Способ вытеснения продуктов из трубопровода. Вытеснение нефти из трубопровода


Способ вытеснения продуктов из трубопровода

Изобретение относится к технологии вытеснения различных продуктов из трубопровода и может быть использовано в нефтяной, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, например, для вытеснения нефтепродуктов из трубопровода, транспортировки нефти и нефтепродуктов по трубопроводу, очистки внутренней поверхности трубопровода, последовательной перекачки разносортных нефтей или нефтепродуктов. Способ вытеснения продуктов из трубопровода с помощью разделительного гелевого поршня включает подготовку гелевого разделительного поршня, подачу поршня в трубопровод и перемещение его вместе с вытесняемым продуктом по трубопроводу на стадии подготовки гелевого разделительного поршня, в его состав вводят частицы магнитожесткого материала, а перед подачей гелевого разделительного поршня в трубопровод его подвергают воздействию магнитного поля с силой, достаточной для концентрации магнитных частиц по цилиндрической поверхности разделительного поршня и ориентации вектора этих магнитных частиц перпендикулярно оси разделительного поршня и для намагничивания этих частиц до насыщения. Техническим результатом изобретения является повышение надежности и эффективности способа. 1.з.п.ф-лы.

 

Изобретение относится к технологии вытеснения различных продуктов из трубопровода и может быть использовано в нефтяной, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, например, для вытеснения нефтепродуктов из трубопровода, транспортировки нефти и нефтепродуктов по трубопроводу, очистки внутренней поверхности трубопровода, последовательной перекачки разносортных нефтей или нефтепродуктов.

Известен способ последовательной перекачки разносортных нефтепродуктов с разделительной пробкой, включающей в себя углеводороды, входящие в состав обоих перекачиваемых нефтепродуктов, причем в качестве материала разделительной пробки используют продукт перегонки одного из двух перекачиваемых последовательно нефтепродуктов в интервале температур выкипания углеводородов, общем для обоих перекачиваемых нефтепродуктов (см. пат. РФ №2156915, МПК7 F 17 D 1/14, опубл. 27.09.00 г.).

Общими признаками известного и предлагаемого способов является использование при транспорте по трубопроводу нефтепродуктов разделительной пробки, размещенной внутри трубопровода.

Однако известный способ неприменим при последовательной перекачке нефтепродуктов, не имеющих в своем составе углеводороды с интервалом температур выкипания, общим для обоих перекачиваемых нефтепродуктов, например бензина и дизельного топлива. Способ также неприменим в тех случаях, когда главным отличием перекачиваемых нефтепродуктов является не температура начала и конца кипения, а, например, содержание серы или октановое число. Кроме того, при использовании известного способа невозможно определить местоположение разделительной пробки, ее начало и конец. Известный способ не обеспечивает очистку трубопровода, например, от механических загрязнений, парафинистых отложений при транспорте нефти.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ вытеснения нефти из трубопровода с помощью гелевого разделительного поршня, включающий подготовку гелевого разделительного поршня, подачу поршня в трубопровод и перемещение поршня вместе с нефтью по трубопроводу (см. В.Н.Дегтярев и др. "Вытеснение нефти из трубопроводов с использованием гелевого разделительного поршня". - ж. "Нефтяное хозяйство", 2000, №5, с.61-62). Общими признаками предлагаемого и известного способов являются:

- подготовка гелевого разделительного поршня,

- подача разделительного поршня в трубопровод,

- перемещение поршня вместе с вытесняемым материалом по трубопроводу.

Недостатком данного способа является нарушение герметичности пробки при переходе трубы с меньшего диаметра на больший диаметр, невысокая эффективность пробки в части очистки трубопровода от парафинистых отложений при транспорте нефти, механических загрязнений из-за низких адгезионных свойств используемых в качестве разделительной пробки гелей. Наконец невозможно установить местоположение разделительной пробки и проследить за прохождением пробки по трубопроводу.

Техническая задача заключается в создании способа вытеснения продуктов из трубопровода, который обеспечивает высокую надежность и эффективность осуществления способа, а также расширение области применения способа для разных целей и в различных отраслях промышленности.

Поставленная задача достигается тем, что в способе вытеснения продуктов из трубопровода с помощью разделительного гелевого поршня, включающем подготовку разделительного гелевого поршня, подачу поршня в трубопровод и перемещение его вместе с вытесняемыми продуктами по трубопроводу, на стадии подготовки разделительного гелевого поршня в его состав вводят частицы магнитожесткого материала, а перед подачей разделительного гелевого поршня в трубопровод его подвергают воздействию магнитного поля с силой, достаточной для концентрации магнитных частиц по цилиндрической поверхности разделительного поршня и ориентации вектора этих магнитных частиц перпендикулярно оси разделительного поршня и для намагничивания этих частиц до насыщения.

В качестве частиц магнитожесткого материала используют частицы магнетита, ферритов, например феррита кобальта или бария, магнитотвердые сплавы, платинокобальтовые сплавы и интерметаллические соединения кобальта с редкоземельными металлами, частицы магнитожесткого материала на основе Ne-Fe-B или их смеси.

Введение частиц магнитожесткого материала в состав разделительного гелевого поршня не только приводит к упрочнению самого поршня, но и к упрочнению контакта поршня с внутренней поверхностью трубопровода. При переходе поршня из трубы меньшего диаметра в трубу большего диаметра магнитное взаимодействие частиц с трубой приведет к изменению конфигурации поршня, тем самым обеспечивая полную герметичность трубы при сохранении поршневого эффекта. При этом увеличение прочности связи поршня с трубой за счет магнитного взаимодействия заметно увеличивает очищающие свойства поршня, обеспечивая при этом очистку трубы как от механических загрязнений, так и от парафинистых отложений. Положение поршня, учитывая его намагниченность и расположение магнитных частиц в непосредственной близости к стенке трубы, может быть легко зафиксировано различными приборами, особенно при использовании магнитных систем поиска очистных устройств в трубопроводах.

