Исследование влияния температуры нагрева нефти на гидравлическое сопротивление в трубопроводе при перекачке высоковязких нефтей

Автор: Туркина А.В.

Журнал: Форум молодых ученых @forum-nauka

Статья в выпуске: 12-4 (28), 2018 года.

Бесплатный доступ

В статье рассматривается перекачка высоковязкой нефти с «путевым» подогревом. Показана зависимость изменения плотности и вязкости высоковязкой нефти от температуры нагрева. Проведено исследование влияния температуры нагрева нефти на гидравлическое сопротивление в трубопроводе при перекачке высоковязкой нефти.

"горячая" перекачка", высоковязкая нефть, гидравлическое сопротивление, плотность, вязкость, температура

Короткий адрес: https://sciup.org/140281491

IDR: 140281491

Текст научной статьи Исследование влияния температуры нагрева нефти на гидравлическое сопротивление в трубопроводе при перекачке высоковязких нефтей

Широкое применение в России и за рубежом получила перекачка высоковязких нефтей с путевым подогревом или «горячая» перекачка.

Теоретическая база перекачки высоковязких нефтей с подогревов достаточно изучена, разработанные расчетные методики апробированы на практике, что позволяет решать задачи проектирования и эксплуатации нефтепроводов с путевым подогревом.[1]

При «горячей» перекачке нефть нагревают в теплообменных аппаратах или печах, вследствие этого понижается ее вязкость, резко уменьшаются гидравлические потери, улучшаются условия работы насосных перекачивающих станций, увеличивается время остановки трубопровода.

На рисунке 1 приведена принципиальная технологическая схема «горячего» трубопровода.

Рисунок 1. Принципиальная технологическая схема «горячего» трубопровода

Способ «горячей» перекачки основан на изменении реологических свойств нефти, за счет ее нагревания на головной и промежуточной нефтеперекачивающих станциях.

Из резервуаров головной перекачивающей станции, оснащенных змеевиковым подогревом, подпорными насосами, нефть подается в печи подогрева, где нагревается до температуры от 70 до 120 °С. Верхний предел нагревания ограничен стойкостью изоляции, деструкции молекул нефти или возможностью ее коксования в трубках теплообменных аппаратов.

При движении нефти по нефтепроводу, ее температура понижается, увеличивается ее вязкость, потери напора возрастают и могут превысить рекомендуемую величину. Поэтому нефть подогревают на промежуточных пунктах подогрева, которые располагаются на расстоянии 25-100 км. Для подогрева используют кожухотрубчатые теплообменные аппараты, где в качестве теплоносителя применяется перегретый водяной пар или печи с огневым подогревом.

При большой протяженности нефтепровода предусматриваются промежуточные насосно-тепловые станции, т.е. насосные станции, совмещенные с пунктами подогрева нефти.

Основной характеристикой, отражающей затраты механической энергии на транспортировку нефти по трубопроводу, является коэффициент гидравлического сопротивления. При транспортировке нефти могут иметь место два режима течения – турбулентный в начале трубопровода и структурный в конце. Происходит это ввиду снижения температуры перекачиваемой нефти и, как следствие, экспоненциального роста сил внутреннего трения.

Для высоковязкой нефти Карабикуловского месторождения с помощью программного комплекса Aspen Hysys определена зависимость изменения плотности и вязкости нефти от температуры нагрева.

На рисунке 2 показана зависимость плотности нефти от изменения температуры.

На рисунке 3 показана зависимость изменения вязкости нефти от температуры.

В таблице 1 показано изменение плотности и вязкости нефти от температуры нагрева.

Таблица 1. Изменение плотности и вязкости нефти от температуры нагрева

Карабикуловское месторождение
Температура, ⁰ С	Плотность, кг/м³	Вязкость, сСт
15	968,6	262
20	965	208,2
30	957,8	135,2
40	950,8	90,76
50	943,8	62,85
60	936,9	44,5
70	930	34,7
80	923,1	27,46
90	916,3	22,02
100	909,5	17,89
110	902,6	14,7
120	895,8	12,21
130	889	10,24

Температура, °C

Рисунок 2. Зависимость плотности нефти от изменения температуры

Рисунок 3. Зависимость изменения вязкости нефти от температуры.

Плотность вязких нефтей и нефтепродуктов зависит от температуры, ее изменениями во многих случаях можно пренебречь, считая ρ~ρ=const. В то же время зависимостью ν(Т) вязкости от температуры пренебрегать нельзя, так как от вязкости существенно зависит гидравлическое сопротивление транспортируемой жидкости.

Проведено исследование зависимости гидравлического сопротивления от вязкости нефти и рассчитаны потери напора на трение для высоковязкой нефти Карабикуловского месторождения.

Для расчета приняты следующие исходные данные:

Диаметр магистрального трубопровода – 1020 мм.;

Производительность – 17,5 млн. т./год.;

Длина нефтепровода – 310 км.

Температура, плотность и вязкость нефти согласно таблице 1.

Результаты гидравлического расчета магистрального нефтепровода при различных значениях вязкости приведены в таблице 2.

Таблица 2. Результаты гидравлического расчета нефтепровода

Т, ⁰ С	ρ, кг/м³	v , сСт	Q, м³/год	Q, м³/сек	W, м/с	Re	Режим течения	∆H, м/300 км
15	968,6	262	18067314	0,597	0,76	2905	Турбулентный режим, зона гидравлически гладкого трения	394,45
20	965	208,2	18134715	0,600	0,76	3669	Турбулентный режим, зона гидравлически гладкого трения	374,86
30	957,8	135,2	18271038	0,604	0,77	5693	Турбулентный режим, зона гидравлически гладкого трения	340,94
40	950,8	90,76	18405553	0,609	0,78	8543	Турбулентный режим, зона гидравлически гладкого трения	312,6
50	943,8	62,85	18542064	0,613	0,78	12428	Турбулентный режим, зона гидравлически гладкого трения	288,87
60	936,9	44,5	18678621	0,618	0,79	17682	Турбулентный режим, зона гидравлически гладкого трения	268,41
70	930	34,7	18817204	0,622	0,79	22844	Турбулентный режим, зона гидравлически гладкого трения	255,51
80	923,1	27,46	18957859	0,627	0,80	29083	Турбулентный режим, зона гидравлически гладкого трения	244,15
90	916,3	22,02	19098549	0,632	0,80	36537	Турбулентный режим, зона гидравлически гладкого трения	234,05
100	909,5	17,89	19241341	0,636	0,81	45308	Турбулентный режим, зона гидравлически	225,12

Т,

⁰ С

ρ, кг/м³

v , сСт

Q, м³/год

Q, м³/сек

W, м/с

Режим течения

∆H, м/300 км

гладкого трения

110

902,6

14,7

19388433

0,641

0,82

55561

Турбулентный режим, зона

гидравлически гладкого трения

217,21

На основании результатов расчета, можно сделать вывод, что при повышении температуры нагрева нефти уменьшается вязкость и как следствие гидравлические потери.

Считаю оптимальной температуру нагрева нефти Карабикуловского месторождения - не более 65 0 С, т.к. дальнейший нагрев нефти нецелесообразен, ввиду того что вязкость уменьшается незначительно.

Список литературы Исследование влияния температуры нагрева нефти на гидравлическое сопротивление в трубопроводе при перекачке высоковязких нефтей

Дегтерев В.Н. Перекачка высоковязких и застывающих нефтей. Самара. ВК-Транс 2006. 144 С.

Статья научная