Технологии вибровоздействия на нефть с целью восстановления ее транспортабельных свойств

4.4. Технологии вибровоздействия на нефть с целью восстановления ее транспортабельных свойств

Большие проблемы возникают при перекачке высоковязких и парафинистых нефтей из-за высокого гидравлического сопротивления трубопровода. Особенно, если высокопарафинистые нефти в условиях эксплуатации проявляют тиксотропные свойства, т.е., при определенных условиях (низкие температуры, состояние покоя) способны образовывать структуру, при которой происходит потеря текучести.

Причиной являются характерные особенности высокопарафинистых нефтей:

- высокая температура застывания (до 315 К);

- структурирование потока при температурах, близких к температуре застывания, а при дальнейшем охлаждении полная потеря текучести;

- высокая адгезия нефти в "застывшем" трубопроводе;

- резко изменяющиеся в зависимости от внешних факторов и способа подготовки реологические параметры нефти (предельное напряжение сдвига, вязкость, тиксотропия и т. д.).

При транспорте высокопарафинистых нефтей особое место занимает также вопрос откачки нефти из земляных амбаров, которые заполняются при аварийных ситуациях. Попытки подогрева нефтей в амбарах с помощью горячего размыва, трубчатых передвижных подогревателей, циркуляционного, водогрейного и высокотемпературного, электрического способа, трубчатыми низкочастотными виброподогревателями не привели к успеху прежде всего вследствие сложности монтажа и обслуживания, а также в связи с технологическими и энергетическими трудностями при разогреве больших поверхностей и масс нефти.

Такие нефти практически невозможно откачать из резервуаров и нефтяных амбаров, так как при низких температурах они превращаются в твердое тело.

Вибрация применяется:

- в качестве способа воздействия на нефть с целью придания ей транспортабельных свойств. Применение вибрирующих подогревателей увеличивает эффект;

- для снижения напряжения сдвига при "страгивании" застывшей нефти в трубопроводе. За счет вибрации стенки трубы уменьшается напряжение сдвига застывшей высокопарафинистой нефти в трубопроводе. При этом разрушение структуры парафина начинается в тонком пристеночном слое, что и способствует сдвигу и началу движения нефти.

- как средство разрушения структуры при обработке нефтей, длительно хранившихся и застывших в земляных амбарах и резервуарах. Здесь, в качестве технического решения, позволяющего создавать регулируемые высокие скорости сдвига при виброобработке высокопарафинистой нефти, принято вибросито из проволочной сетки или перфорированного листа. Вибросито обеспечивает двойной эффект: с одной стороны, высокую скорость сдвига в ячейках - средство разрушения структуры; с другой стороны, виброэлемент создает объемную деформацию среды и передает мощность ей в форме вибрационного поля, что также вызывает разрушение структуры и снижение вязкости.

4.4.1. Устройство для виброобработки нефти при откачке из нефтехранилищ

Проблема откачки высокопарафинистой нефти из амбаров весьма актуальна, так как длительное хранение нефти в них загрязняет окружающую среду, приводит к ухудшению химического состава и реологических свойств нефти. В первый год нахождения в амбарах нефть теряет более 15 % массы, причем наиболее ценные легкие фракции, что приводит к повышению температуры застывания нефти, увеличению вязкости, возрастанию процентного содержания парафинов и асфальтенов и т. п.

Для откачки нефти из земляных емкостей (амбаров) можно применять способ подготовки высокопарафинистых нефтей для перекачки (А.с. 571657) и устройство для его реализации (А.с. 612101). Сущность способа подготовки состоит в том, что нефть подвергают обработке виброситом (рис. 14.1) с частотой колебаний 20 - 250 Гц в течение 30 - 60 с. Размер ячеек вибросита 1,5 - 8 мм.

Рисунок 14.1 – Устройство для откачки нефти из резервуара

Вибросита перемещают в нефти. В результате создаются скорости сдвига около 3000 с-1 и более и разрушается парафинистая структура нефти в зоне контакта с ситом. Нефть становится текучей и подается на всасывающий патрубок откачивающего насоса. Такой способ эффективен при температуре нефти и окружающего воздуха на 5 - 10 К ниже температуры застывания нефти. Виброразрушитель в нефти можно перемещать с помощью тросов и лебедок, при этом скорость перемещения выбирают из условия разжижения нефти до состояния, необходимого для откачки насосом. Для увеличения скоростей сдвига следует либо увеличить параметры вибрации, либо уменьшить гидравлический радиус ячейки сита.

