Технологии механической очистки нефтепроводов и молокопроводов

Развитие в 1960-1990 гг. трубопроводного транспорта как удобного и дешевого вида транспорта нефти и нефтепродуктов привело к созданию разветвленной сети трубопроводов, которая задействована во всем процессе добычи, обработки и распределения сырой нефти и нефтепродуктов. Однако одновременно с расширением сети остро проявились проблемы обеспечения надежности трубопроводов. Многочисленные аварии приводят как к огромным экономическим потерям, так и к экологическим катастрофам в местах разливов нефти [1].

В молочном животноводстве в настоящее время применяется широкий спектр доильных установок с молокопроводом для привязного содержания, все многообразие которых по конструктивным особенностям можно разделить на три группы. К установкам первого поколения относят установки типа АДМ-8 с торцевыми и, как правило, заглубленным расположением молочной. Установки типа АДМ-8А с центральным расположением молочной называют установками второго поколения. Молокопроводы первого и второго поколений выполняют стеклянными диаметром 38 мм. Третье поколение характеризуется молокопроводом из нержавеющей стали с увеличенным до 50 мм диаметром, молокоприемники размещены в животноводческом помещении. Вместе с тем в установках всех поколений основным и наиболее слабым звеном являются вакуумная система и система очистки молокопровода [2].

Материалы и методы исследования

Как известно, при перекачке парафиновых видов нефти на стенках труб происходит отложение парафина, который уменьшает проходное сечение трубопровода, что сказывается на производительности перекачки и может привести к полной закупорке трубопровода и остановке перекачки.

Научные исследования показали, что отложения располагаются вдоль нефтепровода неравномерно. На начальном участке нефтепровода, где температура выше температуры начала выпадения кристаллов парафина, его отложения незначительны. С понижением температуры парафин начинает интенсивно выделяться и откладываться на стенках трубы.

Затем толщина отложения парафина по длине нефтепровода уменьшается, так как нефть движется уже с постоянной температурой, равной температуре грунта, и основная масса парафина уже выпала из потока, отложившись на предыдущем участке.

Процесс застывания начинается у стенок трубы и постепенно распространяется к центру.

Отложение парафина по диаметру трубопровода также происходит неравномерно: в нижней части трубопровода парафина откладывается меньше, чем в его верхней части. Это объясняется тем, что верхняя поверхность трубы имеет более низкую температуру и что механические примеси сдирают с нижних стенок трубопровода отложившийся парафин.

Для поддержания пропускной способности нефтепровода требуется проводить профилактические мероприятия по предупреждению отложений парафина или очистку трубопровода от отложений парафина. В настоящее время применяются практически оба способа [3].

К профилактическим мероприятиям относятся:

• -    исключение закачки в трубопровод накопившейся в резервуарах парафинистой взвеси (шлаков);

• -    проведение в соответствии с ГОСТ 1510 ежегодных зачисток резервуаров от остатков нефти;

• -    применение термообработки высокопарафинистой нефти, которая заключается в подогреве нефти до определенной для каждого сорта температуры и охлаждении;

• -    смешение высокопарафинистой нефти с маловязкой или малопарафинистой нефтью;

• -    механическое перемешивание и перекачка переохлажденной нефти, чтобы кристаллы парафина вместе с адсорбированными на них смолами не могли цементироваться друг с другом, прилипать к стенкам трубопровода и уносились потоками нефти;

• -    введение специальных присадок в высокопарафинистую нефть, повышающих текучесть нефти, и другие способы.

Наиболее распространенным и эффективным способом очистки внутренней поверхности нефтепровода от отложений парафина является механическая очистка с применением специальных скребков, чистящими элементами которых являются всевозможные диски, ножи и проволочные щетки. Скребки разных конструкций различны по эффективности удаления отложений со стенок труб, по износостойкости и проходимости.

Износостойкость характеризуется эффективной длиной очистки трубопровода. В настоящее время при регулярной очистке нефтепровода металлические очистные скребки могут без чрезмерного износа проходить до 100 км [4].

Например: скребок очистной СКР 4 (рис. 1) акционерной компании по транспорту нефти «Транснефть» предназначен для очистки внутренних поверхностей трубопроводов от парафиносодержащих отложений, мусора, металлических предметов и продуктов коррозии. Скребок помещается в очищаемый трубопровод и двигается вместе с потоком перекачиваемого продукта, производя очистку внутренней поверхности трубопровода.

Рисунок 1 - Скребок очистной СКР 4

Проходимость скребков характеризуется способностью проходить через различные препятствия внутри трубопровода – задвижки, переходы, подкладные кольца, фланцы, выступы корней сварочных швов и т.д.

Для безостановочного прохождения скребков требуется определенное давление и скорость потока не менее 1,2–1,5 м/с. Поэтому дежурный персонал должен строго следить за режимом перекачки. Также должен осуществляться постоянный контроль за продвижением скребка по длине трубопровода. Для контроля продвижения скребка применяются различные приборы слежения. Широкое распространение получил переносный звукоуловитель, состоящий из микрофона, усилителя и наушников.

Хорошей проходимостью обладают шарообразные резиновые разделители типа СН. Изготавливается такой очистной скребок из износоустойчивой резины с пластиковыми и металлическими резцами закругленной формы, запрессованными во внешнюю оболочку скребка. Скребок имеет клапан, через который закачивается рабочая жидкость. Под давлением рабочей жидкости наружный диаметр скребка увеличивается и резцы выступают над поверхностью. Резцы расположены таким образом, что скребок, находясь в любом положении в полости трубопровода, очищает всю его внутреннюю поверхность. Применяются также резиновые шары, оплетенные металлической стальной цепью.

