Аннотация
В работе проведен анализ влияния парафинов на свойства нефти. Изучены состав и свойства асфальтосмолопарафиновых отложений, механизм парафинизации трубопровода и факторы, влияющие на этот процесс.
Выполнен расчет толщины отложений на стенках трубопровода в зависимости от различных факторов, по результатам которого проведен анализ влияния технологических параметров перекачки на эффективность транспортировки высокопарафинистых нефтей.
Содержание
Введение. 8
1. Влияние парафинов на свойства нефти.. 9
2 Состав и свойства асфальтосмолопарафиновых отложений.. 10
3 Механизм парафинизации трубопровода и факторы, влияющие на процесс. 14
4 Расчет влияния различных факторов на эффективность перекачки высокопарафинистой нефти.. 18
4.1 Сравнение толщины парафиновых отложений в «горячем» нефтепроводе и изотермическом нефтепроводе, работающем при средней температуре перекачки. 21
4.2 Оценка влияния на толщину парафиновых отложений температуры нагрева и температуры окружающей среды 22
4.3 Оценка влияния на толщину парафиновых отложений производительности перекачки. 23
4.4 Оценка влияния на толщину парафиновых отложений диаметра трубопровода. 24
4.5 Оценка влияния на толщину парафиновых отложений шероховатости внутренней поверхности труб. 25
4.6 Оценка влияния на толщину парафиновых отложений коэффициента теплопередачи. 26
5 Совместное влияние факторов на толщину парафиновых отложений.. 29
5.1 Совместное влияние разности температур нагрева и окружающей среды ΔT и производительности перекачки Q 29
5.2 Совместное влияние разности температур нагрева и окружающей среды ΔT и диаметра трубопровода D.. 31
5.3 Совместное влияние производительности перекачки Q и диаметра трубопровода D.. 34
Заключение. 36
Список литературы.. 38
|
|
Приложения.. 39
Проектное задание. 39
Введение
Нефти с высоким содержанием парафинов характеризуются обыкновенно положительной температурой застывания, невысокой плотностью, небольшой вязкостью при высоких температурах и значительной при близких к температуре застывания.Это связано с тем, что высокомолекулярные парафины, растворенные в такой нефти, имеют положительную температуру застывания и при охлаждении нефти они кристаллизуются, образовывая прочную пространственную решетку по всему объему жидкости. С дальнейшим понижением температуры прочность решетки повышается как за счет увеличения доли кристаллизовавшегося парафина, так и за счет повышения вязкости жидкой фазы нефти. Кроме того, решетка парафина имеет свойство упрочняться с течением времени.
Все эти свойства сильно затрудняют, а порой делают невозможной обычную изотермическую перекачку высокопарафинистых нефтей. Наиболее распространенным способом трубопроводной транспортировки таких нефтей является «горячая» перекачка.Данный способ предусматривает нагрев нефти перед закачкой в трубопровод и периодический подогрев нефти по мере остывания в процессе движения. Это позволяет поддерживать температуру нефти выше температуры застывания и тем самым препятствует образованию в ней решетки парафина. Особенностью работы «горячего» нефтепровода является переменная температура по длине участка между НПС. Температура нефти в трубе меняется вследствие теплообмена с окружающей средой и попутным подогревом за счет трения потока и скрытой теплоты кристаллизации потока.
В настоящее время в мире эксплуатируется более 50 “горячих” магистральных трубопроводов. Крупнейшим из них является нефтепровод Узень-Гурьев-Куйбышев.
«Горячие» трубопроводы, транспортирующие высокопарафинистые нефти сложнее в проектировании и эксплуатации, чем изотермические. На режим их работы может повлиять изменение свойств перекачиваемой нефти из-за изменения температуры по длине трубопровода, а также осаждение парафина на стенках трубопровода, которое возможно и при температуре выше температуры застывания нефти,что приводит к увеличению гидравлических сопротивлений в трубопроводе и снижению эффективности его работы.
|
|
Таким образом, цель данной работы: анализ влияния различных факторов на эффективность транспортировки высокопарафинистых нефтей.
