книги / Трубопроводный транспорт нефти и газа

VpБ — VpA, то ^A — l,c и система расчетных уравнений упро­ щается

(1 —erf z)

2

и может быть преобразована в одно уравнение, связывающее допусти­ мые концентрации примеси в резервуарах и концентрацию смеси в тру­ бопроводе в момент ее разделения по резервуарам с нефтепродуктами

А и Б:

При разделении смеси разносортных нефтепродуктов на две части, например на тяжелый бензин и легкое дизельное топливо, при после­ довательной их перекачке в расчетах иногда учитывается относитель­ ное количество одного нефтепродукта, попавшего в другой, при по­ мощи критерия качества смеси /.

Критерии качества смеси / определяется суммой двух интегралов (рис. 6.17)

	00
/ (2 0) =	+ Vb- = I' [1 —Ск (г)Ы г-И СБ (z) dz,

где VA и КБ — объем нефтепродуктов соответственно А и Б, попавших в смесь; z0 — координата сечения деления смеси на две части.

Если	г0 = 0 и СБ (z0) = 0,5, то критерий качества смеси имеет
минимальное значение
Jт\	%=- Ре-°-\
	V Я

Критерий качества позволяет оценивать по характеру кривой рас­ пределения концентраций по длине зоны смеси влияние количества примеси одного нефтепродукта к другому при разделении всей смеси на две части. Он также позволяет сравнивать количества товарных нефтепродуктов, необходимое для реализации смеси. Так, из рис. 6.18 видно, что критерий качества смеси для распределения концентраций для случая 1 меньше, чем для случая 2, хотя суммарный объем смеси Кем в обоих случаях одинаков. Поэтому для реализации смеси, разде­ ленной на две части, путем подмешивания в случае / потребуется меньше товарных нефтепродуктов, чем в случае 2. Допустимые кон­ центрации примеси одного нефтепродукта к другому определяются, как правило, по результатам анализа нефтепродуктов и их смесей в лаборатории конечного пункта. Ориентировочные значения допусти­ мых концентраций для некоторых нефтепродуктов приведены в табл. 6.2.

2 2 1

Рис. 6.17.	Схема,	иллюстри­	Рис. 6.18. Схема				сопоставле­
рующая	критерий	качества	ния	критериев		качества сме­
смеси			си	при	различном		характере
			распределения			концентраций
			по длине		зоны	смеси

Примесь бензина к дизельному топливу ограничивается допусти­ мым снижением его температуры вспышки, а примесь дизельного топ­ лива к бензину— допустимым повышением конца кипения бензина.

Определить допустимую концентрацию примеси бензина к дизель­ ному топливу по температуре вспышки можно по эмпирической фор­ муле

(16,71ю — 32) jg	1в. ф
ОбеНЗ	^всп
/р, ф “Ь 55

где По — температура выкипания 10 % бензина; U. ф — фактическая температура вспышки чистого дизельного топлива; Псп — минимально допустимая температура вспышки дизельного топлива.

Определить допустимую концентрацию примеси дизельного топ­ лива к бензину по температуре конца кипения можно из эмпириче­ ского соотношения

С(П — 124)»— ( П . * - 124)*

А' Т ’

(р20 — 0,753) 28 10:)

где П — максимально допустимое значение					конца	кипения		бензина;
П. ф — фактическая		температура		конца кипения		чистого		бензина;
р20 — плотность дизельного			топлива.
Т а б л и ц а	6.2
			Ориентировочные		максимально		допустимые
				концентрации примеси»			%
Товарный	нефтепродукт		Бензин	Топливо	Дизельное топливо			Керосин
			А-72	ТС-1	Л		3	трактор­
								ный
Бензин А-72			ЛК	3	0,5	1		1
Топливо ТС-1		(Л)	0	л к	1	5		0
Дизельное топливо летнее			0	1	л к	0,5		0,6
Дизельное топливо зимнее (3)			0,5	6	55	л к		16
Керосин тракторный			3	л к	1,5		3	л к

П р и м е ч а н и е . ЛК — любое количество примеси.

