Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Краткий обзор литературы по теме исследования
1.1 Результаты экспериментального изучения влияния противотурбулентных присадок на гидравлическое сопротивление трубопроводов
1.2 Методы прогнозирования коэффициента гидравлического сопротивления при турбулентном течении жидкостей с малыми добавками полимеров
1.3 Рекомендации по выбору концентрации противотурбулентной присадки при решении задач трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов
1.4. Постановка задач исследований 3 6
ГЛАВА 2. Обоснование модели коэффициента гидравлического сопротивления при турбулентном течении нефти и нефтепродуктов с 3g противотурбулентными присадками
2.1 Экспериментальное исследование гидравлических сопротивлений при течении иракских нефтей с малыми добавками полиизобутилена 38
2.1.1 Описание экспериментальной установки 3 8
2.1.2 Сведения о нефтях, использованных в эксперименте 39
2.1.3 Методика проведения экспериментов 43
2.1.1. Результаты экспериментов и их обработка 43
2.2 Методические основы расчета коэффициента гидравлического
сопротивления при турбулентном течении нефтей и нефтепродуктов с 49
противотурбулентными присадками
2.3 Сравнительный анализ эффективности применения
противотурбулентных присадок различного типа 54
2.4 Выводы по разделу 2 61
ГЛАВА 3. Определение концентрации противотурбулентнои присадки при решении задач улучшения параметров работы действующих нефтепроводов
3.1 Увеличение производительности нефтепроводов 62
3.1.1 Применение ПТП с одновременным удвоением числа НПС 62
3.1.2 Применение ПТП совместно с прокладкой лупинга 72
3.2 Уменьшение энергозатрат на перекачку нефти 75
3.3 Уменьшение рабочего давления в ослабленном сечении 81
нефтепровода
3.4 Выводы по разделу 3 86
ГЛАВА 4. Выбор оптимальной концентрации противотурбулентнои присадки при решении задач трубопроводного транспорта нефти
4.1 Увеличение производительности нефтепроводов 87
4.2 Уменьшение энергозатрат на перекачку нефти 97
4.3 Увеличение производительности лимитирующего участка нефтепровода с ослабленным сечением 100
4.4 Выводы по разделу 4 107
Выводы и рекомендации 108
Список использованной литературы
- Методы прогнозирования коэффициента гидравлического сопротивления при турбулентном течении жидкостей с малыми добавками полимеров
- о нефтях, использованных в эксперименте
- Применение ПТП совместно с прокладкой лупинга
- Уменьшение энергозатрат на перекачку нефти
Введение к работе
Актуальность проблемы. Сеть магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов России имеет протяжённость более 80 тысяч километров. «Возраст» значительной её части превышает 20 лет, и низкий уровень аварийности обеспечивается, в частности, снижением рабочих давлений по результатам диагностики. Это приводит к снижению пропускной способности магистралей, хотя рост добычи нефти требует обратного. Следует также отметить, что при транспортировке нефти и нефтепродуктов по трубопроводам значительную долю эксплуатационных затрат составляет плата за потребляемую электроэнергию. В этой связи улучшение параметров работы нефте- и нефтепродуктопроводов, а именно-уменьшение рабочих давлений, увеличение производительности, снижение энергозатрат на перекачку является актуальной задачей. Аналогичные-проблемы имеют место в нефтепроводном транспорте Ирака.
В настоящее время в мире накоплен значительный опыт применения противотурбулентных присадок (ПТП). Их используют для увеличения производительности действующих трубопроводов и для уменьшения количества перекачивающих станций (НПС). Попутно достигаемым эффектом является уменьшение давления, развиваемое НПС, и потребляемой им электроэнергии.
К сожалению, научные основы применения ПТП на сегодняшний день разработаны недостаточно.
Целью работы является повышение эффективности эксплуатации нефтепроводов на основе применения противотурбулентных присадок.
Основные задачи исследования:
1 Экспериментальное изучение малых (миллионные доли) добавок растворов полимеров на коэффициент гидравлического сопротивления при турбулентном течении в трубах нефти Ирака.
''' 5'; ..
2 Обоснование модели: для. расчета коэффициента гидравлического . сопротивления: при> турбулентном течении; нефти и нефтепродуктов с противотурбулентными присадками.
Оценка области, эффективного, применения противотурбулентных присадок при решении задач улучшения; параметров работы магистральных нефте-и нефтепродуктопроводов.. '.".."'"..'