При использовании предлагаемого способа для последовательной перекачки различных по свойствам и качеству продуктов, например различных нефтепродуктов, совокупность отличительных признаков позволяет повысить эффективность способа, не допуская смешения нефтепродуктов в местах перехода трубы, по которой транспортируются нефтепродукты, с меньшего диаметра на больший, и при этом может быть обеспечен непрерывный контроль за местонахождением поршня в трубопроводе.

Предлагаемый способ был испытан в лабораторных условиях на установке перекачки разносортных нефтепродуктов. Лабораторная установка включает пять линейных участков по 3 м диаметром 4", один контрольный участок, где диаметр трубы увеличен до 6", задвижки с проходным сечением 4" и "депо". "Депо" состоит из двух отделов: первый - для приготовления разделительного поршня, представляющий собой трубу, ограниченную с двух сторон задвижками с вантузами, а второй - для направленного намагничивания магнитных частиц. В первый отдел "депо" вводили исходные материалы: гель и магнитожесткий материал, представляющий собой смесь частиц магнетита и гексаферрита бария различного размера. Далее подготовленный поршень подавали во второй отдел "депо" и перед подачей разделительного поршня в трубопровод его подвергали воздействию магнитного поля с силой, достаточной для концентрации магнитных частиц по его цилиндрической поверхности и ориентации вектора этих магнитных частиц перпендикулярно оси разделительного поршня и для намагничивания этих частиц до насыщения в полях порядка от 10 до 200 кА/м в зависимости от природы выбранных магнитных частиц.

Из "депо" подготовленный гелевый разделительный поршень, армированный магнитожестким материалом, передавливали в трубопровод азотом, отсекая от "депо" задвижкой, и далее поршень проходил по трубопроводу от начала до конца за счет подачи в трубопровод азота. В конце трубопровода поршень тормозился решеткой, а затем азотом, поступающим через решетку, гель при необходимости возвращался в исходный участок трубопровода. Операция по перемещению разделительного поршня была повторена многократно.

Контрольный участок трубопровода, где происходило расширение его до 6", предназначен для проверки очищающих свойств разделительного поршня от парафинистых отложений, причем для этого выбран наиболее сложный случай, когда внутренняя поверхность трубы покрыта расплавленным парафином. В контрольный участок вводили парафин, а после небольшого нагрева трубы равномерно распределяли расплавленный парафин по внутренней поверхности контрольного участка путем вращения трубы. При загрузке 1,0 кг парафина толщина слоя парафина составляет примерно 1 мм.

Во время прохождения разделительного поршня этого контрольного участка проверялась не только эффективность очистки его от парафинистых отложений, но и возможность нарушения герметичности поршня в месте увеличения диаметра трубы.

Прохождение поршня по трубопроводу фиксировалось в одном случае датчиком Холла, в другом - по отклонению стрелки гальванометра, соединенного с проводами катушки шириной 5 см, установленной на одном из участков трубы.

Армирование разделительного поршня магнитожесткими частицами, особенно внешней поверхности поршня, придает ему не только прочный контакт с внутренней поверхностью трубы, но и очистительные свойства поршня резко возрастают, а его действие аналогично действию наждачной бумаги.

Испытания способа, описанного в прототипе, показали, что при прохождении гелевого разделительного поршня, например, выполненного с использованием геля ПВК-1, выпускаемого ООО НПФК "Нефтехимтехнологии", через контрольный участок наблюдался "пробой", когда разделительный поршень находился на участке трубы с увеличенным диаметром, но герметичность его восстановилась после того, как поршень был подан снова в трубу с первоначальным проходным сечением. При этом такой поршень (1=1,2 м) практически не обладает очистительными свойствами, и удаление парафинистых отложений не превышает 1-3%.

При прохождении поршня, армированного частицами магнетита и гексаферрита бария, через контрольный участок "пробоя" не наблюдалось, а удаление парафина за один проход при скорости движения поршня менее 0,1 м/с составила в среднем 51,8%. После неоднократного (4-5) прохождения разделительного поршня через контрольный участок удаление парафина составляет более 90% от первоначально введенного.

Таким образом, проведенные испытания предлагаемого способа с целью перекачки разносортных нефтей или нефтепродуктов подтвердили его преимущества, а именно:

а) надежная герметизация трубопровода, обеспечиваемая армированным разделительным поршнем даже при переходе трубы с меньшего диаметра на больший;

б) эффективная очистка внутренней поверхности трубопровода;

в) простота контроля за прохождением поршня по трубопроводу.

