Пути решения проблемы очистки нефтепроводов от парафина и других отложений

В процессе эксплуатации происходит постепенное уменьшение пропускной способности трубопроводов в связи: с накоплением отложений парафина, повышением шероховатости стенок труб в результате их внутренней коррозии и накопления продуктов коррозии и механических примесей, а также скопления в низких местах трубопроводов воды, а в верхних точках трубопроводов воздушных пробок. Уменьшение пропускной способности ведет к резкому снижению эффективности работы трубопроводов, существенному увеличению затрат на прокачку нефтесодержащей жидкости. Накопление отложений в продуктопроводах, кроме этого приводит к ухудшению качества перекачиваемых продуктов из-за загрязнения их механическими примесями [1].

С целью поддержания пропускной способности и предупреждения скапливания воды и внутренних отложений, а также для подготовки участка нефтепровода к внутритрубной инспекции и повторным испытаниям должна проводиться очистка внутренней полости магистрального нефтепровода пропуском очистных устройств. Посторонние предметы остаются в полости нефтепровода при некачественной его очистке в процессе строительства и сдачи в эксплуатацию. Вода и газ накапливаются в полости нефтепровода из-за неполного удаления их в процессе испытания и пуска нефтепровода в эксплуатацию. Образование скопления воды происходит также за счет выделения ее из транспортируемой нефти.

Парафиновые отложения представляют собой многокомпонентную углеводородную смесь, состоящую из твердых метановых углеводородов. Образование отложений является результатом двух процессов: закрепления частиц на стенках труб и отрыва их потоком жидкости. В зависимости от интенсивности того и другого процесса может иметь место парафинизация, размыв или состояние динамического равновесия. Парафиновые отложения приводят к затрудненной пропускной способности нефтепровода. Для поддержания пропускной способности следует проводить профилактические мероприятия и очистку нефтепровода от отложений [3].

Причины образования отложений парафина состоят в том, что находящиеся в составе нефти и нефтепродуктов углеводороды с числом атомов углерода большим, чем 15 при обычных температурах являются твердыми веществами. Их выделение из жидкой фазы происходит в соответствии с дифференциальной кривой кристаллизации, показывающей, какая часть парафина (по массе) становится твердым веществом при различных температурах Для восстановления и поддержания пропускной способности нефтепроводов, необходимо выполнить комплекс работ по очистке внутренней полости нефтепроводов от отложений, загрязнений, посторонних предметов. Также при использовании очистных устройств необходимо учитывать труднодоступные места и переменное сечение нефтепроводов, места сварных швов. Для проведения очистных мероприятий используются очистные устройства различных конструкций. Выбор очистного устройства проводится по их техническим характеристикам с учетом конструкции конкретного нефтепровода и в зависимости от вида отложений и загрязнений установлен ряд закономерностей парафинизации нефтепроводов в лабораторных и промышленных условиях:

• •    с повышением содержания в нефти тугоплавких углеводородов интенсивность парафинизации возрастает;

• •    с увеличением скорости перекачки толщина отложений сначала несколько возрастает, а затем уменьшается;

• •    чем ниже температура нефти по отношению к температуре начала кристаллизации, тем интенсивность отложения парафинов выше;

• •    с увеличением разности температур потока и стенки или с понижением температуры потока при неизменной температуре стенки скорость роста отложений повышается;

• •    при высоких температурах откладываются наиболее тугоплавкие углеводороды, и наоборот, при низких температурах в отложениях содержатся наименее тугоплавкие парафины

• •    влияние качества обработки стальных поверхностей на их парафинизацию происходит только на начальной стадии процесса;

• •    по длине нефтепровода отложения размещаются неравномерно: сначала их толщина в направлении потока увеличивается, достигает максимума, а затем уменьшается;

• •    зона максимума отложений соответствует температуре начала массовой кристаллизации парафинов;

• •    фракционный состав отложений по длине нефтепровода неодинаков: ближе к началу нефтепровода в них много тугоплавких парафинов, а ближе к концу – менее тугоплавких;

• •    наибольшее снижение производительности нефтепровода вследствие парафинизации происходит летом, в связи с повышением температуры воздуха [3-4].

Из перечисленных закономерностей видно, что при перекачке стабилизированных нефтей и нефтепродуктов основное влияние на динамику парафинизации нефтепроводов оказывают температурный режим и скорость перекачки, а также состав парафинов. Процесс формирования отложений на стенках труб представляется следующим – при движении в нефтепроводе нефть (нефтепродукт) постепенно охлаждается, и при определенной температуре из нее начинают выпадать твердые углеводороды. Данный процесс протекает, как в потоке, так и на более холодной стенке труб. Причем часть кристаллов парафина, образовавшихся в потоке, также отлагается на стенке вследствие соударений с нею. С увеличением скорости при развитом турбулентном режиме перекачки интенсивность образования отложений парафина уменьшается. Это объясняется тем, что с ростом скорости нефть (нефтепродукт) лучше удерживает кристаллы парафина во взвешенном состоянии, а кроме того, возрастает возможность смыва отложившегося парафина с поверхности труб. Однако толщина отложений уменьшается и при числах Рейнольдса менее 4000 [4-5].