Выдача рекомендаций; по? выбору оптимальной концентрации противотурбулентных присадок при решении задач трубопроводного, транспорта нефти и1 нефтепродуктов. ..
На защиту выносятся
Результаты экспериментальных, и теоретических исследований по-применению:, противотурбуленых присадок для улучшения' параметров работы нефтепроводов:
Методы решения поставленных задач::
1: Экспериментальное изучение ,.' влияния:; концентрации
полиизобутилена^ на величину коэффициента гидравлического сопротивления при течении иракских нёфтей..
2 Аналитическое решение задач по выбору концентрации противотурбулентной присадки для . увеличения производительности нефтепроводов, уменыпенияэнергозатрат на перекачку, уменьшения давления в заданной^ точке нефтепровода в заданное число раз, а также по определению оптимальной концентрации ПТП.
Научная новизна результатов, полученных в диссертации
1 Показано, что для < прогнозирования коэффициента гидравлического сопротивления при- течении нефтей и нефтепродуктов с противотурбулентными присадками достаточно экспериментально установить эмпирическую связь между числом: Деборы, с одной^стороны, а; также концентрацийИТП и числом Рёйнольдса, с другой.
2 Установлено, что если вводить противотурбулентную присадку только на одном перегоне между нефтеперекачивающими станциями, то её концентрация, обеспечивающая улучшение параметров работы трубопровода в заданное число раз, прямо пропорциональна числу НПС.
Практическая ценность результатов работы
Разработанные соискателем рекомендации по определению оптимальной концентрации противотурбулентной присадки позволяют обеспечить увеличение производительности нефтепроводов, уменьшение энергозатрат на перекачку и рабочего давления с достижением максимальной величины чистого дисконтированного дохода (ЧДД).
Результаты исследований автора используются при обучении студентов специальности 130501 "Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ" по дисциплине "Ресурсосберегающие технологии при транспортировке и хранении нефти и газа".
Апробация работы
Основные положения работы докладывались на следующих конференциях:
Международной учебно-научно-практической конференции "Трубопроводный транспорт - 2006" (Уфа, УГНТУ, 2006);
V международной научно-технической конференции "Надежность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта (Новополоцк, 2006);
VI международной научно-технической конференции "Надежность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта" (Новополоцк, УО Полоцкий государственный университет, 2007) ;
7 XII международной научно-технической конференции "Строительство. Коммунальное хозяйство. Насосы. Трубопроводы-2008" (Уфа, УГНТУ, 2008);
- XVI международной специализированной выставке "Газ. Нефть. Технологии-2008" ( Уфа, 2008);
Международной учебно-научно-практической конференции
"Промышленная безопасность на взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектах" (Уфа, УГНТУ, 2008). Публикации По материалам диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 1 статья по списку ВАК, 7 статей и 8 тезисов докладов на научно-технических конференциях.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций; содержит 129 страниц машинописного текста, в том числе 15 таблиц, 13 рисунков, библиографический список использованной литературы из 106 наименований и одного приложения.
Краткое содержание работы
Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и основные задачи исследования.
В первом разделе диссертации приведен обзор литературы по теме исследований, отражающий состояние накопленного опыта исследований противотурбулентных присадок.
Явление гашения турбулентности в результате введения в поток малых добавок растворов высокомолекулярных веществ (полимеров) было открыто английским химиком Б. А. Томсом в 1946 г.
Далее вопрос уменьшения коэффициента гидравлического сопротивления Я, путем введения в поток полимеров исследовался многими учеными.
8 Наибольший вклад в исследование присадок внесли специалисты ВТИ им. Дзержинского, МИНХ и ГП им. И. М. Губкина, а также ученые ВНИИГаза.
Первые в России исследования по уменьшению коэффициента
гидравлического сопротивления трубопроводов путем применения растворов
полимеров были выполнены в 1964 г. на кафедре гидравлики МИНХ и ГП
им. И. М. Губкина. В ходе экспериментов было обнаружено, что при
введении в воду раствора карбоксиметицеллюлозы (КМЦ) уменьшение
1 коэффициента гидравлического сопротивления составляет 15....20 % .
Как показали экспериментальные исследования, проведенные в ВНИИГаза, пропускную способность нефтепроводов можно увеличить путем добавки в перекачиваемую жидкость незначительного количества (десятые доли процента) высокомолекулярных соединений.
