Способ перекачки жидкости

 

СПОСОБ ПЕРЕКАЧКИ ЖИДКОСТИ, преимущественно нефти по трубопроводу , включающий нагрев до расчетной температуры и перекачку под действием перепада давления, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат, а также повышения надежности нефтепровода при неустановившихся режимах работы, измеряют распределение во времени производительности перекачки, давления и температуры на входе в нефтепровод и температуру воздуха по длине нефтепровода , по измеренным значениям для заданного в последующие моменты времени закона изменения производительности перекачки из р ешения системы дифференциальных уравнений -(j)4pWt)div( . где - температура, энтальпия, составляющие скорасти, энергия турбулентных пульсаций, масштаб турбулентности; Г - коэффициенты переноса.; S - источники; -плотность; -скорость; f - время, рассчитывают значение минимальной (/} температуры нефти на входе в нефтепровод и распределение температуры нефти по длине нефтепровода, при котором при возобновлении перекачки пос8 е ле аварийной .остановки давление в нефтепроводе не будет превышать допустимое значение, нагревают нефть до рас- . четного значения температуры на входе СП в нефтепровод, контролируют темпера туру на выходе и изменяют подогрев нефти так, чтобы измереиное значеIsD ние температуры нефти на выходе из СО нефтепровода бьто равно расчетному значению. .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„SU„„1105723

g F 17 D 1/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Г10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОП4РЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ILBTOPCt(OMV СВИДЕТЕЛЬСТВМ (21) 3622477/25-08 (22) 04.08.83 (46) 30.07.84. Бкл. 9 28 (72) Л.Н. Щукин и В.В. Тихонов (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт и Управление приволжскими магистральными нефтепроводами (53) 621. 643 (088. 8) (56) 1. Методики определения пускового давления для нефтепродуктопроводов транспортирующих парафннистые нефти. Миннефтепром, 1981 ° Руководящий документ РД-39-30-648-81, утверж. денный В.И. Кремневым (прототип) . (54)(57) СПОСОБ ПЕРЕКАЧКИ ЖИДКОСТИ, преимущественно нефти по трубопроводу, включающий нагрев до расчетной температуры и перекачку под действием перепада давления, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью снижения энергозатрат, а также повышения надежности нефтепровода при неустановившихся режимах работы, измеряют распределение во времени производительности перекачки, давления и тем- пературы на входе в нефтепровод и температуру воздуха по длине нефтепровода, по измеренным значениям для заданного в последующие моменты времени закона изменения производительности перекачки иэ решения системы дифференциальных уравнений (у Ф)+Bi(p W Q) =div (i grac74 (+ 8, где ф — температура, знтальпия, составляющие скорости, энергия турбулентных пульсаций, масштаб турбулентности;

à — коэффициенты переноса;

S — источники;

1(— плотность;

M — скорость; — время, 3 рассчитывают значение минимальной температуры нефти на входе в нефтепровод и распределение температуры нефти по длине нефтепровода, при котором при возобновлении перекачки пос- » ле аварийной остановки давление в нефтепроводе не будет превышать допустимое значение, нагревают нефть до рас-, четного значения температуры на входе 1 ) в нефтепровод, контролируют темпера- Ql туру на выходе и изменяют подогрев Д нефти так, чтобы измеренное значе- фф ние температуры нефти на выходе из (д нефтепровода быпо равно расчетному значению.

1 1105

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для горячей перекачки по трубам высоковязких застывающих нефтей и нефтепродуктов.

Известна технология горячей

:перекачки высоковязких застывающих нефтей и нефтепродуктов (в дальнейшем нефть), по которой нефть перед закачкой в нефтепровод нагревают до определенной температуры с целью снижения ее вязкости. Горячую нефть перекачивают по нефтепроводу до следующего пункта подогрева. При перекачке контролируют температуру нефти в начале и в конце нефтепровода, давление в нефтепроводе и производительность. Температуру подогрева нефти определяют на основании расчетов, выполненных в соответствии с руководящими документами Миннефтепрома (1).

В основу перекачки нефти положены следующие условия: при заданной производительности перекачки уровень давления в нефтепроводе не должен превосходить допустимое значение, определяемое условием прочности; при остановке перекачки время безопасной остановки должно быть достаточным для проведения технологических и ре30 монтных работ. Под временем безопасной остановки перекачки принято понимать такое время, по истечению которого перекачка нефти может быть возобновлена при допустимом уровне давления в нефтепроводе.