1. Способ вытеснения продуктов из трубопровода с помощью разделительного гелевого поршня, включающий подготовку гелевого разделительного поршня, подачу поршня в трубопровод и перемещение его вместе с вытесняемым продуктом по трубопроводу, отличающийся тем, что на стадии подготовки гелевого разделительного поршня в его состав вводят частицы магнитожесткого материала, а перед подачей гелевого разделительного поршня в трубопровод его подвергают воздействию магнитного поля с силой, достаточной для концентрации магнитных частиц по цилиндрической поверхности разделительного поршня и ориентации вектора этих магнитных частиц перпендикулярно оси разделительного поршня и для намагничивания этих частиц до насыщения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве частиц магнитожесткого материала используют частицы магнетита, ферритов, например, феррита кобальта или бария, магнитотвердые сплавы, платиноко-бальтовые сплавы и интерметаллические соединения кобальта с редкоземельными металлами, частицы магнитожесткого материала на основе Ne-Fe-B или их смеси.

www.findpatent.ru

способ вытеснения продуктов из трубопровода - патент РФ 2274800

Изобретение относится к технологии вытеснения различных продуктов из трубопровода и может быть использовано в нефтяной, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, например, для вытеснения нефтепродуктов из трубопровода, транспортировки нефти и нефтепродуктов по трубопроводу, очистки внутренней поверхности трубопровода, последовательной перекачки разносортных нефтей или нефтепродуктов. Способ вытеснения продуктов из трубопровода с помощью разделительного гелевого поршня включает подготовку гелевого разделительного поршня, подачу поршня в трубопровод и перемещение его вместе с вытесняемым продуктом по трубопроводу на стадии подготовки гелевого разделительного поршня, в его состав вводят частицы магнитожесткого материала, а перед подачей гелевого разделительного поршня в трубопровод его подвергают воздействию магнитного поля с силой, достаточной для концентрации магнитных частиц по цилиндрической поверхности разделительного поршня и ориентации вектора этих магнитных частиц перпендикулярно оси разделительного поршня и для намагничивания этих частиц до насыщения. Техническим результатом изобретения является повышение надежности и эффективности способа. 1.з.п.ф-лы.

Изобретение относится к технологии вытеснения различных продуктов из трубопровода и может быть использовано в нефтяной, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, например, для вытеснения нефтепродуктов из трубопровода, транспортировки нефти и нефтепродуктов по трубопроводу, очистки внутренней поверхности трубопровода, последовательной перекачки разносортных нефтей или нефтепродуктов.

Известен способ последовательной перекачки разносортных нефтепродуктов с разделительной пробкой, включающей в себя углеводороды, входящие в состав обоих перекачиваемых нефтепродуктов, причем в качестве материала разделительной пробки используют продукт перегонки одного из двух перекачиваемых последовательно нефтепродуктов в интервале температур выкипания углеводородов, общем для обоих перекачиваемых нефтепродуктов (см. пат. РФ №2156915, МПК 7 F 17 D 1/14, опубл. 27.09.00 г.).

Общими признаками известного и предлагаемого способов является использование при транспорте по трубопроводу нефтепродуктов разделительной пробки, размещенной внутри трубопровода.

Однако известный способ неприменим при последовательной перекачке нефтепродуктов, не имеющих в своем составе углеводороды с интервалом температур выкипания, общим для обоих перекачиваемых нефтепродуктов, например бензина и дизельного топлива. Способ также неприменим в тех случаях, когда главным отличием перекачиваемых нефтепродуктов является не температура начала и конца кипения, а, например, содержание серы или октановое число. Кроме того, при использовании известного способа невозможно определить местоположение разделительной пробки, ее начало и конец. Известный способ не обеспечивает очистку трубопровода, например, от механических загрязнений, парафинистых отложений при транспорте нефти.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ вытеснения нефти из трубопровода с помощью гелевого разделительного поршня, включающий подготовку гелевого разделительного поршня, подачу поршня в трубопровод и перемещение поршня вместе с нефтью по трубопроводу (см. В.Н.Дегтярев и др. "Вытеснение нефти из трубопроводов с использованием гелевого разделительного поршня". - ж. "Нефтяное хозяйство", 2000, №5, с.61-62). Общими признаками предлагаемого и известного способов являются:

- подготовка гелевого разделительного поршня,

- подача разделительного поршня в трубопровод,

- перемещение поршня вместе с вытесняемым материалом по трубопроводу.

Недостатком данного способа является нарушение герметичности пробки при переходе трубы с меньшего диаметра на больший диаметр, невысокая эффективность пробки в части очистки трубопровода от парафинистых отложений при транспорте нефти, механических загрязнений из-за низких адгезионных свойств используемых в качестве разделительной пробки гелей. Наконец невозможно установить местоположение разделительной пробки и проследить за прохождением пробки по трубопроводу.

Техническая задача заключается в создании способа вытеснения продуктов из трубопровода, который обеспечивает высокую надежность и эффективность осуществления способа, а также расширение области применения способа для разных целей и в различных отраслях промышленности.

Поставленная задача достигается тем, что в способе вытеснения продуктов из трубопровода с помощью разделительного гелевого поршня, включающем подготовку разделительного гелевого поршня, подачу поршня в трубопровод и перемещение его вместе с вытесняемыми продуктами по трубопроводу, на стадии подготовки разделительного гелевого поршня в его состав вводят частицы магнитожесткого материала, а перед подачей разделительного гелевого поршня в трубопровод его подвергают воздействию магнитного поля с силой, достаточной для концентрации магнитных частиц по цилиндрической поверхности разделительного поршня и ориентации вектора этих магнитных частиц перпендикулярно оси разделительного поршня и для намагничивания этих частиц до насыщения.

В качестве частиц магнитожесткого материала используют частицы магнетита, ферритов, например феррита кобальта или бария, магнитотвердые сплавы, платинокобальтовые сплавы и интерметаллические соединения кобальта с редкоземельными металлами, частицы магнитожесткого материала на основе Ne-Fe-B или их смеси.