Для расчета коэффициента гидравлического трения при течении воды с полимерными добавками (полиокса, полиакриламида, гуаровой смолы) было
предложено несколько формул: формула Войтинской Ю. А., формула
і і
Иванюты Ю. Ф. и Чекаловой Л. А., а также ряд эмпирических и аналитических зависимостей на основе универсального закона сопротивления, формулы А.Д. Альтшуля, модели Прандтля или формулы Никурадзе для гидравлического сопротивления трубопровода. Данные формулы либо являются трансцендентными, либо справедливы только для развитого турбулентного режима, либо теряют физический смысл в зоне гидравлически гладких труб, где относительная шероховатость труб не влияет на величину гидравлического сопротивления.
В третьем пункте раздела приводится анализ имеющихся в литературе рекомендаций по выбору концентрации противотурбулентных присадок при решении задач трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. В подавляющем большинстве работ ее находят, рассматривая изменения только потерь напора на трение. Между тем, в трубопроводном транспорте единственно верной методической основой решения подобных задач является уравнение баланса напоров.
Второй раздел посвящен исследованию влияния малых добавок полимеров на величину коэффициента гидравлического сопротивления при течении нефтей и нефтепродуктов.
На экспериментальной установке изучена зависимость Я от числа Re и концентрации полиизобутилена для нефтей иракских месторождений Басра и Киркук. Установка представляет собой систему трубопроводов, включающую в себя исследуемые прямолинейные участки обычных стальных труб с условным диаметром d = 25,4 мм. Циркуляция жидкости в установке осуществляется при помощи двух плунжерных насосов. По результатам экспериментальных исследований определялись величины коэффициента гидравлического сопротивления при различных числах Рейнольдса и концентрациях полиизобутилена.
Обработка экспериментальных данных позволила установить, что со среднеквадратической погрешностью 35,4% число Деборы может быт рассчитано как функция концентрации ПТП и числа Рейнольдса.
Кроме собственных данных, автором обработаны результаты экспериментов и других авторов. В результате стало возможным впервые сопоставить эффективность различных типов ПТП. По предварительным данным, в одинаковых условиях наибольшее снижение коэффициента гидравлического сопротивления обеспечивает присадка Necadd-547.
Третий раздел посвящен вопросу определения концентрации противотурбулентной присадки при решении задач улучшения параметров работы нефтепроводов, а именно: наращивания их производительности, уменьшения энергозатрат на перекачку и уменьшения рабочего давления в ослабленных сечениях трубопровода.
Используя уравнение баланса напоров в случаях перекачки нефти с ПТП и без нее, автором получены расчетные выражения для определения необходимого уменьшения коэффициента гидравлического сопротивления в зависимости либо от заданного коэффициента увеличения производительности, либо от требуемого уменьшения энергозатрат на
10 перекачку или снижения давления в линейной части нефтепроводов. По требуемой величине коэффициента гидравлического сопротивления при перекачке нефти с ПТП находится число Деборы, а затем и требуемая концентрация ПТП.
Четвертый раздел посвящен разработке рекомендаций по выбору
оптимальной концентрации противотурбулентной присадки,
обеспечивающей увеличение производительности нефтепроводов, уменьшение энергозатрат на перекачку либо уменьшение давления в линейной части трубопроводов. В качестве критерия оптимизации используется максимальная величина чистого дисконтированного дохода.
Методы прогнозирования коэффициента гидравлического сопротивления при турбулентном течении жидкостей с малыми добавками полимеров
Первое сообщение о снижении гидродинамического сопротивления течению жидкостей в трубопроводах при применении высокомолекулярных полимеров принадлежит Б. А. Томсу [1], который установил, что при турбулентном течении разбавленного (0,25%) раствора полиметилметакрилата в хлорбензоле коэффициент гидравлического сопротивления снижается на 50%.
Однако, ещё в период Второй Мировой войны, Майзельс установил, что при турбулентном течении бензина, загущенного алюминиевыми мылами, потери давления на единице длины трубы меньше, чем в случае течения чистого бензина [2].
В дальнейшем было открыто много других систем, обладающих свойством снижать гидравлическое сопротивление: растворы полиэтиленоксида в воде, полиакриламида, гуаровой смолы в воде, полиметилакрилата в ацетоне, полиизобутилена в циклогексане, бензоле и нефти, растворы натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы в воде, льняной муки в морской воде, полистиролсульфонатанатрия в воде, у-полисахаридов в воде, дезоксирибонуклеиновой кислоты в воде и других полимерных добавок [2-7] в пожарном деле, нефтедобыче, отопительных системах, промышленном водоснабжении и канализации [8-11].