В основу способа перекачки, при котором время безопасной остановки перекачки и пускового давления определяются на основании указанного руководящего документа Миннефтепрома, по«40 ложено решение одномерного квазистационарного уравнения движения в трубе, определяющего потери давления по длине трубопровода. В этом способе нестационарность учитывают через изменение напряжений сдвига и вязкости нефти от температуры по мере остывания трубопровода, температуру осты. вающей нефти находят иэ приближенных решений одномерных нестационарных задач без учета пространственного процесса теплообмена в грунте и процесса свободной конвекции в нефти.

Однако низкая точность определения прогнозируемых значений темпера- туры нефти и давления в нефтепроводе не позволяет использовать их для определения экономичных и безаварий723 2 ных режимов работы "горячих" нефтепроводов и для поиска безаварийных режимов их работы при минимальной производительности. Кроме того, недостатком известного способа является отсутствие условия оптимизации температуры по минимуму энергозатрат на подогрев нефти и ее перекачку;

Цель изобретения — снижение энергозатрат и -повышение надежности нефтепровода при неустановившихся режимах работы.

Цель достигается тем, что согласно способу перекачки вязкой жидкости, включающему нагрев до расчетной температуры и перекачку под действием перепада давления, измеряют распределение во времени производительности перекачки, давления и температуры на входе в нефтепровод и температуру воздуха по длине нефтепровода, по измеренным значениям для заданного в последующие моменты времени закона изменения производительности перекачки из решения системы дифференциальных уравнений

- (94}+di>($5(4)=dtV(pgpa3$}+5 < а где ф — температура, энтальпия, составляющие скорости, энергия турбулентных пульсаций, масштаб турбулентности;

à — коэффициенты переноса;

S — - источники; — плотность;

Я вЂ” скорость; — время, рассчитывают значение минимальной температуры нефти на входе в нефтепровод и распределение температуры нефти .по длине нефтепровода, при котором при возобновлении перекачки после аварийной остановки давление в нефтепроводе не будет превышать допустимое значение, нагревают нефть до расчетного значения температуры на входе в нефтепровод, контролируют температуру на выходе и изменяют подогрев нефти так, чтобы измеренное значение температуры нефти на выходе из нефтепровода было равно расчетному значению.

Нефть на входе в нефтепровод подогревается до такой температуры, при которой имеет место минимум энергозатрат на подогрев нефти и перекачку ее с заданной производительностью и

11О ПЗ

Э1

Э

Э

Рн GvL (4) Э1=Э1+ Э (s) Сн Рн Сч Тн

"-и

Э (2) 55 (6) Э = Э выполняются условия безаварийной работы нефтепровода, т. е. давление в нефтепроводе не превосходит допустимое значение при всех реллмах эксплуатации, а время безопасной остановки 5 перекачки больше или равно планируемому времени остановки перекачки для ремонтных и регламентных работ.

Температура подогрева нефти находится из решения системы дифференциальных уравнений

>„(P4)+ i (p%4)=derv(1 grad))+S, (

Г - коэффициенты переноса;

S — источники; — плотность; — скорость; ь — время. Система уравнений (1) адекватно воспроизводит нестационарные, про25 странственные процессы движения нефти но нефтепроводу и теплообмена в нефтепроводе и окружающем его грунте. Поиск искомой температуры ведут для заданного закона измене- 30 ния производительности перекачки, при заданных атмосферных условиях в месте расположения нефтепровода, при реальных значениях теплофизических характеристик нефти и грунта, по условию минимальных энергозатрат на подогрев и перекачку нефти и условию безаварийной работы нефтепровода.

Решение системы уравнений (1) позволяет найти распределение темпе- 4р ратуры нефти и давления по длине нефтепровода. По значениям температуры нефти и давления в нефтепроводе находят затраты энергии (Э ) на перекачку нефти: 45 э

hP "G

"н и затраты энергии на подогрев нефти (Э ): где P - (х=О) и P(x=L) — давление в нефтепроводе в начале при х=О и в конце x=L;

P = Р(х=О)-P(x=L); ВТнТ(х=О)- (х=!.)

Тн (х=О) и T<(xL) — среднемассовая температу. ра нефти в начале нефтепровода при х=О и в конце при x=L:

Сн — теплоемкость нефти в начале нефтепровода при х=О;

У н — плотность нефти в начале нефтепровода при х=О; н п — IGQ систем пе рекачки и подогрева нефти: х — переменная координата вдоль оси нефтепровода;

L — длина нефтепровода.