Введение частиц магнитожесткого материала в состав разделительного гелевого поршня не только приводит к упрочнению самого поршня, но и к упрочнению контакта поршня с внутренней поверхностью трубопровода. При переходе поршня из трубы меньшего диаметра в трубу большего диаметра магнитное взаимодействие частиц с трубой приведет к изменению конфигурации поршня, тем самым обеспечивая полную герметичность трубы при сохранении поршневого эффекта. При этом увеличение прочности связи поршня с трубой за счет магнитного взаимодействия заметно увеличивает очищающие свойства поршня, обеспечивая при этом очистку трубы как от механических загрязнений, так и от парафинистых отложений. Положение поршня, учитывая его намагниченность и расположение магнитных частиц в непосредственной близости к стенке трубы, может быть легко зафиксировано различными приборами, особенно при использовании магнитных систем поиска очистных устройств в трубопроводах.

При использовании предлагаемого способа для последовательной перекачки различных по свойствам и качеству продуктов, например различных нефтепродуктов, совокупность отличительных признаков позволяет повысить эффективность способа, не допуская смешения нефтепродуктов в местах перехода трубы, по которой транспортируются нефтепродукты, с меньшего диаметра на больший, и при этом может быть обеспечен непрерывный контроль за местонахождением поршня в трубопроводе.

Предлагаемый способ был испытан в лабораторных условиях на установке перекачки разносортных нефтепродуктов. Лабораторная установка включает пять линейных участков по 3 м диаметром 4", один контрольный участок, где диаметр трубы увеличен до 6", задвижки с проходным сечением 4" и "депо". "Депо" состоит из двух отделов: первый - для приготовления разделительного поршня, представляющий собой трубу, ограниченную с двух сторон задвижками с вантузами, а второй - для направленного намагничивания магнитных частиц. В первый отдел "депо" вводили исходные материалы: гель и магнитожесткий материал, представляющий собой смесь частиц магнетита и гексаферрита бария различного размера. Далее подготовленный поршень подавали во второй отдел "депо" и перед подачей разделительного поршня в трубопровод его подвергали воздействию магнитного поля с силой, достаточной для концентрации магнитных частиц по его цилиндрической поверхности и ориентации вектора этих магнитных частиц перпендикулярно оси разделительного поршня и для намагничивания этих частиц до насыщения в полях порядка от 10 до 200 кА/м в зависимости от природы выбранных магнитных частиц.

Из "депо" подготовленный гелевый разделительный поршень, армированный магнитожестким материалом, передавливали в трубопровод азотом, отсекая от "депо" задвижкой, и далее поршень проходил по трубопроводу от начала до конца за счет подачи в трубопровод азота. В конце трубопровода поршень тормозился решеткой, а затем азотом, поступающим через решетку, гель при необходимости возвращался в исходный участок трубопровода. Операция по перемещению разделительного поршня была повторена многократно.

Контрольный участок трубопровода, где происходило расширение его до 6", предназначен для проверки очищающих свойств разделительного поршня от парафинистых отложений, причем для этого выбран наиболее сложный случай, когда внутренняя поверхность трубы покрыта расплавленным парафином. В контрольный участок вводили парафин, а после небольшого нагрева трубы равномерно распределяли расплавленный парафин по внутренней поверхности контрольного участка путем вращения трубы. При загрузке 1,0 кг парафина толщина слоя парафина составляет примерно 1 мм.

Во время прохождения разделительного поршня этого контрольного участка проверялась не только эффективность очистки его от парафинистых отложений, но и возможность нарушения герметичности поршня в месте увеличения диаметра трубы.

Прохождение поршня по трубопроводу фиксировалось в одном случае датчиком Холла, в другом - по отклонению стрелки гальванометра, соединенного с проводами катушки шириной 5 см, установленной на одном из участков трубы.

Армирование разделительного поршня магнитожесткими частицами, особенно внешней поверхности поршня, придает ему не только прочный контакт с внутренней поверхностью трубы, но и очистительные свойства поршня резко возрастают, а его действие аналогично действию наждачной бумаги.

Испытания способа, описанного в прототипе, показали, что при прохождении гелевого разделительного поршня, например, выполненного с использованием геля ПВК-1, выпускаемого ООО НПФК "Нефтехимтехнологии", через контрольный участок наблюдался "пробой", когда разделительный поршень находился на участке трубы с увеличенным диаметром, но герметичность его восстановилась после того, как поршень был подан снова в трубу с первоначальным проходным сечением. При этом такой поршень (1=1,2 м) практически не обладает очистительными свойствами, и удаление парафинистых отложений не превышает 1-3%.

При прохождении поршня, армированного частицами магнетита и гексаферрита бария, через контрольный участок "пробоя" не наблюдалось, а удаление парафина за один проход при скорости движения поршня менее 0,1 м/с составила в среднем 51,8%. После неоднократного (4-5) прохождения разделительного поршня через контрольный участок удаление парафина составляет более 90% от первоначально введенного.

Таким образом, проведенные испытания предлагаемого способа с целью перекачки разносортных нефтей или нефтепродуктов подтвердили его преимущества, а именно:

а) надежная герметизация трубопровода, обеспечиваемая армированным разделительным поршнем даже при переходе трубы с меньшего диаметра на больший;

б) эффективная очистка внутренней поверхности трубопровода;

в) простота контроля за прохождением поршня по трубопроводу.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ вытеснения продуктов из трубопровода с помощью разделительного гелевого поршня, включающий подготовку гелевого разделительного поршня, подачу поршня в трубопровод и перемещение его вместе с вытесняемым продуктом по трубопроводу, отличающийся тем, что на стадии подготовки гелевого разделительного поршня в его состав вводят частицы магнитожесткого материала, а перед подачей гелевого разделительного поршня в трубопровод его подвергают воздействию магнитного поля с силой, достаточной для концентрации магнитных частиц по цилиндрической поверхности разделительного поршня и ориентации вектора этих магнитных частиц перпендикулярно оси разделительного поршня и для намагничивания этих частиц до насыщения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве частиц магнитожесткого материала используют частицы магнетита, ферритов, например, феррита кобальта или бария, магнитотвердые сплавы, платиноко-бальтовые сплавы и интерметаллические соединения кобальта с редкоземельными металлами, частицы магнитожесткого материала на основе Ne-Fe-B или их смеси.