Вибросито имеет конструкцию в виде полусферы из сетки, при помощи полосовой стали прикрепленной к корпусу вибратора. Опытно-промышленный образец вибросита выполнен из проволочной сетки с ячейкой Rг = 0,75 мм, толщина проволоки 1 мм. Для обеспечения скорости сдвига γв = 3000 с-1 выбраны параметры вибрации: а = 1 мм, n = 125 Гц. В качестве привода вибросита применен пневматический серийный вибратор ИВ-16, который при амплитуде колебаний 0,9—1,25 мм создает частоту 80—130 Гц. Нефть обрабатывали путем многократного (2—10 раз) продавливания через нее вибросита. Скорость перемещения вибросита составляла 0,01—0,02 м/с. Устройство позволило проводить виброобработку нефти при числах Струхаля Sh = 4000…10000, достаточных для поддержания времени тиксотропного восстановления структуры в пределах 2 сут.

Впервые натурные испытания опытно-промышленного образца вибросита проводили на экспериментальном амбаре размером 26х13х2 м. Сжатый воздух подавали от передвижного компрессора ЗИФ-55. Давление воздуха 0,4— 0,6 МПа, расход воздуха 0,02—0,03 м3/с. Вибросито перемещали при помощи лебедок. Виброобработке подвергали нефть с температурой застывания 303 К, содержанием парафина 19 %, при температуре 293—302 К. Испытания показали, что данный способ виброобработки высокопарафинистой нефти в целях откачки из амбара пригоден для применения в летних условиях.

Виброобработку этим способом успешно применили для откачки нефти из двух амбаров вместимостью по 7000 м3, в которых нефть хранилась около 4 лет. В результате температура застывания ее составила 309 К, структура значительно упрочнилась. Поэтому было принято решение выполнить каркас устройства из трубы диаметром 20 мм и пропускать по нему теплоноситель. Такое виброустройство (А.с. 612101) со змеевиковым подогревателем позволило эффективно обработать амбарную нефть с высокопрочной парафиновой структурой при более низких температурах.

Примененная схема виброобработки нефти показана на рис. 14.2. Виброустройство 1 подвешено на тросах 7 четырех лебедок 2, расположенных на бруствере. Пульт 8 управления лебедками также расположен на бруствере, за которым установлены откачивающие центробежные насосы 3, воздушный компрессор 4 для привода вибратора и передвижная паровая установка 5. Воздух и пар для работы вибратора подаются по шлангам 6 (воздуховод и паропровод).

Подготовка нефти к откачке осуществляется следующим образом. Включается в работу виброустройство. Перемещение его по поверхности нефти, погружение и подъем (регулирование глубины погружения) проводят с пульта управления лебедками путем попеременного их включения. Привод электродвигателей лебедок реверсивный. Передвижную паровую установку используют, как правило, не более 3 ч в сутки при откачке нефти в две смены. Виброустройство, перемещаясь в нефти, разжижает ее до текучего состояния. В результате в амбаре образуется "траншея" с жидкой нефтью, по которой последняя стекает к приемному патрубку насоса.

Рисунок 14.2 - Схема виброобработки нефти в земляном амбаре

Виброобработка позволяет откачивать нефть из амбара также в отсутствие интенсивной солнечной радиации (в утренние и вечерние часы) с подачей 10—20 м3 /ч, что в 4—5 раз быстрее, чем при использовании только солнечной радиации.

4.4.2. Устройства для виброобработки нефти в трубопроводе

Размеры виброустройств ограничены диаметром трубопровода, по которому перекачивается высокопарафинистая нефть. А режим виброобработки предопределен скоростью перекачки, которая обычно находится в пределах 0,3—1 м/с. Дополнительные необходимые условия - пониженная (ниже точки застывания) температура нефти, поскольку лишь при этом виброобработка эффективна, а также достаточное для перекачки от одного объекта до другого время тиксотропного восстановления структуры после виброобработки.

На основе физического моделирования и экспериментальных исследований были разработаны на уровне изобретений устройства виброобработки высокопарафинистой нефти, устанавливаемые внутри нефтепроводов (А.с. 868231, 868232, 868233) .

Особенность этих устройств заключается в том, что они состоят из набора сит, каждое последующее из которых позволяет увеличить скорость сдвига, создаваемую предыдущим ситом. При этом скорость сдвига от сита к ситу меняется ступенчато, например от 103 до 5·103 с-1. Кроме того, набор сит позволяет увеличить время виброобработки. Сита можно выполнять в виде сферы (или полусферы) и другой формы.