Методика расчета
Толщину парафиновых отложений можно определить по формуле, предлагаемой в справочнике инженера по эксплуатации газонефтепроводов и продуктопроводов под редакцией д.т.н. Земенкова Ю.Д.
| (4.3) |
где:
Rн - содержание (растворимость) парафина в нефти, начальное;
R - содержание (растворимость) парафина в нефти, при температуре T,%;
Тнк - температура кристаллизации паарфина, 
;
Т -температура в месте определения толщины отложений, ;
Т0 - температура окружающей среды, ;
-время работы трубопровода, с;
-плотность нефти,;
- плотность парафина, кг/м3;
- показатель интенсивности отложений парафина, 1/м;
- расстояние от точки начала парафинизации до места определения толщины отложений, м;
Температура в каждой точке горячего нефтепровода может быть определена по формуле:
| (4.4) |
где T – температура нефти на расстоянии l от начала участка, °С;
T0 – температура грунта, °С;
b – температура трения, °С;
Tн – температура в начале участка, °С;
а – показатель крутизны падения температуры, 1/м;
| (4.5) |
| (4.6) |
Q – производительность перекачки, м3/с;
ρ – плотность нефти, кг/м3;
k – полный коэффициент теплопередачи, Вт/м2·° С;
D – диаметр трубопровода, м;
i – коэффициент гидравлического уклона, можно определить по формуле Лейбензона:
| (4.7) |
β, m – коэффициенты Лейбензона, зависящие от режима течения и зоны трения;
ν – вязкость нефти, м2/с;
С*М – удельная эффективная массовая теплоемкость нефти, Дж/кг С °
| (4.8) |
См – удельная теплоемкость нефти, м3/с;
– доля выпадающего парафина при снижении температуры до t;
x – скрытая теплота кристаллизации парафина, Дж/кг;
tнп – температура начала кристаллизации парафина, °С;
t – температура, для которой известно , °С.
Показатель интенсивности отложения парафина зависит от диаметра трубопровода, физических свойств нефти и скорости ее течения:
 )
| (4.9) |
где AY, bП – постоянные для данной системы показатели,
| (4.10). |
Заключение
В работе были проанализированы свойства высокопарафинистых нефтей, состав, свойства и механизм образования отложений на внутренней поверхности нефтепровода, а также факторы на него влияющие. Произведен оценочный расчет влияния различных факторов перекачки на толщину парафиновых отложений в «горячем» трубопроводе, транспортирующем высокопарафинистую нефть. По результатам исследования можно сделать следующие выводы:
1. На свойства нефти (вязкость, температуру застывания, характер течения) оказывают влияние как процентное содержание парафинов, так и температура насыщения ими нефти.
2. В состав отложений на стенках трубопровода входят парафины, смолы, асфальтены а также вода и мехпримеси. Состав отложений зависит от состава нефти.
3. Наличие в составе отложений смол способствует их адгезии к стенкам трубопровода, а наличие асфальтенов – препятствует.
4. Существуют два основных механизма образования парафиновых отложений: путем кристаллизации парафина на стенках труб и за счет осаждения на стенках кристаллов парафина, образовавшихся в потоке нефти.
|
|
5. Необходимыми факторами для образования отложений являются температура ниже температуры начала кристаллизации парафинов и адгезия образующихся отложений к стенкам трубопровода.
6. Кроме того, на толщину отложений влияют ерепад температур, давление в трубопроводе, скорость перекачки, состояние внутренней поверхности трубопровода, состав перекачиваемой нефти и время работы трубопровода.
7. Распределение отложений по длине «горячего» трубопровода отличается от изотермического. В начале участка толщина отложений в «горячем» нефтепроводе выше, но затем эта разница сходит на нет. Это связано с тем, что в начале участка из-за подогрева нефти до высоких температур велик перепад температур между перекачиваемой нефтью и окружающей средой, а затем он уменьшается за счет теплообмена.
8. На толщину парафиновых отложений влияют не абсолютные значения температуры нефти и окружающей среды, а их разность. Чем она больше, тем толще слой отложений. Поэтому рекомендуется нагревать нефть только до температуры, минимально необходимой для предотвращения ее застывания.