www.freepatent.ru

Значения коэффициентов ε и n в формуле (6.21)

GrPr

ε

n

От 10-3 до 5·103

От 5·103 до 2·107

От 2·107 до 1013

1,18

0,54

0,14

0,13

0,25

0,33

Подставив значения Gr и Рr в (6.21), получим

(6.22)

где β — коэффициент объемного расширения нефтепродукта. Введем новые переменные: х = t — tтр; у = tтр — tо; t = tо + x + у.

Тогда уравнение теплового баланса примет вид

или, подставляя значения для α1 получаем

Для упрощения записи обозначим

Величину и в первом приближении можно принять постоянной. Для точных расчетов весь температурный интервал от tн до tк следует разбить на несколько участков и для каждого из них определять и по начальной температуре участка:

Последнее выражение позволяет перейти к уравнению с одним переменкой х.

Запишем уравнение теплового баланса в дифференциальной форме. Для этого положим, что за время dτ нефтепродукт охладился на dt и потерял при этом следующее количество тепла:

В окружающую среду должно поступать такое же количество тепла, т. е.

Согласно принятым обозначениям dt = d (x + у), так как to - const.

Тогда

Подставив значения dt, α1 и (t — t0) в последнее уравнение и решив его относительно dτ, получим

Откуда

или

а, подставив значения хн = tн — tтр и хк = tк— tтр, получим

(6.23)

Для трубопровода, имеющего хорошую теплоизоляцию, уравнение теплового баланса упрощается

где λиз и δиз — коэффициент теплопроводимости и толщина теплоизоляции.

Разделив переменные и проинтегрировав уравнение от tн до tк, получим

(6.24)

Вытеснение застывших нефтепродуктов из трубопроводов

Если нефтепродукт в период бездействия «горячего» трубопровода сильно охладился или застыл, то для нормальной работы трубопровода нефтепродукт необходимо вытеснить маловязкими жидкостями. Вытеснение высоковязких нефтепродуктов (подчиняющихся закону Ньютона) из горизонтальных трубопроводов возможно при любых напорах насосов; вопрос заключается лишь в продолжительности процесса вытеснения.

Вытеснение нефтепродуктов, обладающих начальным напряжением сдвига σо (для неньютоновских жидкостей), возможно лишь при напорах насосов Но, необходимых для преодоления σо. Начальное напряжение сдвига определяется из условий равновесия внешних и внутренних сил в трубопроводе

Отсюда

(6.25)

Нефтепродукты, обладающие начальным напряжением сдвига, движутся по трубопроводам при так называемом структурном режиме, когда центральная часть потока движется как твердое тело, а периферийная — как вязкая жидкость при ламинарном режиме. Для упрощения задачи о вытеснении застывших нефтепродуктов при структурном, режиме движения введем следующие предположения:

  1. застывший и толкающий нефтепродукты движутся один за другим подобно поршням;

  2. гидравлическое сопротивление толкающей жидкости не учитывается, так как вязкость ее во много раз меньше вязкости застывшего нефтепродукта;

3)смешение нефтепродукта на границе раздела отсутствует.

Движение застывшего нефтепродукта происходит в соответствии с законом Шведова и Бингама

(6.26)

Н — напор, создаваемый насосами.

В момент времени τ, когда толкающая жидкость вытеснит застывший нефтепродукт из участка трубопровода длиной х, расход будет равен

где vо — кинематическая вязкость застывшего нефтепродукта.

Из условия неразрывности потока

Подставив значение Q и разделив переменные, получим время вытеснения застывшего нефтепродукта из всего трубопровода длиной L

или

(6.27)

Время вытеснения нефтепродуктов, подчиняющихся закону Ньютона, получим при σо = 0 в уравнении (6.27). Для этого выражение

представим в виде

и разложим его в ряд

Подставив это выражение в уравнение (6.27) и произведя некоторые преобразования, получим

(6.28)

Положив σо= 0, получим формулу для определения времени вытеснения ньютоновских нефтепродуктов (жидкостей)

(6.29)

Поскольку толкающая жидкость в действительности врезается клином в застывший нефтепродукт, а не движется как поршень, то время вытеснения по формуле (6.29) всегда будет больше фактического. Это обстоятельство может быть учтено введением опытного поправочного коэффициента

где Рr— критерий Прандтля, вычисляемый для застывшего нефтепродукта.

studfiles.net

Способ вытеснения продуктов из трубопровода

Изобретение относится к технологии вытеснения различных продуктов из трубопровода и может быть использовано в нефтяной, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, например, для вытеснения нефтепродуктов из трубопровода, транспортировки нефти и нефтепродуктов по трубопроводу, очистки внутренней поверхности трубопровода, последовательной перекачки разносортных нефтей или нефтепродуктов.

Известен способ последовательной перекачки разносортных нефтепродуктов с разделительной пробкой, включающей в себя углеводороды, входящие в состав обоих перекачиваемых нефтепродуктов, причем в качестве материала разделительной пробки используют продукт перегонки одного из двух перекачиваемых последовательно нефтепродуктов в интервале температур выкипания углеводородов, общем для обоих перекачиваемых нефтепродуктов (см. пат. РФ №2156915, МПК 7 F 17 D 1/14, опубл. 27.09.00 г.).