Более простым в изготовлении является устройство, показанное на рис. 14.3. Сита выполнены из сетки с размером ячеек 6—8 мм. Для ступенчатого уменьшения живого сечения ячеек от сита к ситу в арифметической прогрессии сита смещены одно относительно другого в поперечной плоскости. Каждое последующее сито установлено с поворотом относительно предыдущего на 10—35°. Все сита закреплены на одном многозвенном виброшатуне 2, выполненном в виде колец. Виброшатун приводится в колебательное движение при помощи эксцентриков 5, закрепленных на приводном валу 9.

Рисунок 14.3 - Схема устройства для виброобработки нефти в трубопроводе:

1 — виброустройство; 2 — виброшатун; 3 — ведущее звено виброшатуна; 4, 8 — втулки; 5 - эксцентрики; 6 - шпильки; 7 - гайки; 9 - вал; 10 - трубопровод; 11 - лазы

При увеличении числа сит возрастает время и эффективность виброобработки. Но вместе с этим растет гидравлическое сопротивление.

Вибросита кольцевые. При увеличении диаметра нефтепровода возможна организация перекачки нефти в структурном режиме с центробежным ядром застывшей нефти. Для этой цели разработано устройство, в котором все сита выполнены в виде колец. В этом устройстве виброобработке подвергается не весь поток, а только пристенный слой толщиной, равной ширине колец сита. Следует заметить, что на практике при перекачке нефти при больших давлениях надежность проволочных сит невысока. Более целесообразным является применение стальных дырчатых листов толщиной не менее 3 мм.

Вибросита цилиндрические. Для увеличения времени виброобработки и снижения гидравлического сопротивления самого вибросита при обработке нефти в тонком пристенном слое целесообразным будет устройство (А.с. 1158817), в котором сито выполнено в виде тела вращения (длинного цилиндра). В этом устройстве вибрация на сито передается от вибратора, закрепленного на наружной поверхности трубопровода, через стенку трубопровода и амортизаторы. Длина цилиндрического сита может составлять десятки метров.

При этом высокопарафинистая структурированная нефть, продавливаемая по трубопроводу при температуре ниже или порядка застывания, испытывает в пристенном слое двойное воздействие — от поверхности трубопровода и сита,

Гидравлическое сопротивление такого устройства значительно меньше, так как загромождение живого сечения трубопровода незначительно, а степень разрушения структуры и снижения вязкости в пристенном слое больше за счет увеличения зоны контакта нефти и сита.

Вибросита в потоке нефти. Сотрудники Куйбышевского политехнического института совместно с инженерами управления приволжскими магистральными нефтепроводами разработали техническое задание и технические условия на устройство виброобработки высокопарафинистой нефти в потоке для магистрального нефтепровода диаметром 700 мм (рис. 14.4). Четыре кольцевых вибросита 7 устанавливают внутри катушки с фланцами 5. Привод осуществляется от электродвигателя 1 взрывобезопасного исполнения типа ВАО-62-2, установленного на специальной раме-кожухе.3, которая при помощи муфты 2 соединяется с приводным валом 4 кольцевых сит. Последние изготавливают из перфорированного листа толщиной 6 мм. Эксцентрик 8 вала приводит в возвратно-поступательное движение вдоль потока раму и сита. Размер ячеек уменьшается от сита к ситу от 12 до 4 мм. Все сита жестко закреплены на раме-шатуне и между собой при помощи шпилечных, болтовых и сварных соединений. Сита устанавливают в трубопроводе 6 с зазором 3 мм от внутренней поверхности катушки. Рамы с ситами монтируют на четыре подвижных рольганга, по которым она и совершает возвратно-поступательное

Рисунок 14.4 - Схема устройства для виброобработки высокопарафинистой нефти в потоке для магистрального нефтепровода

Рисунок 14.5 - Схема устройства для вибрации участка трубопровода

движение вдоль потока. Устройство устанавливают на обводной линии магистрального нефтепровода.

Виброустройства для разрушения пристеночного слоя. Для виброобработки пристенной зоны трубопровода с застывшей высокопарафинистой нефтью было разработано устройство (А.с. 932096), в котором осуществляется вибрация самого трубопровода (волновода), (рис. 14.5).

К волноводу 1 под некоторым углом (10 - 90°) жестко прикреплены фланцы 2 с отверстиями и кольцевой коллектор 3 с изогнутыми в радиальном направлении соплами 4. Сжатый воздух подается в коллектор по патрубку 8. Коллектор и фланцы закрыты обоймой 5, в которой движется полый шарик 6 с отверстиями. Ось отверстия шарика смещена относительно его центральной оси, что обеспечивает упругие колебания, которые передаются от обоймы к волноводу (трубопроводу). Фланцы крепят к обойме при помощи болтов 7. Оси сопел наклонены к оси волновода под углом в направлении выхода воздуха и изогнуты так, чтобы обеспечить максимальное давление на шарик. Зазор между наружной кромкой сопла и поверхностью беговой дорожки обоймы на 2—3 мм больше диаметра шарика.