В работе [12] авторами рассмотрены исторические аспекты применения и совершенствования химических реагентов, снижающих гидравлическое сопротивление при транспорте нефти и нефтепродуктов по магистральным нефтепроводам. Впервые в России исследования по уменьшению коэффициента гидравлического сопротивления А, трубопроводов с помощью малых добавок полимеров были выполнены на кафедре подземной гидромеханики МИНХ и ГП им. И.М.Губкина в 1964 г. Было установлено, что при введении в воду раствора карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) величина X уменьшалась на 15...20% [13].
В работе [14] приведены результаты экспериментальных исследований специалистов СредазНИИГаза по снижению гидравлических сопротивлений в потоке летнего дизельного топлива и газового конденсата Мубарекского месторождения с помощью малых (доли процента) добавок полиизобутилена (ПИБ). Эксперименты проводились на установке, состоящей из системы трубопроводов диаметром 10 и 15 мм, перекачивающего агрегата, расходного и приёмного резервуаров, а также контрольных приборов высокого класса точности.
Установлено, что при введении полиизобутилена в поток уменьшаются гидравлическое сопротивление и удельные затраты мощности на перекачку. Отмечено, что при увеличении скорости потока жидкости в трубопроводе эффективность действия добавок повышается. Так, в трубе диаметром 10 мм при скорости движения газоконденсата с добавкой ПИБ 5 м/с удельные потери напора были меньше на 37 % по сравнению с аналогичной величиной при перекачке без ПИБ. При скорости движения 3 м/с эффект снижения X составляет 25 %. В то же время на трубе диаметром 15 мм при той же скорости потока эффект ниже - 17 %.
Авторы работы [15] исследовали влияние малых добавок полиизобутилена П-200 на потери напора при течении керосина в калиброванной медной трубке диаметром 10,95мм. В ходе экспериментов удалось охватить диапазон чисел Рейнольдса от 800 до 42000. Установлено, что в отсутствие добавок ПИБ экспериментальные величины X с малым разбросом ложатся вокруг линии, описываемой формулой Блазиуса, а при наличии добавки полиизобутилена в количестве 0=0,05 % экспериментальные точки группируются вокруг линии, проходящей ниже ранее полученной. Эффект снижения гидравлического сопротивления авторы [15] оценивают с помощью выражения = V4L.I00%, (1.1) где XQ, Хи - коэффициент гидравлического сопротивления соответственно при отсутствии и наличии добавки раствора полимера (Re = const).
Отмечается, что при Re = 42000 величина у/ составила около 18%. Однако при прохождении керосина с добавкой ПИБ через центробежный насос ЗКМ-6 (2 раза в минуту) величина X довольно быстро падает (через 19 минут до 2,4 %), что , как считают авторы [15], связано с деградацией раствора ПИБ. Делается предположение, что в магистральных нефтепродуктопроводах процессы деградации будут проходить менее интенсивно.
На основании проделанных экспериментов авторы [15] пришли к выводу, что достигаемый эффект уменьшения гидравлического сопротивления пропорционален не только числу Рейнольдса, но и молярной массе ПИБ. Поэтому они рекомендуют использовать полимеры с М 2 106 кг/кмоль.
В поисках более дешёвых и доступных нефтерастворимых полимеров для снижения гидравлических сопротивлений в начале 70-х годов XX в. исследователи обратили внимание на смолы и асфальтены - продукты, содержащиеся в остатках крекинг-процесса или прямой перегонки нефти и отличающиеся относительно высокой молярной массой (до 104).
о нефтях, использованных в эксперименте
Предложения по расчету концентрации ПТП изложены в работах [73, 76]. Их авторы рассматривают задачу увеличения производительности нефтепродуктопровода при перекачке дизельного топлива на заданную величину. Для определения величины 0 они предлагают следующий алгоритм:
В предположении неизменности движущего перепада давления найти величину Яп, соответствующую новому расходу Q0 + AQ Лі -Л ( (1.22) Рассчитать величину А(9) по формуле, вытекающей из (1.9) А(Є)= еХр1±& . (..23) Re- д/Яп 0,88 3 Воспользоваться таблицами, связывающими величины А(0) и 9 для заданной марки ПТП.