Общими признаками известного и предлагаемого способов является использование при транспорте по трубопроводу нефтепродуктов разделительной пробки, размещенной внутри трубопровода.

Однако известный способ неприменим при последовательной перекачке нефтепродуктов, не имеющих в своем составе углеводороды с интервалом температур выкипания, общим для обоих перекачиваемых нефтепродуктов, например бензина и дизельного топлива. Способ также неприменим в тех случаях, когда главным отличием перекачиваемых нефтепродуктов является не температура начала и конца кипения, а, например, содержание серы или октановое число. Кроме того, при использовании известного способа невозможно определить местоположение разделительной пробки, ее начало и конец. Известный способ не обеспечивает очистку трубопровода, например, от механических загрязнений, парафинистых отложений при транспорте нефти.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ вытеснения нефти из трубопровода с помощью гелевого разделительного поршня, включающий подготовку гелевого разделительного поршня, подачу поршня в трубопровод и перемещение поршня вместе с нефтью по трубопроводу (см. В.Н.Дегтярев и др. "Вытеснение нефти из трубопроводов с использованием гелевого разделительного поршня". - ж. "Нефтяное хозяйство", 2000, №5, с.61-62). Общими признаками предлагаемого и известного способов являются:

- подготовка гелевого разделительного поршня,

- подача разделительного поршня в трубопровод,

- перемещение поршня вместе с вытесняемым материалом по трубопроводу.

Недостатком данного способа является нарушение герметичности пробки при переходе трубы с меньшего диаметра на больший диаметр, невысокая эффективность пробки в части очистки трубопровода от парафинистых отложений при транспорте нефти, механических загрязнений из-за низких адгезионных свойств используемых в качестве разделительной пробки гелей. Наконец невозможно установить местоположение разделительной пробки и проследить за прохождением пробки по трубопроводу.

Техническая задача заключается в создании способа вытеснения продуктов из трубопровода, который обеспечивает высокую надежность и эффективность осуществления способа, а также расширение области применения способа для разных целей и в различных отраслях промышленности.

Поставленная задача достигается тем, что в способе вытеснения продуктов из трубопровода с помощью разделительного гелевого поршня, включающем подготовку разделительного гелевого поршня, подачу поршня в трубопровод и перемещение его вместе с вытесняемыми продуктами по трубопроводу, на стадии подготовки разделительного гелевого поршня в его состав вводят частицы магнитожесткого материала, а перед подачей разделительного гелевого поршня в трубопровод его подвергают воздействию магнитного поля с силой, достаточной для концентрации магнитных частиц по цилиндрической поверхности разделительного поршня и ориентации вектора этих магнитных частиц перпендикулярно оси разделительного поршня и для намагничивания этих частиц до насыщения.

В качестве частиц магнитожесткого материала используют частицы магнетита, ферритов, например феррита кобальта или бария, магнитотвердые сплавы, платинокобальтовые сплавы и интерметаллические соединения кобальта с редкоземельными металлами, частицы магнитожесткого материала на основе Ne-Fe-B или их смеси.

Введение частиц магнитожесткого материала в состав разделительного гелевого поршня не только приводит к упрочнению самого поршня, но и к упрочнению контакта поршня с внутренней поверхностью трубопровода. При переходе поршня из трубы меньшего диаметра в трубу большего диаметра магнитное взаимодействие частиц с трубой приведет к изменению конфигурации поршня, тем самым обеспечивая полную герметичность трубы при сохранении поршневого эффекта. При этом увеличение прочности связи поршня с трубой за счет магнитного взаимодействия заметно увеличивает очищающие свойства поршня, обеспечивая при этом очистку трубы как от механических загрязнений, так и от парафинистых отложений. Положение поршня, учитывая его намагниченность и расположение магнитных частиц в непосредственной близости к стенке трубы, может быть легко зафиксировано различными приборами, особенно при использовании магнитных систем поиска очистных устройств в трубопроводах.

При использовании предлагаемого способа для последовательной перекачки различных по свойствам и качеству продуктов, например различных нефтепродуктов, совокупность отличительных признаков позволяет повысить эффективность способа, не допуская смешения нефтепродуктов в местах перехода трубы, по которой транспортируются нефтепродукты, с меньшего диаметра на больший, и при этом может быть обеспечен непрерывный контроль за местонахождением поршня в трубопроводе.

Предлагаемый способ был испытан в лабораторных условиях на установке перекачки разносортных нефтепродуктов. Лабораторная установка включает пять линейных участков по 3 м диаметром 4", один контрольный участок, где диаметр трубы увеличен до 6", задвижки с проходным сечением 4" и "депо". "Депо" состоит из двух отделов: первый - для приготовления разделительного поршня, представляющий собой трубу, ограниченную с двух сторон задвижками с вантузами, а второй - для направленного намагничивания магнитных частиц. В первый отдел "депо" вводили исходные материалы: гель и магнитожесткий материал, представляющий собой смесь частиц магнетита и гексаферрита бария различного размера. Далее подготовленный поршень подавали во второй отдел "депо" и перед подачей разделительного поршня в трубопровод его подвергали воздействию магнитного поля с силой, достаточной для концентрации магнитных частиц по его цилиндрической поверхности и ориентации вектора этих магнитных частиц перпендикулярно оси разделительного поршня и для намагничивания этих частиц до насыщения в полях порядка от 10 до 200 кА/м в зависимости от природы выбранных магнитных частиц.