222

6.8. МЕРОПРИЯТИЯ ПО УМЕНЬШЕНИЮ КОЛИЧЕСТВА СМЕСИ ПРИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ПЕРЕКАЧКЕ

Количество смеси, образующейся в каждой зоне контакта последова­ тельно перекачиваемых нефтепродуктов, составляет 0,5—1 % от объема трубопровода при турбулентном режиме перекачки, а для трубопровода большой протяженности достигает нескольких сотен кубических метров. При остановках перекачки, большом объеме пер­ вичной смеси и малой скорости перекачки количество смеси может в 2—3 раза превысить номинальное ее количество для конкретного трубопровода.

Для уменьшения количества смеси на магистральных нефтеиродуктопроводах предусматривают организационные мероприятия, а также применяют разделители для полного или частичного разобще­ ния последовательно перекачиваемых нефтепродуктов.

Организационные мероприятия по уменьшению количества смеси предусматривают перекачку при нормальных и повышенных скоро­ стях турбулентного потока нефтепродуктов (при Re > 10 000), чтобы уменьшить эффективный коэффициент диффузии; правильный выбор порядка следования партии нефтепродуктов, обеспечивающего мень­ шие затраты на прием и реализацию смеси: максимально возможное увеличение иартий нефтепродуктов (исходя из возможностей резер­ вуарного парка), что позволяет уменьшить общее количество физи­ ческих смесей в течение квартала, года; применение быстродействую­ щих задвижек для уменьшения количества первичной смеси; предот­ вращение остановок последовательной перекачки, особенно при не­ благоприятном рельефе местности.

Перечисленные организационные мероприятия следует применять при проведении последовательных перекачек, так как они позволяют свести количество смеси к некоторому минимуму, определяемому гидродинамикой процесса смешения контактирующих жидкостей в процессе перекачки.

Дальнейшее уменьшение количества смеси ниже этого минимума можно обеспечить, лишь применяя разделители, помещаемые в зону последовательно перекачиваемых нефтепродуктов. Разделители могут быть жидкостные и твердые. Жидкостный разделитель представляет собой буферную жидкость, помещаемую между последовательно пе­ рекачиваемыми нефтепродуктами. В качестве жидкого разделителя применяют какой-либо нефтепродукт или образовавшуюся ранее смесь последовательно перекачиваемых нефтепродуктов. Так, между бензи­ ном и дизельным топливом можно поместить буферную партию реак­ тивного топлива (или керосина). В этом случае бензин и дизельное топливо будут смешиваться с реактивным топливом, и эту смесь легче реализовать, чем смесь бензина с дизельным топливом. Объясняется это тем, что допустимые концентрации реактивного топлива к бензину и дизельному топливу в несколько раз больше (см. табл. 6.2) и для реализации смеси потребуется меньше «чистых» нефтепродуктов. В качестве разделителей стали чаще применять загущенные жидкости (так называемые полужидкие или гелеобразные разделители). Полу­

223

жидкие разделители получают загущением некоторого количества одного из перекачиваемых нефтепродуктов или с помощью специаль­ ных студнеобразных полимеров. Применение полужидкого раздели­ теля особенно целесообразно в том случае, если эффективный коэффи­ циент диффузии его материала на несколько порядков меньше, чем у последовательно перекачиваемых нефтепродуктов. Расчеты показы­ вают, что при последовательной перекачке бензина А-72 и дизельного топлива по трубопроводу диаметром 350 мм и длиной 180 км для на­ дежного их разделения при помощи жидкой пробки требуется 20 м3 реактивного топлива ТС-1 или 3,2 м3 полужидкого разделителя.

Твердые разделители представляют собой механические устройства, которые находятся между перекачиваемыми нефтепродуктами и пере­ мещаются вместе с ними по трубопроводу. Эти устройства должны касаться внутренней поверхности стенок труб и предохранять тем самым перекачиваемые нефтепродукты от смешения. Эффективность действия твердых разделителей в значительной степени зависит от надежности такого контакта с поверхностью трубопровода в течение всего времени движения.

Хотя конструкций твердых разделителей к настоящему времени предложено много, их можно разделить на два основных вида: ман­ жетные и сферические. Манжеты у разделителей первого типа и сами разделители второго типа изготовляют из эластичного износостой­ кого материала, в основном из маслобензостойкой резины или поли­ мерных материалов.

