Технические науки/4. Транспорт

Баширов Ф. М.

Казахский агротехнический университет им. С.Сейфуллина, Республика Казахстан

Применение противотурбулентных присадок для снижения гидравлического сопротивления в магистральных трубопроводах

Для развития топливно-энергетического комплекса Республики Казахстан важное значение имеет система трубопроводного транспорта нефтепродуктов. Географическое расположение месторождений нефти и газа в Республике Казахстан и их потребителей ставит трубопроводный транспорт на первое место среди всех остальных видов, поскольку только трубопроводный транспорт сможет обеспечить равномерную и бесперебойную поставку значительных количеств нефти и нефтепродуктов.

В этой связи следует отметить, что более 80% добываемой нефти в Республике Казахстан транспортируется по магистральным трубопроводам, что вызывает повышенный интерес к проблеме повышения их производительности и эксплуатационной надежности.

Важным в этом направлении является разработка и применение различных полимерных присадок, наиболее эффективных в турбулентных режимах перекачки нефти. При оценке эффекта снижения гидравлического сопротивления и возможности применения противотурбулентных присадок (ПТП) должны учитываться гидродинамические и геометрические характеристики трубопровода, физико-химические свойства перекачиваемой среды.

Для решения этих проблем проводятся работы по очистке внутренней поверхности трубопроводов от асфальто-смоло-парафиновых отложений и транспорту высоковязких и высокозастывающих нефтей по трубопроводам, гашению турбулентности в потоке нефти.

Регулировать процесс отложения парафина на стенках трубопровода можно путем ввода в нефтяной поток специальных веществ – депарафинизирующих реагентов, которые бывают двух типов: модификаторы кристаллов и диспергенты.

Действие модификаторов кристаллов основано на изменении формы и поверхностной энергии кристаллов парафина. В результате снижается склонность кристаллов к взаимному объединению или присоединению к стенкам трубы.

Диспергенты представляют собой поверхностно-активные вещества, которые изменяют поверхностную энергию кристаллов парафина, что опять же приводит к меньшей склонности последних к присоединению к стенкам трубы и слипанию.

Основные проблемы, возникающие при перекачке высоковязких и высокозастывающих нефтей, связаны с их малой подвижностью, высокой температурой застывания, а если высокая вязкость обусловлена большим содержанием в нефти парафина – с отложениями парафина на стенках трубопровода.

Развитие химической промышленности способствовало созданию разнообразных групп поверхностно-активных веществ анионного, катионного и неиногенного типов, которые в дальнейшем нашли свое применение в системе трубопроводного транспорта высоковязких нефтей и нефтепродуктов.

Депрессорные присадки к нефтям и тяжелым нефтепродуктам — это нефтерастворимые синтетические полимерные продукты, которые при введении в небольших количествах в нефть с повышенным содержанием парафина способны изменять ее реологические свойства, особенно вязкость и напряжение сдвига. Введение присадки существенно изменяет процесс кристаллизации в парафинистых нефтях.

Турбулентное течение – явление, заключающееся в том, что при увеличении скорости течения жидкости в среде самопроизвольно образуются многочисленные нелинейные фрактальные волны и обычные, линейные, различных размеров. Их образование происходит без наличия внешних, случайных, возмущающих среду сил или при их присутствии.

Одним из способов решения данной проблемы является использование в качестве добавки к перекачиваемым нефтям и нефтепродуктам специальных полимерных присадок, снижающих гидравлическое сопротивление за счет гашения турбулентности вдоль стенок трубопровода.

ПТП для нефти предназначена для увеличения объема перекачиваемой нефти и нефтепродуктов путем эффективного снижения гидравлического сопротивления и потерь давления в трубопроводе при перекачке. Она представляeт собой комбинацию высокомолекулярных сополимеров полиальфаолефинов в виде суспензии в комбинированном носителе органического или растительного происхождения.

Присадка воздействует на турбулентность в пристенной области потока. Макромолекулы присадки приводят к гашению высокочастотных пульсаций и способствуют росту толщины вязкого подслоя. Таким образом, в присутствии полимерной добавки отмечается расширение диапазона чисел Рейнольдса, в котором шероховатая поверхность является гидравлически гладкой.

