WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

МОХАММАД НАСЕР ХУССЕЙН АББАС

УЛУЧШЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ НЕФТЕПРОВОДОВ ПУТЕМ
ПРИМЕНЕНИЯ ПРОТИВОТУРБУЛЕНТНЫХ ПРИСАДОК

Специальность 25.00.19 – «Строительство и эксплуатация
нефтегазопроводов, баз и хранилищ»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа–2009

Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Алексей Анатольевич Коршак.

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Мурсалим Мухутдинович Гареев;

кандидат технических наук, доцент

Андрей Михайлович Нечваль.

Ведущая организация Институт «Нефтегазпроект» ( г. Тюмень)

Защита состоится «3» апреля 2009 года в 15.30 на заседании диссертационного совета Д 212.289.04 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан « » марта 2009 года.

Ученый секретарь совета

Ямалиев В. У.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Сеть магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов России имеет протяжённость более 80 тысяч километров. «Возраст» значительной её части превышает 20 лет, и низкий уровень аварийности обеспечивается, в частности, снижением рабочих давлений по результатам диагностики. Это приводит к снижению пропускной способности магистралей, хотя рост добычи нефти требует обратного. Следует также отметить, что при транспортировке нефти и нефтепродуктов по трубопроводам значительную долю эксплуатационных затрат составляет плата за потребляемую электроэнергию. В этой связи улучшение параметров работы нефте- и нефтепродуктопроводов, а именно – уменьшение рабочих давлений, увеличение производительности, снижение энергозатрат на перекачку является актуальной задачей. Аналогичные проблемы имеют место в нефтепроводном транспорте Ирака.

В настоящее время в мире накоплен значительный опыт применения противотурбулентных присадок (ПТП). Их используют для увеличения производительности действующих трубопроводов и для уменьшения количества перекачивающих станций (НПС). Попутно достигаемым эффектом является уменьшение давления, развиваемое НПС и потребляемой им электроэнергии.

К сожалению, научные основы применения ПТП на сегодняшний день разработаны недостаточно.

Целью работы является повышение эффективности эксплуатации нефтепроводов на основе применения противотурбулентных присадок.

Основные задачи исследования:

  1. Экспериментальное изучение малых (миллионные доли) добавок растворов полимеров на коэффициент гидравлического сопротивления при турбулентном течении в трубах нефти Ирака.
  2. Обоснование модели для расчета коэффициента гидравлического сопротивления при турбулентном течении нефти и нефтепродуктов с противотурбулентными присадками.
  3. Оценка области эффективного применения противотурбулентных присадок при решении задач улучшения параметров работы магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов.
  4. Выдача рекомендаций по выбору оптимальной концентрации противотурбулентных присадок при решении задач трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов.

На защиту выносятся

Результаты экспериментальных и теоретических исследований по применению противотурбуленых присадок для улучшения параметров работы нефтепроводов.

Методы решения поставленных задач :

  1. Экспериментальное изучение влияния концентрации полиизобутилена на величину коэффициента гидравлического сопротивления при течении иракских нефтей.
  2. Аналитическое решение задач по выбору концентрации противотурбулентной присадки для увеличения производительности нефтепроводов, уменьшения энергозатрат на перекачку, уменьшения давления в заданной точке нефтепровода в заданное число раз, а также по определению оптимальной концентрации ПТП.

Научная новизна результатов

1 Показано, что для прогнозирования коэффициента гидравлического сопротивления при течении нефтей и нефтепродуктов с противотурбулентными присадками достаточно экспериментально установить эмпирическую связь между числом Деборы, с одной стороны, а также концентраций ПТП и числом Рейнольдса, с другой.

2 Установлено, что если вводить противотурбулентную присадку только на одном перегоне между нефтеперекачивающими станциями, то её концентрация, обеспечивающая улучшение параметров работы трубопровода в заданное число раз, прямо пропорциональна числу НПС.

Практическая ценность результатов работы

Разработанные соискателем рекомендации по определению оптимальной концентрации противотурбулентной присадки позволяют обеспечить увеличение производительности нефтепроводов, уменьшение энергозатрат на перекачку и рабочего давления с достижением максимальной величины чистого дисконтированного дохода (ЧДД).