При последовательной перекачке нефтепродуктов широко приме­ няют шаровые резиновые разделители, а при последовательной пере­ качке нефтей — манжетные (рис. 6.19). Внутренняя полость шаро­ вого разделителя заполняется водой (зимой антифризом) до определен­ ного давления, чтобы обеспечивать достаточно плотный контакт с внутренней поверхностью трубопровода. Запуск шаровых раздели­ телей в трубопровод и прием их из трубопровода производятся при помощи специальных устройств (рис. 6.20). Камера запуска раздели­ телей 4 приподнята под углом до 20а и заканчивается концевым зат­ вором 3. Второй конец камеры 4 соединен с тройником 1. Последова­ тельный ввод шаровых разделителей в тройник 1 осуществляется отсекающим механизмом 5, после чего они под действием силы тяже­ сти (или под напором жидкости из линии, показанной пунктиром) попадают в основной трубопровод и их проход в него фиксируется сигнализатором 2. Приемная камера 6 опущена под углом 10° и имеет одну или две отводящие линии. Жидкость из камеры 6 после поступ­ ления туда разделителя откачивается насосом 7. Приход разделителя в камеру фиксируется сигнализатором.

На промежуточных насосных станциях производится смена раз­ делителей: прием перед станцией и запуск после станции другого раз­ делителя. Для более лучшего разделения нефтепродуктов в одну и ту же зону их контакта помещают до трех разделителей, в том числе чтобы отделить зону первичной смеси от чистых нефтепродуктов.

Опыт применения шаровых разделителей при последовательной перекачке показал, что они позволяют уменьшить количество смеси

224

Рис. 6.19, Механические раздели-

тел и:

о	сферический;		6	мопжстиып;		/	•••
эластичная		сфера; 2 --			штуцер;	3	—-
iniyj-pcHiiTiH		полость;		-I	— эластичные
уплотнительные			манжеты; 5 — остоп
разделителя;		6 --	трубопровод

Рис. 6.20. Устройство для запус­ ка и приема сферических разделителей

на 20 40 ')«. Износ разделителей от трения о стенки труб, а также, наличие в трубопроводе участков с разном толщиной стенок труб, поперечных сварных стыков и первичной смеси являются причинами неполного разделения перекачиваемых нефтепродуктов.

Эффективность перекачки с разделителями может быть определена по формуле

Э р ” 1 / разд// и . К)

где /разд — критерий качества смеси при перекачке с разделителями; / н. к — критерий качества при перекачке с непосредственным контак­ том нефтепродуктов.

Целесообразность последовательной перекачки с разделителями определяется в каждом конкретном случае путем сопоставления при­ веденных затрат при перекачке с разделителями и с непосредственным контактом нефтепродуктов.

6.9. ОСОБЕННОСТИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ПЕРЕКАЧКИ НЕФТЕЙ

Количество смеси при последовательной перекачке нефтей обычно бывает несколько увеличенным по сравнению с количеством смеси при перекачке светлых нефтепродуктов вследствие большой вязкости нефтей и увеличенного эффективного коэффициента диффузии. При последовательной перекачке нефтей с разным содержанием воды, а также механических примесей или солей объем смеси дополнительно увеличивается из-за смывания солей, отложений или механических примесей со стенок трубопровода партией нефти с меньшим содержа­ нием этих примесей. Например, при последовательной перекачке обес­ соленной и сырой нефтей головная часть партии обессоленной нефти будет насыщаться солями, смываемыми со стенок трубопровода, где они скопил1 сь в период прохождения партии сырой нефти.

Вследствие значительного объема смеси последовательную пере­ качку сыры < и обессоленных нефтей проводят с твердыми разделите-

8 Заказ № ЗОУ

225

лями. При^последовательной перекачке нефтей применяются манжет­ ные разделители с манжетами из полиэтилена. Диаметр и форма ман­ жет подобраны таким образом, что между H H M I I J I ^стенкой трубы ос­ тается пленка нефти и^они работают в зоне гюлужидкостного трения, что позволяет существенно уменьшить износ манжет. Близстоящее время применяют манжетные разделители подобного типа диаметром 500—1200 мм. Использование разделителей при последовательной перекачке сырых и обессоленных нефтей позволяет уменьшить в 5 раз (с 15 до 3 % объема нефтепровода) количество потерь обессоленной нефти.