Из "депо" подготовленный гелевый разделительный поршень, армированный магнитожестким материалом, передавливали в трубопровод азотом, отсекая от "депо" задвижкой, и далее поршень проходил по трубопроводу от начала до конца за счет подачи в трубопровод азота. В конце трубопровода поршень тормозился решеткой, а затем азотом, поступающим через решетку, гель при необходимости возвращался в исходный участок трубопровода. Операция по перемещению разделительного поршня была повторена многократно.

Контрольный участок трубопровода, где происходило расширение его до 6", предназначен для проверки очищающих свойств разделительного поршня от парафинистых отложений, причем для этого выбран наиболее сложный случай, когда внутренняя поверхность трубы покрыта расплавленным парафином. В контрольный участок вводили парафин, а после небольшого нагрева трубы равномерно распределяли расплавленный парафин по внутренней поверхности контрольного участка путем вращения трубы. При загрузке 1,0 кг парафина толщина слоя парафина составляет примерно 1 мм.

Во время прохождения разделительного поршня этого контрольного участка проверялась не только эффективность очистки его от парафинистых отложений, но и возможность нарушения герметичности поршня в месте увеличения диаметра трубы.

Прохождение поршня по трубопроводу фиксировалось в одном случае датчиком Холла, в другом - по отклонению стрелки гальванометра, соединенного с проводами катушки шириной 5 см, установленной на одном из участков трубы.

Армирование разделительного поршня магнитожесткими частицами, особенно внешней поверхности поршня, придает ему не только прочный контакт с внутренней поверхностью трубы, но и очистительные свойства поршня резко возрастают, а его действие аналогично действию наждачной бумаги.

Испытания способа, описанного в прототипе, показали, что при прохождении гелевого разделительного поршня, например, выполненного с использованием геля ПВК-1, выпускаемого ООО НПФК "Нефтехимтехнологии", через контрольный участок наблюдался "пробой", когда разделительный поршень находился на участке трубы с увеличенным диаметром, но герметичность его восстановилась после того, как поршень был подан снова в трубу с первоначальным проходным сечением. При этом такой поршень (1=1,2 м) практически не обладает очистительными свойствами, и удаление парафинистых отложений не превышает 1-3%.

При прохождении поршня, армированного частицами магнетита и гексаферрита бария, через контрольный участок "пробоя" не наблюдалось, а удаление парафина за один проход при скорости движения поршня менее 0,1 м/с составила в среднем 51,8%. После неоднократного (4-5) прохождения разделительного поршня через контрольный участок удаление парафина составляет более 90% от первоначально введенного.

Таким образом, проведенные испытания предлагаемого способа с целью перекачки разносортных нефтей или нефтепродуктов подтвердили его преимущества, а именно:

а) надежная герметизация трубопровода, обеспечиваемая армированным разделительным поршнем даже при переходе трубы с меньшего диаметра на больший;

б) эффективная очистка внутренней поверхности трубопровода;

в) простота контроля за прохождением поршня по трубопроводу.

bankpatentov.ru

Перекачка высоковязкой и застывающей нефти, страница 30

В процессе заполнения трубопровода высоковязкой нефтью происходит увеличение площади ее контакта со стенкой и потери напора на трение постепенно возрастают. В момент tз достижения фронтом заполняющей жидкости конечного сечения трубопровода потери напора (давление на выходе станций) достигают максимума. При дальнейшей перекачке новые порции нефти приходят на конечный пункт со все более высокой температурой, т.к. система  “трубопровод-грунт” постепенно прогревается. В результате этого потери напора на трение уменьшаются. Величины Тк(t) и Нt(t), изменяясь во времени, постепенно приближаются к своим значениям Тк¥ и Нt¥ при стационарных условиях перекачки.

2.3.9.2. Остановки перекачки

При эксплуатации “горячего” нефтепровода неминуемы его остановки. Они могут быть вызваны аварией на одном из участков, необходимостью выполнения ремонтных работ, перебоями в подаче нефти на головную нефтеперекачивающую станцию и др. причинами.

Остановки перекачки могут быть связаны и с характером эксплуатации “горячего” нефтепровода. Трубопроводы проектируются для работы в течение не менее 30 лет. Так как в первые и, наоборот, последние годы разработки месторождений объемы добычи нефти обычно меньше, чем при полном развитии промыслов, то в это время нефтепроводы работают с пониженной производительностью. При “горячей” перекачке эта производительность не может быть меньше некоторой минимальной величины. Отсюда вытекает необходимость циклической эксплуатации “горячих” трубопроводов, при которой часть времени нефтепровод работает с полной загрузкой, а на остальное время перекачка прекращается. В данном случае под циклом понимается период времени, включающий длительность одного интервала непрерывной перекачки и одного интервала простоя.

Чем больше число циклов перекачки, тем меньше должна быть вместимость резервуаров для накапливания нефти на головных сооружениях и конечном пункте нефтепровода, а значит потребуется меньше затрат на них. С другой стороны, больше будут затраты, связанные с повторным пуском нефтепровода (вытеснение остывшей нефти и прогрев системы труба-грунт). При уменьшении числа циклов картина обратная. Оптимальным является число циклов, соответствующее минимуму суммарных затрат.

При остановках перекачки высоковязкая нефть, оставленная в трубопроводе, постепенно остывает, вязкость ее повышается, а потери напора при возобновлении перекачки резко возрастают. Они максимальны в момент пуска трубопровода (рис. 2.23), когда весь он заполнен остывшей нефтью.

 

По мере замещения остывшей нефти разогретым продуктом потери на трение в трубопроводе быстро уменьшаются. После вытеснения из трубы всей остывшей нефти темп снижения потерь напора на трение снижается, а само уменьшение Нt связано с прогревом системы “труба-грунт” горячей нефтью. По мере снижения величины Нt происходит ее асимптотическое приближение к потерям напора при стационаром режиме перекачки.