9. Наибольшее влияние на толщину парафиновых отложений оказывает диаметр трубопровода. При постоянной производительности перекачки толщина отложений тем ниже, чем больше диаметр трубопровода. Поэтому высокопарафинистые нефти рекомендуется перекачивать по трубопроводам большого диаметра.
10. Влияние производительности перекачки на толщину парафиновых отложений неоднозначно. В трубопроводах малых диаметров толщина отложений с ростом производительности понижается, а в трубопроводах больших диаметров наоборот повышается. Это связано с различиями в скорости течения нефти по трубопроводам различных диаметров при одной и той же производительности.
11. Влияние коэффициента шероховатости внутренней поверхности трубопровода на толщину парафиновых отложений незначительно по сравнению с другими факторами.
12. При высоких коэффициентах теплоотдачи между трубопроводом и окружающей средой толщина парафиновых отложений снижается, т.к. из-за повышенных теплопотерь уменьшается разность температур перекачиваемой нефти и окружающей среды. Но высокие теплопотери повышают энергетические затраты на перекачку нефти, т.к. возникает потребность в более сильном ее подогреве, чтобы не допустить охлаждения нефти ниже температуры застывания. Поэтому при высоких коэффициентах теплоотдачи может быть целесообразным применение тепловой изоляции.
|
|
Список литературы
1. Дегтярёв В.Н. Перекачка высоковязких и застывающих нефтей. – Самара, 2006.
2. Земенков Ю.Д., Бахмат Г.В., Васильев Г.Г., Справочник инженера по эксплуатации нефтегазопроводов и продуктопроводов – М. Инфра-Инженерия,2006.-928с.
3. Иванова Л.В., Буров Е.А., Кошелев В.Н., Асфальтосмолопарафиновые отложения в процессах добычи, транспорта и хранения // Нефтегазовое дело.- 2011. -№1
4. Коршак А.А. Проектирование и эксплуатация газонефтепроводов. Специальные методы перекачки. – Уфа, 1997.
5. РД 39-026-02 Правила технической эксплуатации магистрального «горячего» нефтепровода Узень- Атырау- Самара.
Приложения
Проектное задание.
Студентам 3 – НТФ3
Пехтереву Дмитрию Николаевичу,
Епишкину Егору Александровичу
Срок сдачи студентом готовой работы «07.05.2020»
1. Тема проекта: Оценка влияния факторов, определяющих эффективность перекачки нефти с высоким содержанием парафинов
2. Содержание пояснительной записки:
· Изучение состава и свойств АСПО
· Рассмотрение механизма парафинизации
· Выявить зависимости:
- толщины парафиновых отложений от разности температуры нагрева и окружающей среды от производительности перекачки;
- толщины парафиновых отложений от производительности перекачки;
- толщины парафиновых отложений от диаметра трубопровода;
- толщины парафиновых отложений от шероховатости внутренней поверхности трубопровода;
- толщины парафиновых отложений от коэффициента теплопередачи.
3. Дата выдачи задания на выполнение проекта
«__»__________ 20
Руководитель проекта доцент кафедры ТТ, к.п.н.
Орлова Г. М. / _________
(Ф И О) (Подпись)
Календарный план выполнения проекта
Студенты: Пехтерев Д. Н., Епишкин Е. А.
Руководитель доцент кафедры ТТ, к.п.н. Орлова Г. М.
Дата выдачи « » 20
| № п/п | Недели | Название разделов проекта/работы | Процент выполнения | Дата и отметка о выполнении |
| 1 | 1-2 неделя | Определение темы | 5% | |
| 2 | 2 неделя | Выдача задания | 5% | |
| 3 | 2 неделя | Выдача календарного плана, планирование работы по этапам | 5% | |
| 4 | 1 Этап: | 10% | ||
| 5 | 2 Этап: | 15% | ||
| 6 | ||||
| 7 | Контрольная точка 1 | Контроль 40% | ||
| 8 | Подготовка пояснительной записки | 25% | ||
| 9 | Отзыв студентов: заполнение студентами листа обратной связи по проекту | 5 % | ||
| 10 | Отзыв преподавателя | 10% | ||
| 11 | Контрольная точка 2 | Контроль 40% | ||
| 12 | Защита проекта | 20% | ||
| ИТОГО | 100 % |
Резюме проекта
Полное наименование проекта: Оценка влияния факторов, определяющих эффективность перекачки нефти с высоким содержанием парафинов.