Имеется опыт последовательной перекачки сернистых и малосер­ нистых нефтей по одному из отечественных магистральных нефте­ проводов большого диаметра на расстояние около 1000 км. Контроль последовательной перекачки в этом случае осуществляется но содер­ жанию серы при помощи специальных приборов, основной частью которых является датчик содержания серы. Работа датчика серы ос­ нована на различии характеристик поглощения радиоактивного из­ лучения в зависимости от содержания серы. Радиоактивное у-излуче- ние от источника проходит через поток нефти, содержащей серу, и по­ падает в ионизационную камеру. Сила тока ионизационной камеры зависит от количества серы и плотности жидкости. Для компенсации изменения плотности в приборе имеется вибрационный плотномер. Как показал опыт последовательной перекачки сернистой и малосер­ нистой нефтей, отложения серы на поверхности трубы и связанного

сэтим значительного увеличения объема смеси не наблюдается.

6.10.КОНТРОЛЬ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ПЕРЕКАЧКИ

НЕФТЕПРОДУКТОВ

При последовательной перекачке надо иметь надежные средства кон­ троля за прохождением зоны смеси через определенные пункты нефтепродуктопровода и для определения концентраций нефтепродуктов по длине зоны смеси. Это необходимо, чтобы своевременно принимать меры для приема чистых нефтепродуктов и их смеси в разные резер­ вуары на конечном пункте нефтепродуктопровода, определять заранее ожидаемое количество смеси.

Эффективное управление процессами транспорта, приема и распре­ деления по резервуарам разносортных нефтепродуктов и их смесей зависит от точности, чувствительности и быстродействия применяе­ мых методов и приборов аналитического контроля, которые должны обеспечивать: автоматический контроль границ раздела смеси для исключения возможности попадания смеси в резервуары с товарными нефтепродуктами; непрерывное измерение концентрации одного нефте­ продукта в другом во всей зоне их смешения.

Большинство известных методов и приборов контроля последова­ тельной перекачки нефтепродуктов основано на различии их физи­ ческих свойств: плотности, вязкости, диэлектрической постоянной, цвета, скорости распространения ультразвуковых колебаний и т. п. По изменению физических свойств нефтепродуктов, определяемых

226

соответствующими приборами, судят о составе (концентрации) смеси и определяют границы раздела последовательно перекачиваемых нефте­ продуктов

Приборы контроля размещают как правило, на конечном пункте нефтенродуктопровода, где принимают смесь нефтепродуктов. При этом используют два однотипных прибора, один из которых размещен непосредственно на конечном пункте перед приемными резервуарами, а второй в виде выносного блока — в 10—15 км от конечного пункта. Это необходимо для получения предварительной информации о под­ ходе смеси и распределении концентраций нефтепродуктов по ее длине, чтобы можно было за 1,5—2 ч до подхода емеси выполнить необходи­ мые расчеты по се приему.

Наибольшее распространение на нефтепродуктопроводах полу­ чили методы и приборы, основанные на измерении плотности, скорости распространения ультразвуковых колебаний, диэлектрической по­ стоянной н оптической плотности в ультрафиолетовой области спектра. Представляется возможным и применение вискозиметров непрерывного действия, производство которых освоено в настоящее время промыш­ ленностью. Для повышения селективности и точности методов кон­ троля последовательной перекачки продуктов возможно использова­ ние и комбинированного метода, когда измеряются два физических показателя нефтепродуктов и их смесей (например, плотность и цвет или диэлектрическая постоянная и цвет).

Рассмотрим принцип действия отечественных промышленных ана­ литических приборов, наиболее перспективных для применения на нефтепродуктопроводах, в системах контроля последовательной пере­ качки нефтепродуктов.

Приборы контроля плотности по принципу измерения подразде­ ляются на поплавковые, весовые, гидростатические, вибрационные, радиоизотопные и ультразвуковые плотномеры.

Действие плотномеров е погруженным поплавком основано на непрерывном уравновешивании выталкивающей силы, действующей на чувствительный элемент — поплавок, помещенный в специальной ка­ мере, в которой находится контролируемая жидкость. К плотномерам е погруженным поплавком относится датчик удельного веса с темпе­ ратурной компенсацией типа ДУВ-П-ТК-104. Датчик представляет собой пневматический компенсационный прибор, предназначенный для непрерывного на потоке измерения удельного веса жидкости. Кон­ тролируемой жидкостью могут быть светлые нефтепродукты.