В работе [83] предложено аппроксимировать зависимость А(0) от 0 функцией вида А{в) = ах-ваг (1.24) где аь аг — числовые коэффициенты, величина которых зависит от типа применяемой ПТП: для CDR-102 а =1,48; а 2 =1,29. Впоследствии этот приём был использован и в работах [84, 49].
Недостатком рекомендаций [73, 76] является то, что в решении отсутствуют такие характерные признаки магистрального трубопровода, как число перекачивающих станций, характеристики применяемых насосов и остаточный напор. То есть в рассматриваемой постановке решаемая задача не имеет практической ценности.
В работе [85] утверждается, что расход Qn в потоке с полимерными присадками равен Qn=Q0-(l + Cpr)0-125, (1.25) где Q0 - расход до применения ПТП. Хотя дальнейших рассуждений авторы [85] не приводят, но с учетом (1.16) данную формулу несложно решить относительно необходимой концентрации ПТП, что дает
К сожалению, полученное решение не является точным, поскольку в основе (1-25) лежит неверное допущение о том, что в магистральном трубопроводе гидравлические потери сохраняются неизменными, т. е. лп Qu -К Ql (1.27) Между тем, в работе [80] сообщается, что по промышленным экспериментальным данным при перекачке дизельного топлива K-Qu =о957. K-QI
Впервые задача о выборе концентрации ПТП применительно к магистральному трубопроводу решена в [83]: здесь находится требуемая величина коэффициента гидравлического сопротивления А-п на участке длиной 1п, где дозируется ПТП, исходя из необходимости обеспечения плановой производительности перекачки числом НПС меньшим, чем расчетное. Далее концентрация противотурбулентной присадки вычисляется по формуле (1.24). В работе И. И. Ерошкиной [29] получена формула для расчета коэффициента увеличения производительности % магистрального нефтепродуктопровода после введения в поток ПТП 84 хВ 7t2-g-D \ 8-V .= iz2-g-D5 =-o-r-F— а-28) где В - коэффициент в напорной характеристике НПС, имеющей вид Яст =A-B-Q2. Во-первых, в данной формуле допущена ошибка: коэффициент В в ней для п перекачивающих станций должен быть заменен на произведение n B, а во-вторых, рекомендаций по нахождению 0 автор [29] не дает. Между тем, из формулы (1.28) после замены В на п В легко найти требуемую величину коэффициента гидравлического сопротивления hi = h- 2 8 D5 п-В-(1-Х-2), (1.29) о L по которой и следует находить 0.
Формула (1.29) справедлива только в случае равенства подпора и остаточного напора, что не всегда имеет место. Кроме того, автором [29] предполагается, что дозирование ПТП осуществляется на каждом перегоне между НПС, что может быть неприемлемо по экономическим соображениям.
В работе [86] рассматривается алгоритм решения задачи определения множества концентраций ПТП на перегонах между НПС, обеспечивающих достижение заданной производительности нефтепродуктопровода при минимальном суммарном расходе присадки. Данную задачу предлагается решать методом простого перебора вариантов, что возможно только с использованием ЭВМ.
Применение ПТП совместно с прокладкой лупинга
Вернёмся к оценке необходимых величин с,при применении ПТП. В общем случае они зависят не только от W, хл и хп, зоны трения турбулентного режима, но также и от количества нефтеперекачивающих станций. Однако учитывая, что наибольший эффект увеличения производительности достигается на трубопроводах с одной перекачивающей станцией, оценку величин y/Q при W 0 выполним для случая, когда п=1 (таблица 3.7).
а) применять противотурбулентную присадку следует только тогда, когда с помощью лупинга добиться заданного увеличения производительности не удается;
б) чем круче суммарная характеристика основных насосов, тем при прочих условиях величина у/0 (а значит, и концентрация ПТП) должна быть больше.
Роль зоны трения турбулентного режима при этом сказывается только на численных значениях требуемого уменьшения коэффициента гидравлического сопротивления, но не на границах области возможного применения ПТП.
Решение задачи уменьшения энергопотребления за счет применения противотурбулентных присадок решается, как правило, при сохранении прежней производительности перекачки [101, 102].