Результаты исследований автора используются при обучении студентов специальности 130501 "Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ" по дисциплине "Ресурсосберегающие технологии при транспортировке и хранении нефти и газа".

Апробация работы

Основные положения работы докладывались на следующих конференциях:

- Международной учебно-научно-практической конференции "Трубопроводный транспорт - 2006" (Уфа, УГНТУ, 2006);

- V международной научно-технической конференции "Надежность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта (Новополоцк, 2006);

- VI международной научно-технической конференции "Надежность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта" (Новополоцк, УО Полоцкий государственный университет, 2007) ;

- XII международной научно-технической конференции "Строительство. Коммунальное хозяйство. Насосы. Трубопроводы-2008" (Уфа, УГНТУ, 2008);

- XVI международной специализированной выставке "Газ. Нефть. Технологии-2008" ( Уфа, 2008);

- Международной учебно-научно-практической конференции "Промышленная безопасность на взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектах" (Уфа, УГНТУ, 2008).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 1статья по списку ВАК, 7 статей и 8 тезисов докладов на научно-технических конференциях.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций; содержит 129 страниц машинописного текста, в том числе 15 таблиц, 13 рисунков, библиографический список использованной литературы из 106 наименований и одного приложения.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и основные задачи исследования, дана краткая характеристика нефтяной промышленности Ирака и России.

В первом разделе диссертации выполнен обзор литературы по теме исследований.

Экспериментальному изучению влияния противотурбулентных присадок на коэффициент гидравлического сопротивления посвящены работы отечественных и зарубежных авторов Алиева Ш. Н., Булиной И. Г., Галлямова А. К., Караева М. А., Кацюцевич Е. В., Майзельса Л., Манжай В. Н., Мирзаджанзаде А. Х., Пейсахова С. И., Полищука А. М., Райского Ю. Д., Томаса Б. А., Хасаева А. М. и других учёных. Однако количество исследований, выполненных применительно к нефтям, ограничено, а применительно к нефтям Ирака эксперименты не проводились.

Получению формул для расчета коэффициента гидравлического сопротивления (П) при течении воды при введении в поток противотурбулентных присадок посвящены работы Амфилохиева В. Б., Артюшкова Л. С., Белоусова Ю. П., Войтинской Ю. А., Гареева М. М., Голунова Н. Н., Иванюты Ю. Ф., Кузьминского Ю. Г., Лурье М. В., Марона В. И., Павловского В. А., Перепелицы Б. В., Хабахпашевой Е. М., Чекаловой Л. А., Шилько С. В. и других. Данные формулы либо являются трансцендентными, либо справедливы только для развитого турбулентного режима, либо теряют физический смысл в зоне гидравлически гладких труб, где относительная шероховатость труб не влияет на величину гидравлического сопротивления.

Выдаче рекомендаций по выбору концентрации противотурбулентной присадки при решении задач трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов посвящены работы Ерошкиной И. И., Исаева С. Л., Ишмухаметова И. Т., Коршака А. А., Лурье М. В., Макарова С. П., Марона В. И., Муратовой В.И., Нечваля А. М., Прохорова А. А., Прохорова А. Д., Челинцева С. Н., Фокина С. М. и других. В подавляющем большинстве работ концентрацию находят, рассматривая изменение только потерь напора на трение. Между тем, в трубопроводном транспорте единственно верной методической основой решения подобных задач является уравнение баланса напоров.

Выполненный обзор литературы по теме исследования показал также отсутствие теоретических исследований по вопросу изучения возможностей противотурбулентных присадок для увеличения производительности, уменьшения энергозатрат на перекачку и рабочих давлений применительно к магистральным трубопроводам.

Второй раздел диссертации посвящен экспериментальному исследованию влияния малых добавок полимеров на величину коэффициента гидравлического сопротивления при течении нефтей Ирака и анализу полученных результатов.

Исследования выполнялись на экспериментальном стенде, представляющем собой систему трубопроводов с прямолинейными участками стальных труб диаметром d = 25,4 мм. Циркуляция жидкости в установке осуществлялась при помощи двух плунжерных насосов. Раствор полимера (полиизобутилен) вводился в нефти месторождений Киркук и Басра, кинематическая вязкость которых различается примерно в 5 раз. Принципиальная схема установки приведена на рисунке 1.