Принцип действия радиоизотопных плотномеров основан на изме­ нении интенсивности пучка у-лучей после прохождения их через из­ меряемую жидкость в зависимости от изменения плотности этой жид­ кости. Интенсивность Jy однородного пучка у-лучей, прошедшего через слой жидкости, определяется соотношением Jv — J0v exp (— up/) где J ny — интенсивность у-излучения на поверхности слоя; р — мас­ совый коэффициент ослабления пучка у-лучей; р — плотность смеси нефтепродуктов; I — толщина слоя жидкости.

Основное преимущество радиоактивного метода измерения плот­ ности — бееконтактность, что позволяет применять его при опреде-

8*

227

						У/, J
						//
	,1	2
				t			:н
				"О		Ч Ш П
							Й
	г ж		г			Щ й Ж Л
				1—U -
4			4 = f = h -
	5		7	8	9	10
Рис. 0.21. Принципиальная			схема		плотномера АИП

лении плотности агрессивных и вязких сред, а также жидкостей, на­ ходящихся при высоких давлениях и температурах, где использование приборов других типов практически невозможно.

Значительное повышение точности измерения плотности дости­ гается при использовании вибрационных плотномеров. Их действие основано на зависимости собственной частоты колебаний механиче­ ских резонаторов от плотности жидкости, находящейся внутри них. Наиболее распространенными являются проточные вибрационные датчики плотности с трубчатыми резонаторами, внутри которых про­ текает контролируемая жидкость.

Жидкость, помещенная внутри колеблющейся трубки, движется вместе с ней практически как единое целое. В этом случае влияние вязкости очень незначительно и им можно пренебречь. Таким обра­ зом, поперечные колебания заполненной жидкостью трубки постоян­ ного сечения можно рассматривать как колебания упругого тела с мас­ сой, зависящей от плотности жидкости. В СССР выпускается автома­ тический измеритель плотности типа АИП (рис. 6.2I). Контролируе­ мый продукт поступает на вход вибрационного преобразователя 1 и через распределитель 4 разветвляется на два потока, проходя по трубкам 9 чувствительного элемента. На распределителях установ­ лены платиновые термометры сопротивления 5, введенные в поток распределителя 4 для коррекции показаний при изменении темпера­ туры контролируемого продукта. Между распределителями и труб­ ками расположены сильфоны 2, устраняющие температурные напря­ жения и влияние вибрации корпуса 1 на вибратор. На корпусе вибра­ ционного преобразователя предусмотрен влагопоглотитель 6, предот­ вращающий конденсацию влаги на трубках при понижении темпера­ туры продукта. Трубки соединены между собой системой упругих пе­ ремычек 7 ,8 и образуют вместе с ними механическую колебательную систему — вибратор. Механическая колебательная система вибрацион-

228

Рис. 6.22. Структурная схема ультразвуковой системы контроля типа УКП-2

вых волн в нефтепродуктах влияют изменение температуры и давле­ ния анализируемой среды, содержание механических примесей, сво­ бодной воды и газовых включений в нефтепродуктах. Скорость рас­ пространения ультразвуковых волн в нефтепродуктах уменьшается при повышении их температуры, а повышение давления среды вызы­ вает рост их скорости приблизительно по линейному закону.

Для повышения точности ультразвуковых приборов необходимо включать в схему системы контроля соответствующие устройства коррекции показаний по температуре и давлению.

Принцип действия диэлькометрических приборов контроля осно­ ван на зависимости диэлектрических свойств от концентрации смеси. Измерение концентрации смеси нефтепродуктов при использовании этого метода сводится к определению емкости конденсатора, между обкладками которого протекает смесь нефтепродуктов, выполняющая роль диэлектрика.

В ('.ССР разработан диэлькометрический прибор СК-2, позволяю­ щий контролировать границы раздела смеси и измерять концентра­ цию нефтепродуктов в зоне их смешения (рис. 6.23). Он состоит из двух вмонтированных в трубопровод / емкостных датчиков 2 и 3. Измерительный датчик 2 имеет форму цилиндра с кожухом. Благо­ даря отверстиям в кожухе датчик имеет хороший контакт с анали­ зируемым нефтепродуктом. Компенсационный датчик 3, имеющий герметический кожух-стакан, заполнен очищенным трансформатор­ ным маслом, служит для коррекции показаний прибора при измене-

230