Учитывая жесткое условие, согласно которому рабочая точка системы обязательно должна лежать на пересечении суммарной характеристики всех работающих насосов и нефтепровода, несложно прийти к выводу, что уменьшение энергозатрат на перекачку может быть достигнуто только благодаря отключению части работающих насосов при условии, что характеристика трубопровода будет пересекаться с суммарной характеристикой оставшихся в работе насосов на перпендикуляре, восстановленном из производительности Q0 (рисунок 3.1).
Если принять, что в исходном варианте перекачка велась пн насосами, а после применения ПТП их количество удалось уменьшить до «„,, то очевидно, что энергопотребление сократится в число раз , равное а) благодаря введению противотубулентной присадки в поток нефти, можно отключить от 1 до 2-х основных (в противном случае необходимые величины у/ц заведомо недостижимы, т.к. они превышают 100%); б) экономия электроэнергии, получаемая в результате введения ПТП на . одном из перегонов трубопровода, при прочих равных условиях возрастает по мере увеличения количества отключенных и уменьшения суммарного количества первоначально работавших насосов. Из таблицы 3.8 видно следующее: а) независимо от количества работающих НПС, благодаря введению ПТП в поток, можно отключить не более одного основного насоса (в противном случае мы оказываемся в области заведомо недостаточных величин y/N ); б) во всех случаях с помощью ПТП требуется снизить коэффициент гидравлического сопротивления на 50 %; в) экономия электроэнергии получается в результате введения ПТП на одном из перегонов трубопровода, чем обеспечивается возможность отключения одного основного насоса, экономия уменьшается с ростом количества НПС: при п=Т её величина составит 33,3 %, при п=3 Е»=П,1 %, а при п=5, EN=6.7 %.
Для ещё большего уменьшения энергозатрат на перекачку ПТП необходимо дозировать на большем числе перегонов между НПС.
Пусть в результате проведённой внутритрубной диагностики было установлено, что на перегоне обслуживаемом НПС № с (на расстоянии L, от начала трубопровода) имеется ослабленное сечение, в котором допустимое давление [р] меньше, чем необходимо для ведения перекачки с первоначальным расходом Q0 [103-105].
В соответствии с расчетной схемой, приведенной на рисунке 3.2, максимально возможная величина гидравлического уклона ітах на участке с ослабленным сечением равна + Z,-[Atfc+1]-Zc+1 U = — T-z-j (3-29) где Z,,ZC+X- нивелирная отметка соответственно ослабленного сечения и НПС№с+1, удаленной от начала трубопровода на расстояние /с+/; [Д#с+1] - минимально допустимый подпор НПС№с+1.
По формуле (3.33) можно вычислить, во сколько раз можно увеличить пропускную способность участка с ослабленным сечением при заданной величине уменьшения коэффициента гидравлического сопротивления ц/р. А по формуле (3.34) можно найти требуемое снижение коэффициента гидравлического сопротивления, если задана величина %р.
На первый взгляд, из (3.33) следует, что при ц/р-+\ %р -+о. Однако при отсутствии дополнительных ресурсов нефти величина Qmax не может превышать производительности трубопровода до выявления ослабленного сечения Qo- Ее величину найдем из уравнения баланса напоров с использованием формулы Лейбензона и аппроксимации напорной характеристики і-ой НПС выражением Нсщ = Atl - Ql m Btl:
1 С помощью противотурбулентных присадок возможно решать задачи увеличения производительности нефтепроводов (в сочетании с удвоением числа НПС или применением лупингов), уменьшения энергозатрат на перекачку или устранения последствий от вынужденного снижения давления в ослабленных сечениях трубопровода.
2 Наибольший эффект увеличения производительности нефтепроводов и уменьшения энергозатрат на перекачку при применении ПТП достигается на трубопроводах с одной перекачивающей станцией или при дозировании присадки на каждом перегоне между НПС. Однако возможности улучшения этих параметров ограничены, т.к. коэффициент гидравлического сопротивления не может быть уменьшен до нуля.
3 При решении задачи увеличения производительности комбинированным методом, когда наряду с введением ПТП применяют лупинг или удвоение числа НПС, существует область значений %, когда применять ПТП нет необходимости.
4 Благодаря введению ПТП в турбулентный поток, возможно добиться уменьшения затрат электроэнергии на перекачку на 6,7...50 %: при прочих равных условиях эффект возрастает при увеличении количества отключенных и уменьшении суммарного количества первоначально работавших насосов.
5 При решении задачи сохранения производительности нефтепровода из-за наличия ослабленных сечений ограничением является только воздействие противотурбулентной присадки на коэффициент гидравлического сопротивления.