Результаты экспериментальных исследований для киркукской нефти, полученные на данной установке, приведены на рисунке 2. Видно, что при введении в поток ПТП коэффициент гидравлического сопротивления уменьшается пропорционально её концентрации.

1- расходный резервуар; 2 - приемный резервуар; 3 - бак горячей воды для регулирования температуры нефти; 4,5 - плунжерные насосы; 6,7 - ртутные дифманометры; 8 - расходомерная диафрагма; 9 - экспериментальный трубопровод; 10 - водяная рубашка; 11 - подогреватель; 12 - центробежный насос

Рисунок 1 - Принципиальная схема экспериментальной установки

Какой бы ни была гипотеза, объясняющая воздействие высокомолекулярных веществ на турбулентный поток, абсолютно точно известно, что при этом величина уменьшается, как уменьшается она с ростом числа Рейнольдса. При обобщении опытных данных по гидравлическим сопротивлениям, как и при течении высокопарафинистых нефтей, водонефтяных эмульсий и других неньютоновских жидкостей, автором используется понятие эффективного числа Рейнольдса

(1)

где Re0 – число Рейнольдса при тех же условиях, но в отсутствие присадки;

De – число Деборы.

Соответственно, модель коэффициента гидравлического сопротивления при перекачке жидкостей с противотурбулентной присадкой принимает вид

расчетная зависимость по формуле Блазиуса;

+ экспериментальные точки

Рисунок 2 – Зависимость коэффициента гидравлического сопротивления от числа Рейнольдса и концентрации противотурбулентной присадки для нефтей месторождения Киркук

, (2)

где – коэффициент гидравлического сопротивления при перекачке жидкости без противотурбулентной присадки при числе Рейнольдса Re0;

m – коэффициент Лейбензона.

При такой постановке задача прогнозирования величины п сводится к разработке методики вычисления числа Деборы Dе.

В диссертационной работе показано, что если экспериментальные данные по турбулентному течению слабых растворов полимеров представлены в виде значений 0 и п при одинаковых числах Рейнольдса Re0,то экспериментальная величина числа Деборы может быть вычислена по формуле

. (3)

Если же экспериментальные данные представлены в виде зависимости степени снижения коэффициента гидравлического сопротивления от числа Рейнольдса, то экспериментальную величину числа Деборы надо вычислять по формуле

. (4)

В общем случае число Деборы зависит от многих параметров (молярная масса и концентрация полимера, время релаксации, число Рейнольдса). Учитывая, что сведения о молярной массе полимера не всегда достоверны, а время релаксации трудноопределимо, автором предложено вычислять число Деборы по формуле

, (5)

где 0…2 – эмпирические коэффициенты, постоянные для каждой пары «полимер – углеводородная жидкость»;

– концентрация противотурбулентной присадки, г/т.

Для нефтей месторождений Киркук и Басра с добавками полиизобутилена коэффициенты равны 0=0,00352, 1=0,531, 2=0,426, а среднеквадратичная погрешность вычисления п по формулам (2), (5) составляет 8,7 %.

Величины коэффициентов 0…2 были найдены автором и для других пар "углеводородная жидкость – полимер" с использованием данных, приведенных в литературе. Это позволило выполнить сравнительную оценку гидравлической эффективности различных противотурбулентных присадок в одинаковых условиях: при концентрациях присадки = 10…40 г/т и числах Рейнольдса Re = 10000…300000. Установлено, что наиболее предпочтительным является применение присадки Necadd-547, несколько хуже результат применения FLO-XL, а самый низкий эффект – от применения гудрона.

Следует однако подчеркнуть, что данные выводы являются только предварительными, т. к. данные присадки испытывались на разных жидкостях.

Третий раздел диссертации посвящен вопросу определения концентрации противотурбулентной присадки (ПТП) при решении одной из задач улучшения параметров работы нефтепроводов: увеличения их производительности, уменьшения энергозатрат на перекачку и уменьшения рабочего давления в ослабленных сечениях трубопроводов в заданное число раз.

Для решения каждой из указанных задач составлялись уравнения баланса напоров в случаях перекачки нефти без присадки и при ее наличии, а затем находилась необходимая степень уменьшения коэффициента гидравлического сопротивления для нефти с противотурбулентной присадкой. Полученные формулы представлены в таблице 1.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»