Продолжительность остановки “горячего” нефтепровода должна быть такой, чтобы максимальные потери напора при пуске не превышали напора, развиваемого насосными агрегатами, и давления, которое может выдержать труба. В противном случае произойдет “замораживание” трубопровода, ликвидация которого связана со значительными потерями нефти и большими денежными затратами.

Время, по истечении которого возобновление перекачки высоковязкой нефти происходит без осложнений, т.е. потери на трение не превышают возможностей насосной станции, называется безопасным временем остановки “горячего” трубопровода. Для  расчета безопасного времени остановки “горячих” трубопроводов используются зависимости, полученные П.И. Тугуновым.

Если фактическое время остановки превышает безопасное, то вязкая нефть должна быть вытеснена из трубопровода маловязкой жидкостью (нефтью, нефтепродуктом, водой).

2.3.9.3. Замещение высоковязких нефтей в трубопроводах

Для ускорения процесса вытеснения высоковязкой нефти из трубопровода целесообразно обеспечить максимально возможный  расход вытесняющей жидкости. Ограничением в этом случае являются максимально допустимый из условия прочности нефтепровода и оборудования напор на выходе насосной станции .

vunivere.ru

Вытеснение нефти водой

4.3.33 Вытеснение нефти из нефтепровода водой проводится при наличии в районе демонтажа естественного или искусственного водоема для забора воды и возможности приема воды в резервуары или земляные амбары для очистки.

4.3.34 С целью дополнительной очистки полости нефтепровода и уменьшения объема образующейся водонефтяной эмульсии вытеснение нефти следует проводить с пропуском поршней-разделителей.

4.3.35 Удаление воды сжатым воздухом с пропуском поршней-разделителей или откачкой насосными агрегатами из наиболее низких точек нефтепровода по рельефу местности в параллельный нефтепровод, заранее подготовленные емкости, земляные амбары производится по заранее смонтированным временным трубопроводам.

4.3.36 Подача сжатого воздуха в нефтепровод за поршни-разделители производится высокопроизводительной газотурбинной компрессорной установкой (УКП-9 или ТК-21М) или поршневыми компрессорами, работающими параллельно на общий ресивер.

Удаление воды сжатым воздухом из подводной части переходов МН через водные преграды возможно при условии выполнения специальных мероприятий для предотвращения возможности всплытия нефтепровода.

4.3.37 При вытеснении воды из нефтепровода сжатым воздухом должна быть установлена опасная зона (таблица 1), которая обозначается на местности предупредительными знаками.

Таблица 1 – Радиус опасной зоны при вытеснении воды

сжатым воздухом

Условный диаметр нефтепровода, мм Радиус опасной зоны в обе стороны от оси нефтепровода, м
300-800
800-1220

 

4.3.38 В процессе вытеснения воды сжатым воздухом персонал, механизмы и оборудование должны находиться за пределами опасной зоны.

4.3.39 Запрещается сброс вытесненной из нефтепровода воды непосредственно в реку или на открытый грунт без очистки до требуемых санитарных норм.

Воду, вытесненную из трубопровода (сточную воду), следует направлять в резервуары НПС или специально сооруженные резервуары-отстойники, земляные амбары.

Вытеснение нефти сжатым воздухом

4.3.40 При отсутствии водоемов для забора воды в необходимом количестве освобождение участка нефтепровода от нефти может проводиться сжатым воздухом с применением поршней-разделителей и/или гелевой разделительной пробки (ГРП). Подача сжатого воздуха за ГРП производится высокопроизводительной газотурбинной компрессорной установкой (УКП-9 или ТК-21М) или поршневыми компрессорами.

4.3.41 Предварительно подготовленный в специальной емкости состав ГРП формируется в камере пуска очистных устройств путем закачки гелевой композиции между двумя поршнями-разделителями типа ПР с резиновыми или полиуретановыми манжетами.

4.3.42 Для формирования и пуска гелевой разделительной пробки трубопровод должен быть оборудован камерами пуска очистных устройств.

4.3.43 Способ освобождения нефти сжатым воздухом рекомендуется применять после разработки и утверждения соответствующей инструкции, где должны быть указаны схема обвязки трубопроводов, порядок приема вытесняемой нефти и последовательность закачки ГРП и воздуха в трубопровод, меры безопасности при выполнении работ.

 

4.4 Отсечение демонтируемого участка от действующего нефтепровода

 

4.4.1 После очистки полости и освобождения от нефти демонтируемый участок отрезается от действующего нефтепровода кумулятивными зарядами или механической резкой, с оформлением наряда-допуска на огневые, газоопасные и другие работы повышенной опасности согласно [7], ППБ-01-93 [8], РД 09-364-00 [9].

4.4.2 Действующая часть нефтепровода заглушается сферическими заглушками.

4.4.3 Порядок и последовательность выполнения работ определяются в соответствии с требованиями [10].

Дата добавления: 2015-08-10; просмотров: 137 | Нарушение авторских прав

СТАНДАРТ ОТРАСЛИ | ТЕХНОЛОГИЯ | Нормативные ссылки | Организационно-техническая подготовка | Демонтаж нефтепровода с разработкой траншеи | Резка взрывом | Газовая резка | С заменой труб путем укладки в совмещенную траншею | Демонтаж с рыхлением грунта над нефтепроводом | Демонтаж с вытягиванием участка нефтепровода |mybiblioteka.su - 2015-2018 год. (0.006 сек.)

mybiblioteka.su


Смотрите также