Оптимальная периодичность пропуска скребков по нефтепроводу определяется экономическими соображениями. Отложение парафина в нефтепроводе вызывает снижение пропускной способности и увеличивает убытки. Эти убытки возрастают с ростом интервала пропуска очистительных устройств. Убытки возрастают и при уменьшении интервала пропуска скребков за счет увеличения затрат на их приобретение. Оптимальная периодичность пропуска скребков соответствует варианту, когда сумма убытков от запарафинивания нефтепровода и приведенных затрат на пропуск скребков минимальна.

В молочном животноводстве наиболее эффективным является гидромеханическая очистка [5]. Одним из перспективных методов интенсификации является разработка устройства с вращающимися рабочими органами.

Некоторые исследователи предлагали в качестве интенсификатора потока создавать винтовое движение жидкости за счет установки в трубопровод специальных завихрителей. Однако данный эффект оказался малозначительным и действовал лишь на начальном участке движения жидкости, переходя впоследствии в обычный режим.

Чистящий эффект поролоновых пыжей не раз подчеркивался исследователями и маши-ноиспытателями при государственных испытаниях доильных установок. На рисунке 2 представлен поролоновый «пыж».

Рисунок 2 – Поролоновый «пыж»

Подобное устройство «двукомплексная система механической очистки трубопроводов» (рис. 3) было разработано немецкой фирмой Kieselmann Anlagenbau GmbH [6]. Оно вытесняет продукт из трубопроводов при использовании одной и той же технологической линии для производства небольших партий продуктов или для максимального использования дорогостоящего продукта перед проведением безразборной мойки.

Рисунок 3 – Скребок фирмы Kieselmann Anlagenbau GmbH

Однако «пыж» и двукомплексный скребок в основном выполняют функцию удаления остатков продукта и моющих средств из молокопровода. Поэтому нами была поставлена задача разработать устройство с вращающимся «пыжом» или другим чистящим устройством, которое совершало бы как поступательные, так и вращательные движения, создавая эффект «щетки», одной из самых эффективных очистителей различных поверхностей. При этом возможны различные варианты привода очистителя: электрический, гидравлический и пневматический [7]. Наиболее естественным является пневматический привод от движущегося потока воздуха, под действием разряжения, создаваемого в молокопроводе. Нами было разработано устройство с активными рабочими органами для очистки молокопровода, состоящее из приводного элемента, соединительного звена и устройства очистки (рис. 4).

Расчет устройства очистки

Теоретически данное устройство может быть рассчитано на основе теории осевых вентиляторов и винтовых двигателей, создающих воздушный поток вращающимся винтом. В рассматриваемом нами случае решается обратная задача, когда приводной элемент, воспринимая воздушный поток, заставляет вращаться чистящее устройство («пыж»), имеющее внутренние каналы для отвода воздуха. При этом «пыж» под действием перепада давлений совершает также поступательное движение по трубопроводу. В этом случае моющий раствор нужен только для «смазывающего» эффекта, который будет вращаться вместе с «пыжом», совершая винтовое движение и эффективно очищая внутреннюю поверхность молокопровода.

Рисунок 4 – Схема расчета устройства очистки молокопровода: 1 – приводной элемент; 2 – соединительное звено; 3 – устройство очистки

Воздушный поток «Q» воздействует на приводной элемент (1), выполненный в виде лопастного вентилятора, создает вращательный момент «М вр », который через соединительное звено (2) приводит во вращательное движение устройство очистки «пыж» (3), в котором имеются внутренние каналы для прохода воздушного потока. Очевидно, что справа от устройства в трубопроводе действует вакуумметрическое давление Р вак , а слева устройства на входе трубопровода - атмосферное давление Р атм . Скорость воздушного потока, поступающего на приводной элемент, будет пропорциональна разности давлений (Р атм – Р вак ).

Данная схема предусматривает промывку доильных аппаратов отдельно, но параллельно с молокопроводом. При этом промывка доильных аппаратов проводится согласно требованиям завода-изготовителя, а промывка молокопроводов ведется с использованием небольшого количества воды с применением моющих средств, а также электрического устройства для очистки внутренней поверхности молокопровода. Схема устройства представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 – Схема устройства очистки молокопровода:

1 – молокопровод; 2 – электропривод; 3 – центрирующее устройство для движения;

4 – соединительное звено; 5 – очиститель

Принцип работы устройства

Электропривод через соединительное звено приводит в действие очиститель, выполненный в виде «щетки». У очистителя, приведенного во вращательное движение, создается эффект «аэросаней», и он начинает медленно двигаться вперед, увлекая за собой электропривод, который опирается на устройство для движения, которое выполнено в виде подпружиненных колес. Следует отметить, что в молокопровод подается небольшое количество моющей жидкости для смачивающего эффекта. Следует отметить, что слева от устройства в начале движения устройства действует атмосферное давление, а справа - вакуум. Таким образом, по трубе слева направо движется воздушный поток, который увлекает за собой устройство очистки мо-локопровода в случае слабого действия очистителя.

Результаты исследования

Результаты показывают, что годовые затраты на мойку молокопровода в новом варианте сокращаются более чем на 300 часов в год по сравнению с серийной мойкой. Рост производительности оператора мойки составляет 17 %.

Источниками годового экономического эффекта является сокращение удельных производственно-эксплуатационных затрат при использовании нового варианта системы мойки на 12,8 % за счет уменьшения затрат на электроэнергию, воду и моющие средства, а также 5 %-ное увеличение количества молока, сдаваемого первым и высшим сортами.

Заключение

Таким образом, технологии механической очистки нефтепроводов и молокопроводов качественно похожи. Особенность очистки молокопроводов заключатся в том, что при очистке на их внутренней поверхности не должно образовываться никаких повреждений.