Уменьшение энергозатрат на перекачку нефти
Финансовый результат от реализации проекта (ЧДД) рассчитываем аналогично п.4.1. Результаты расчетов для различных цен присадки представлены на рисунке 4.3.1. Из него следует , что в случае, когда максимально допустимая величина гидравлического уклона /тах в участке трубопровода с ослабленным сечением составляет 80% от первоначальной, оптимальная концентрация ПТП составляет около 8,5 г/т. Если /тах = 0,7 /0, то 104 вопт =9,5г/т, а при imm = 0,6 z0 вопт =10г/т. То есть чем более ослаблена труба, тем оптимальная концентрация ПТП выше. Данный результат вполне объясним, т.к. чем меньше /шах, тем большим в отсутствие ПТП является ущерб от недопоставки нефти. Это обуславливает экономическую эффективность применения всё больших количеств присадки для увеличения пропускной способности лимитирующего участка нефтепровода.
Представляет интерес ответ на вопрос: целесообразно ли применение ПТП для предотвращения снижения производительности нефтепровода, работающего по системе "из насоса в насос" в случае появления ограничениях по давлению. На рисунке 4.3.2 показана зависимость пропускной способности лимитирующего участка нефтепровода от концентрации ПТП при различных ограничениях на величину давления ( тду. = 0,6 0,8). Видно, что в случае, когда /тах =0,8-/0, первоначальной производительности, равной 10000 м 1ч можно достичь при 6 = \\,5г1т. Если /шах = 0,7 /0, то сохранить производительность нефтепровода возможно, дозируя ПТП в количестве в = 24,4г/т. В случае, когда /тах = 0,6 /0, даже при 0 = ЗОг/т сохранить первоначальную производительность нефтепровода не удается.
Сравнивая результаты расчетов, приведенные на рисунке 4.3.1 и 4.3.2, можно сделать вывод, что оптимальная концентрация присадки всегда меньше, чем та, при которой обеспечивается сохранение прежней производительности нефтепровода.
1 В результате экспериментального изучения влияния добавок полиизобутилена в количестве от 10 до 50 г/т на гидравлическое сопротивление при турбулентном течении нефти месторождений Басра и Киркук установлено, что значимое уменьшение коэффициента гидравлического сопротивления по сравнению с величинами, вычисляемыми по формуле Блазиуса, наблюдается, начиная с числа Рейнольдса около 3500.
2 Показано, что с погрешностью, удовлетворительной при инженерных расчетах, прогнозирование коэффициента гидравлического сопротивления при течении нефтей и нефтепродуктов с противотурбулентными присадками можно осуществлять, используя формулы (2.6),(2.11). По предварительным оценкам наибольшей гидравлической эффективностью среди рассмотренных присадок обладает Necadd-547, сходным действием обладают полиизобутилен и FLO-XL, а наименее гидравлически эффективны добавки гудрона.
3 Введением в поток противотурбулентной присадки возможно решать задачи увеличения производительности нефтепроводов (в том числе в сочетании с удвоением числа НПС или применением лупингов), уменьшения энергозатрат на перекачку или последствий от вынужденного снижения давления в ослабленных сечениях трубопровода.
Показано, что наибольший эффект увеличения производительности нефтепроводов и уменьшения энергозатрат на перекачку при применении ПТП достигается на трубопроводах с одной перекачивающей станции, что равнозначно дозированию присадки на каждом перегоне между НПС. Однако и в этом случае возможности улучшения этих параметров ограничены, т. к. коэффициент гидравлического сопротивления не может быть уменьшен до нуля.
Введением ПТП в турбулентный поток с одновременным отключением части насосов возможно добиться уменьшения затрат электроэнергии на перекачку на 6,7...50 %: при прочих равных условиях эффект возрастает прямо пропорционально доле отключенных насосов.
На участках с ослабленным сечением применением ПТП можно добиться частичного сохранения производительности нефтепровода. Ограничением является только степень воздействия противотурбулентной присадки на коэффициент гидравлического сопротивления.
4 Разработаны рекомендации по выбору оптимальной концентрации противотурбулентной присадки, обеспечивающей увеличение производительности нефтепроводов (в том числе в сочетании с традиционными методами), уменьшение энергозатрат на перекачку и повышение пропускной способности их лимитирующих участков. Показано, что её величина не превышает 15 г/т, что связано с высокой ценой присадки.
