроля параметров технологического режима показал, что на данный момент процесс выявления причин отклонений фактических и расчетных давлений в трубопроводе не автоматизирован, что создает весьма большую вероятность принятия субъективного решения.
Для разработки алгоритма, позволившего формализовать порядок проведения контроля была произведена классификация причин отколонений давления установившегося режима.
Отклонение фактического давления от расчётного на входе НПС - (АРвх НПС) определяется по формуле: вх M-llv-. — [,"вх.фак "- вх.рас-] \Г і) где: Рвх.фак- - фактическое давление на входе НПС на установившемся режиме; Рвхрас. - расчетное давление на входе НПС на режиме (согласно карты режимов). Отклонения (АРВХНПС, ДРВых НПС) зависят от следующих параметров: (ДРВХ НПС, АРВЬ1Х НПС)= F(AC,АУ,АН) (4.2) где: АС - изменение состояния работы оборудования; ДУ - изменение условий работы технологического участка МН; АН - изменение свойств перекачиваемой нефти. В свою очередь указанные изменения (АС,АУ,АН) зависят от изменений следующих параметров: температуры нефти - AtH, уровня нефти в резервуарах Ah, вязкости нефти- Av, величины путевых отборов и подкачек (размер - AQ и температуру - At подк), изменения AD3(j, нефтепровода вследствие процесса запарафинивания и процесса очистки внутренней полости трубопровода.
Анализ возможных причин указанных отклонений показал, что все причины можно разделить на 3 группы: изменения в работе оборудования -(АС), изменения условий работы технологического участка МН-(АУ), изменения свойств перекачиваемой нефти - (АН). Каждая группа, в свою очередь, может быть разбита на подгруппы, а подгруппы содержат конкретные причины отклонений. Таким образом, было выделено 3 группы, состоящие из 12 подгрупп, включающих 38 конкретных причин (рис.4.1).
Каждую причину отклонений можно описать тремя основными характеристиками: место возникновения источника изменения («возмущения»), характеристика изменения давления во времени при отклонении, величина амплитуды изменения давления.
Первая характеристика - это место возникновения источника изменения («возмущения»). Территориально источник может находится или на линейной части нефтепровода, или в границах НПС. Несмотря на то, что протяженность границ НПС составляет менее 1% от протяженности нефтепровода, место возникновения большинства отклонений 71% (29 из 38 причин) находится на НПС.
Вторая характеристика- -„характериетика изменения давления во времени при отклонении. Она может иметь «скачкообразный» характер или «плавный». Например, в группе - «Изменения в работе оборудования» 12 причин и по каждой из них происходит «скачкообразное» изменение давления. И наоборот, в группе — «Изменения свойств перекачиваемой нефти» характер изменения давления для всех 10 причин «плавный», и это объясняется медленным «плавным» процессом замещения нефти по длине нефтепровода с одними свойствами на нефть с другими свойствами. В группе — «Изменения условий