На чертеже показано изменение

В приведенных энергозатрат на перекачку одной тонны нефти на один километр пути (Э„), на подогрев (Э, ) и сумма энергозатрат (Э2) .

В случае перекачки маловязких нефтей, у которых вязкость мало зависит от температуры, экстремум энергозатрат смещается в область низких температур и наоборот, для высоковязких нефтей с сильной зависимостью вязкости от температуры экстремум энергозатрат смещается в область высоких температур.

Экономический режим работы нефтепровода при заданной производительности определяют по минимуму энергозатрат. Для экономичного режима температуру на пункте подогрева Тн(х=О) определяют по условию

Найденный экономический режим работы "горячего" нефтепровода проверя1105723 ют по условию безаварийной работы нефтепровода:

Р(х О) Рдц„„у (7) (8) Р цс1кс определить время безопасной останов- 25 ки перекачки (Т ) . Для безаварийного пуска нефтепровода после остановки, время остановки (ь ) не должно превышать i, т.е.

30 (9) Принимая за Сп время Тр, получим (10) Если определенный вьппе экономический режим эксплуатации удовлетворяет условию (10), то такой режим является 40 безаварийньп4.

В случае, когда для экономичного режима условие (10) не выполняется, необходимо либо снизить производи45 тельность при пуске нефтепровода, либо увеличить температуру подогрева нефти во время работы нефтепровода. Как снижение производительности, так и увеличение температуры подогрева ухудшает экономичность системы, но обеспечивает безопасность ее эксплуатаций. Снижение производительности при пуске нефтепровода меньше отражается на экономичности, чем увеличение температуры подогрева, поскольку время пуска значительно меньше времени работы нефтепровода между остановками.

5 где Р „- максимально допустимое значение давления в нефтепроводе.

Условие (7) должно выполняться при всех режимах работы нефтепровода, 10 включая режим пуска после остановки пер екачки. По условию технологии эксплуатации нефтепроводов на регламентные и ремонтные работы предусматривается 15 планируемая и аварийная остановка перекачки на время С . Прогнозирующие расчеты тепловых и гидродинамических параметров нефтепровода при остановке перекачки и последующем пуо.20 ке позволяют по условию

Производительность нефтепровода при пуске выбирают такой, чтобы выполнялось условие (8) Время выхода на заданную производительность () ограничивают временем заполнения нефтью резервных емкостей, находящихся на приисках, т.е.

"n

V + Cl 07

Р 1 6 (

G производительность нефтепровода;

С вЂ” производительность добычи чп нефти на приисках.

Если при прогнозировании режимов при c< = < условие (11) не выполняет" ся, то перекачку нефти необходимо вести при такой наименьшей температуре подогрева (Т„ ), которая обеспечивает равенство (11) °

Таким образом, условие минимума энергозатрат на подогрев и перекачку нефти, условие допустимого давления в нефтепроводе и условие времени безопасной остановки перекачки прогнозируют с помощью ЭВМ для различных моментов времени при заданном законе изменения производительности, оптимальном значении температуры подогрева нефти (Т„ ), которое будет наименьшим из всех возможных для безопасных режимов перекачки.

Для учета возможных отклонений реальных значений температуры нефти, по длине нефтепровода от расчетных, на выходе из нефтепровода ведут контроль за температурой нефти. В случае, когда измеренное значение температуры нефти в конце нефтепровода ниже соответствующего расчетного значения, повышает подогрев нефти по сравнению с расчетным так, чтобы измеренное и расчетное значения температуры нефти в конце нефтепровода совпали.

Указанная коррекция расчетного значения температуры подогрева нефти не превьппает одного градуса и при расче" те экономического эффекта, получаемого от применения предлагаемого способа перекачки, укаэанное различие можно не учитывать.

Использование способа позволит вести перекачку нагретой нефти по трубопроводу при самых экономичных из всех безаварийных режимов. Способ

Редактор В. Ковтун

Составитель И. Петоян

Техред Т.Фанта Корректор И.Эрдейи

Заказ 5574/30 Тираж 471 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 1105723 8 позволяет также при заданной темпера перекачки, при которой еще выполняюттуре нагрева нефти определить мини- ся условия безаварийной работы нефте. мальное значение производительности пр овода.