В зависимости от свойств перекачиваемой нефти – вязкости, плотности, содержания парафина, скорости потока нефти, сезонных изменений температуры нефти, интенсивности отложения парафина на стенках нефтепровода, устанавливаются следующие виды очистки:

• •    периодическая (плановая) – выполняется при текущей эксплуатации, с целью удаления парафиновых отложений для обеспечения плановых показателей пропускной способности нефтепровода и энергозатрат на перекачку нефти, удаления скоплений воды, с целью предупреждения развития внутренней коррозии нефтепроводов;

• •    внеочередная (внеплановая) – выполняется при увеличении по сравнению с плановыми энергозатратами, уменьшении пропускной способности, уменьшении эффективного диаметра нефтепровода;

• •    преддиагностическая – выполняется для обеспечения необходимой степени очистки внутренней полости нефтепровода для проведения внутритрубной диагностики[5].

Для очистки внутренней полости нефтепровода от асфальто-смолопарафинистых и грязе-парафинистых отложений и для вытеснения продукта и инородных предметов из полости нефтепровода используются очистные устройства. При выборе очистного устройства необходимо учитывать его технические характеристики и характеристики нефтепровода. Способ очистки механическими средствами (очистными устройствами) имеет ряд недостатков при эксплуатации, таких как: частые пропуски в полости нефтепровода, что приводит к скапливанию парафина; не полное удаление механических примесей и воды из полости нефтепровода. Также применение очистных устройств не возможно на участках трубы не оборудованной камерами пуска и приема средств очистки и диагностики. Кроме того, очистные устройства менее эффективны в нефтепроводах с переменным сечением [5-6].

В ходе проведенных исследований, было выявлено, что химический способ очистки внутренней полости нефтепроводов более эффективный и менее затратный. При проведении периодических очисток химическим способом, ингибитор коррозии отлично очищает внутреннюю полость нефтепровода и защищает стенки трубы от коррозии. Данный метод эффективен для нефтепроводов с переменным сечением, так как реагент проходит в потоке жидкости по сужениям, гнутым участкам, задвижкам. В экономической части проекта, где проведены сметные расчеты затрат, было выявлено, что химический метод очистки более экономичен в сравнении с механическим способом, выступает химическая очистка нефтепроводов. Пропуск химического реагента совместно с очистными устройствами позволяет добиться требуемой чистоты внутренней поверхности нефтепровода с переменным сечением. Химический реагент эффективно удаляет сложные отложения, включающие в себя такие составляющие, как, механические примеси, продукты коррозии, асфальто-смоло-парафинистые отложения и позволяет:

• •    безопасно выполнить комплексный ремонт и восстановление нефтепровода без угрозы загрязнения окружающей среды, которое могло возникнуть при повреждении нефтепровода;

• •    осуществить консервацию нефтепровода с обеспечением некоррозионного состояния внутренней полости при последующем заполнении нефтепровода азотом;

• •    исключить всевозможные экологические риски в дальнейшем при консервации;

• •    использовать нефтепровод в дальнейшем для транспортировки нефти, нефтепродуктов [6].

Заключение. При эксплуатации нефтепроводов происходит постепенное уменьшение их пропускной способности в связи: с накоплением отложений парафина, повышением шероховатости стенок труб в результате их внутренней коррозии и накопления продуктов коррозии и механических примесей, а также скопления в низких местах трубопроводов воды, а в верхних точках трубопроводов воздушных пробок. Для поддержания пропускной способности необходимо проводить профилактические мероприятия и очистку нефтепровода от отложений.

При выборе очистного устройства необходимо учитывать его технические характеристики и характеристики нефтепровода. Способ очистки механическими средствами имеет ряд недостатков при эксплуатации, таких как: частые пропуски в полости нефтепровода, что приводит к скапливанию парафина; не полное удаление механических примесей и воды из полости нефтепровода. В случае, если применение очистных устройств невозможно на участках нефтепровода, не оборудованных таким образом, применяются гелевые системы очистки. Химический способ очистки внутренней полости нефтепроводов более эффективен для нефтепроводов с переменным сечением, Химический реагент эффективно удаляет сложные отложения, включающих в себя такие составляющие, как, механические примеси, продукты коррозии, асфальто-смолопарафинистые отложения.