Максимальный эффект снижения гидравлического сопротивления наблюдается после того, как жидкость, содержащая присадку, заполнит весь трубопровод.

Применение присадок обеспечивает быстрое увеличение пропускной способности трубопровода, особенно в периоды пиковых нагрузок; позволяет уменьшить количество насосных станций; позволяет снизить капиталовложения; следует отметить, что присадка вводится в жидкость, перекачиваемую по трубопроводу, на низких дозировках, поэтому она не оседает на стенках трубопровода, а остается в составе текущей жидкости.

В таблице 1 приведена зависимость производительности магистрального нефтепровода Атырау – Самара от концентрации ПТП.

Таблица 1 - Концентрация ПТП в нефти в зависимости от производительности магистрального нефтепровода Атырау – Самара

№	Время рабо-ты, % от года	Производительность МН Атырау – Самара, млн.т/ год м³/ч
		Параметр гидравлической эффективности на лимитирующем участке
		13,386	19,917	25,736	30,943	35,621	39,84	43,657	47,122
		Концентрация ПТП в нефти,
1	29	1,474	2,385	3,344	4,352	5,411	6,521	7,686	8,907
2	48	1,474*2	2,385*2	3,344*2	4,352*2	5,411*2	6,521*2	7,686*2	8,907*2
3	23	3,132*2	5,62*2	8,88*2	13,36*2	19,86*2	30,12*2	48,67*2	92,2*2
Средняя за год концен-трация, приведенная к одной точке ввода ПТП		3,823	5,565	8,319	11,587	15,5	22,005	31,937	53,603

Методы и средства повышения эффективности эксплуатации нефтепроводов с применением ПТП на основе высокомолекулярных полимеров, полимерных гелей, компаундирования разносортных нефтей, повышения достоверности учета нефти при наличии свободного газа, вопросы учета остатков нефти в учетно-расчетных операциях позволили создать новые технические и технологические решения, обеспечившие прогресс на магистральном трубопроводном транспорте.

Выводы:

1. Применение ПТП направлено на увеличение пропускной способности нефтепровода на заданных участках, что позволяет увеличить экспортные возможности магистрального нефтепровода Атырау – Самара.

2. Основным регулируемым технологическим показателем является объемная концентрация ПТП в нефти, от которой зависит величина снижения коээфициента гидравлического сопротивления и увеличение пропускной способности нефтепровода.

3. На величину снижения гидравлического сопротивления турбулентного потока и технико-экономические показатели применения ПТП влияют химическая природа и молекулярные характеристики полимера, гидродинамические режимные параметры трубопровода, вязкость и плотность перекачиваемой нефти, а также конструктивные и геометрические параметры нефтепровода.

Литература:

1. РД 38-003-02 Инструкция по применению противотурбулентных присадок на нефтепроводе Атырау – Самара.

2. Белоусов Ю.П. Противотурбулентные присадки для углеводородных жидкостей. – Новосибирск: Наука, 1986. - 143 с.

3. Коршак А.А., Хуссейн М.Н.А. Условия эффективного применения противотурбулентной присадки при решении задач увеличения производительности нефтепровода // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. – 2008. - №1. – С. 41-45.

4. Хуссейн М.Н.А., Коршак А.А. Применение противотурбулентных присадок для улучшения гидравлических характеристик нефтепроводов // Мировое сообщество: проблемы и пути решения: сборник научных статей. – 2008. - №23. С. 44-46

5. Мастобаев Б.Н., Шаммазов А.М., Мовсумадзе Э.М. Химические средства и технологии в трубопроводном транспорте нефти. – М., Химия. – 2002, 296 с.

6. Мастобаев Б.Н., Хайбуллин Р.Я., Арменский Е.А. Влияние асфальто-смолистых веществ на интенсивность запарафинивания магистральных нефтепроводов // Нефтяное хозяйство. – 1983. № 3. С. 42-43.