Даты начала проекта 01.09.2019
|
|
Дата завершения проекта 07.05.2020
Идея проекта: Сделать вывод о влиянии рассматриваемых факторов на эффективность перекачки высокопарафинистых нефтей.
Решаемая проблема: Транспортировка нефти с высоким содержанием парафина
Предпосылки проекта: Наличие проблемы изучения факторов, влияющих на эффективность перекачки нефти с высоким содержанием парафинов
Цели проекта: Анализ влияния различных факторов на эффективность транспортировки нефти с высоким содержанием парафина.
Результат/продукт проекта: зависимость толщины парафиновых отложений от различных факторов
Общие инвестиционные затраты: 1 000 000 руб.
Критерии оценки успешной реализации проекта
Ожидаемые эффекты проекта
Дефектная ведомость
Этап формирования дефектной ведомости
Участники этапа
| Критерий оценки/соответствия | Запланированный результат | Фактический результат | Причины отклонения |
Текущее состояние проекта
Общие выводы по этапу
Составитель Дата
Структура Устава проекта
| № | Раздел/Поле | Описание |
| 1. | Аннотация | Доля высокопарафинистой нефти в общероссийском объеме добычи неуклонно возрастает. Это обуславливает актуальность проблемы влияния различных факторов на эффективность перекачки высокопарафинистой нефти. В работе было проведено сравнение толщины парафиновых отложений в «горячем» и изотермическом, работающем при средней температуре перекачки, нефтепроводах. |
| 2. | Терминология | Парафины - предельные углеводороды метанового ряда. Начиная с тетрадекана и выше, парафины имеют положительную температуру плавления, доходящую до +70°C' |
| 3. | Полное наименование проекта | Оценка влияния факторов, определяющих эффективность перекачки нефти с высоким содержанием парафинов |
| 4. | Краткое наименование проекта* | Факторы, влияющие на эффективность перекачки высокопарафинистых нефтей |
| 5. | Дата начала проекта* | 01.09.2019 |
| 6. | Дата завершения проекта* | 07.05.2020 |
| 7. | Цели проекта | Анализ влияния различных факторов на эффективность транспортировки нефти с высоким содержанием парафина. |
| 8. | Предпосылки проекта | Наличие проблемы изучения факторов, влияющих на эффективность перекачки нефти с высоким содержанием парафинов |
| 9. | Благоприятствующие связи с проектами | Связь с проектами, изучающими схожую тему |
| 10. | Препятствующие связи с проектами | Отсутствуют |
| 11. | Критерии оценки успешной реализации проекта | Снижение толщины парафиновых отложений |
| 12. | Ожидаемые эффекты проекта* | Проектирование нефтепровода с оптимальными значениями диаметра трубопровода производительности перекачки и разности температур нагрева и окружающей среды |
| 13. | Объем проекта | 8 месяцев |
| 14. | Необходимые материальные ресурсы | Мощный ПК |
| 15. | Менеджер проекта | Пехтерев Д.Н. |
| 16. | Стейкхолдеры проекта | ПАО «Транснефть» |
| 17. | Организационная схема реализации проекта | Предоставление результатов расчета влияния параметров на толщину отложений стейкхолдерам |
| 18. | Функциональная ответственность Участников проектной команды | Пехтерев Д.Н. – расчет Епишкин Е.А. - контроль |
| 19. | Коммуникации проекта | Выступление на научно-технических конференциях |
| 20. | Перечень этапов работ и их результатов* | 01.09.2019-31.12.2019 – проведение основных расчетов 13.02.2020-07.05.2020 – представление результатов расчетов в презентации проекта |
| |21. | Матрица ответственности* | Пехтерев Д.Н. – расчет Епишкин Е.А. – контролирующее лицо |
| 22. | Риски проекта | Отсутствуют |
| 23. | Решение проблем проекта | По мере необходимости |
.
Кафедра «Трубопроводный транспорт»