Устройство работает следующим образом. Сжатый воздух под давлением 300—500 кПа подается по патрубку 8 в канал кольцевого коллектора 3 через сопло 4 и приводит в движение полый шарик 6, который одновременно вращается как вокруг собственной оси, так и вокруг волновода 1, перемещаясь по обойме 5. Упругие колебания, возникающие в обойме 5, носят ударный характер, обусловливаемый как высокой скоростью перемещения и вращения шарика, так и смещением его центра тяжести. Колебания передаются на волновод. Вибровоздействия разрушают кристаллическую решетку застывшей высокопарафинистой нефти в пристенном слое и резко уменьшают ее вязкость. Колебания трубопровода способствуют также уменьшению структурообразований и парафинистых отложений в зоне вибровоздействий. Эффективный диапазон частот устройства находится в пределах 200—800 Гц, амплитуда колебаний в пределах 10—600 мкм.

На промышленных трубопроводах были испытаны пневматические виброустройства, серийные дебалансные вибраторы с электроприводом типов ИВ-19, ИВ-21, ИД-91 -IV и глубинные типа ИВ-47.

Виброустройства были установлены и прошли опробование на различных объектах:

- на трубопроводе диаметром 168 мм при откачке нефти из нефтехранилища;

- на вводных и выводных участках печей подогрева нефти;

на подземном трубопроводе диаметром 462 мм и длиной 2600 м;

- на надземном трубопроводе диаметром 529 мм и длиной 2000 м.

Замеры показали, что распространение колебаний по длине подземного трубопровода диаметром 462 мм незначительно: амплитуда колебаний трубопровода при удалении от места установки вибратора на 100 м снизилась с 80 до 40 мкм, а частота — с 390 до 200 Гц. По надземным трубопроводам вибрация распространяется с меньшим затуханием на большие расстояния: амплитуда на расстоянии 2000 м от места установки вибратора снизилась с 960 до 360 мкм, а частота колебаний практически осталась на прежнем уровне.

Давление сдвига на трубопроводах при вибрации снижаются в несколько раз. Проводили опытные пуски застывших нефтепроводов печей подогрева нефти Г9П02В после длительной остановки при температуре окружающей среды, на (20—40) К меньшей температуры застывания нефти. На вводах в печь были жестко установлены при помощи специальных ложементов и хомутов серийные вибраторы типа ИВ-47. Давление сдвига, осуществляемое работой топливных насосов, при температуре наружного воздуха 263 К за счет вибрации снижалось с 490 до 130 кПа.

Недостатком описанных выше устройств виброобработки нефтей является то, что они представляют собой дополнительные элементы оборудования нефтепроводов. Кроме того, в некоторых из устройств накладывается вибрация на трубопровод, что снижает надежность самого трубопровода.

Механическое разрушение структуры. С целью повышения надежности трубопровода целесообразным следует признать устройства для разрушения структуры среды (нефти) без дополнительной вибрации, а лишь созданием высоких градиентов скорости (скорости сдвига), и по возможности с использованием установленного оборудования. Как показывает опыт, насосы, перекачивающие высокопарафинистую нефть при пониженных температурах, сами разрушают структуру нефти, снижая ее вязкость. Применением дополнительных сит (решеток) в насосах можно увеличить эффект разрушения структуры.

Повышение эффективности диспергирования при перекачке высокопарафинистых нефтей обеспечивается центробежным насосом. В этом насосе на входе и выходе рабочего колеса установлены перфорированные кольца, а в отводе - перфорированные перегородки. При окружных скоростях, которые обычно имеют место в центробежных насосах, можно создать градиенты скорости в ячейках перфорации колец ≥ 104 с-1. Проведенный анализ и промышленные эксперименты на объектах магистрального нефтепровода Узень-Гурьев-Куйбышев показывают, что применение способа и устройств виброобработки при снижении температуры подогрева нефти (в идеале - отказ от подогрева) может дать значительный экономический эффект, выражающийся в экономии ценного сырья – перекачиваемой нефти.

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Устройство для виброобработки нефти при откачке из нефтехранилищ. Устройство для откачки нефти из резервуара. Виброобработка нефти в земляном амбаре. Устройства для виброобработки нефти в трубопроводе. Устройство для вибрации участка трубопровода

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok