книги / Трубопроводный транспорт нефти и газа
..pdfнии |
температуры анализируемого |
t |
г |
з |
|
||||
нефтепродукта. С повышением тем |
|
|
|
|
|||||
пературы нефтепродуктов |
значе- |
|
|
|
|
||||
пницх диэлектрической проницае |
|
|
|
|
|||||
мости уменьшаются. Датчики соеди |
|
|
|
|
|||||
нены с блоком |
сопоставителя |
ем |
|
|
|
|
|||
костей 4, состоящего из двух гене |
|
|
|
|
|||||
раторов. Сопоставитель емкостей 4 |
|
|
|
|
|||||
осуществляет |
непрерывное сравне |
|
|
|
|
||||
ние частот двух генераторов, фор |
|
|
|
|
|||||
мируя на выходе разностный час |
|
|
|
|
|||||
тотный сигнал, |
который |
зависит |
|
|
|
|
|||
от значений |
электрических емкос |
Рис. 6.23. |
Принципиальная |
схема |
|||||
тей |
измерительного и компенсаци |
диэлькометрического |
прибора |
типа |
|||||
онного датчиков. Сигнал сопостави |
СК-2 |
|
|
|
|||||
теля |
емкости |
4 |
поступает |
на |
ча |
|
|
|
|
стотно-аналоговый преобразователь 5, соединенный с вычислительным блоком 6 и регистрирующим прибором 7.
Достоинством диэлектрических и ультразвуковых приборов яв ляется то, что их чувствительные элементы могут встраиваться не посредственно в нефтепродуктопровод, исключая устройства отбора пробы с использованием насосов.
Ограничением для широкого применения на нефтепродуктопроводах приведенных методов и приборов контроля являются их недоста точная селективность и разрешающая способность при контроле пар нефтепродуктов с близкими характеристиками по химическому со ставу (например, смеси различных марок бензинов и разных сортов дизельных топлив).
(Н В этих условиях представляют интерес спектрофотометрический и индикаторный методы контроля последовательной перекачки нефте продуктов. Спектрофотометрический метод контроля основан на связи между поглощением оптического излучения и концентрацией, опреде ляемой законом Бугера—Ламберта—Бера Ух = J 0^exр (— щс1), где Ух — интенсивность излучения, прошедшего через слой вещества тол щиной I и концентрацией с; J ox — интенсивность падающего на ве щество излучения; Их — молярный коэффициент поглощения, опреде ляемый свойствами молекул растворенного вещества и длиной волны света Я оптического излучателя.
На практике чаще пользуются |
не |
понятием интенсивности, а |
понятием оптической плотности D = |
lg |
= нхс1, которая прямо |
пропорциональна концентрации. |
|
|
Спектрофотометрический метод измерения концентрации нефте продуктов для различных парных сочетаний последовательно пере качиваемых продуктов (бензин—бензин, бензин—дизтопливо, дизтоп
ливо—дизтопливо) |
построен на различии оптических плотностей |
D разных марок нефтепродуктов, измеренных в ультрафиолетовой |
|
области спектра, |
где D является параметром, с помощью которого |
можно различать близкие по составу нефтепродукты. |
На рис. 6.24 представлена структурно-функциональная схема ИИС
231
Рис. 6.24. Структурно-функциональная схема ИИС «Компаунд»:
1 — насос; 2 ... задпижкл с олсктропрпиодом; .? фильтр самоочищающийся ФС; 4 — фотоабсорбциометр ФА-1; 6 — устройство телемеханики TM-800 li; 7 - устройство кон троля управления, обработки информации и индикации марок нефтепродуктом УКУ
«Компаунд», в которую входят: два ультрафиолетовых абсорбционных фотометра 3 типа ФА-1, разнесенных по нефтепродуктопроводу на расстояние 10—15 км, т. е. превышающее удвоенную длину потока смеси нефтепродуктов, и устройство контроля, управления и обра ботки информации 7 типа УКУ. На выносном н местном контролируе мых пунктах (В КП и МКГ1) устанавливаются фотометры ФА-1, эле менты отбора и подготовки пробы /, 2, 3, а в операторной резервуар ного парка — устройство контроля, управления, и обработки инфор мации. Управление и получение информации с ВКП осуществляются по каналам связи через устройство телемеханики 5, 6 типа ТМ-800В.
Определение концентраций Сл и С,, нефтепродуктов производится следующим образом: при прохождении смеси нефтепродуктов через кюветы фотометра ФА-1 (ВКП) на диаграмме регистрирующего при бора типа КСП-4 записывается график, показывающий качественный характер изменения концентрации смеси. Значения оптической плот ности снимаются оператором с графика смеси на ВКП и вводятся в блок обработки информации 7, что приводит к установлению в уст ройстве 7 диапазона измерения по массовой концентрации 0—100 %. При прохождении этой смеси через кюветы фотометра ФА-1, установ ленного на М1<П, происходят автоматическое измерение оптической плотности смеси DCMи вычисление Сл и СБ с записью их значений на диаграмме прибора.
Глава 7
ОСОБЫЕ СЛУЧАИ ПЕРЕКАЧКИ НЕФТЕЙ, НЕФТЕПРОДУКТОВ И ГАЗА ПО ТРУБОПРОВОДАМ 1
В настоящее время добывается значительное количество высоковяз ких и высокопарафинистых нефтей, застывающих при сравнительно высоких температурах. Перекачка таких нефтей обычным способом нерациональна, так как при температуре окружающей среды велико гидравлическое сопротивление трубопроводов. Снижение гидравли ческого сопротивления трубопроводов обеспечивается различными способами повышения текучести нефтей: смешение вязких и застываю щих нефтей и нефтепродуктов с маловязкими и совместная их пере качка, смешение и перекачка с водой, термическая обработка засты вающих парафинистых нефтей и нефтепродуктов и последующая их перекачка, перекачка газонасыщенных нефтей, использование при- садок-депрессаторов в нефти и др. В каждом случае выбор способа перекачки должен быть обоснован технико-экономическим расчетом.
7.1. РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВЯЗКИХ И ЗАСТЫВАЮЩИХ НЕФТЕЙ
Реология —- наука, занимающаяся изучением текучести жидких, га зообразных и пластических веществ, а также процессов, связанных с остаточными деформациями твердых тел. Свойства жидкости, от которых зависит характер их течения, называются реологическими. В трубопроводном транспорте реологические характеристики нефтей оцениваются следующими параметрами: вязкостью (ньютоновской), пластической вязкостью, эффективной вязкостью, начальным (стати ческим) напряжением сдвига, предельным динамическим напря жением сдвига и температурой застывания.
Характер течения жидкости определяется видом зависимости на пряжения сил трения на поверхности соприкосновения слоев жидко сти или напряжения сдвига т от градиента скорости по радиусу или скорости сдвига dw/dr. Графическое напряжение этой зависимости называется кривой течения жидкости.
Для светлых нефтепродуктов, нефтей с низким содержанием па рафина и парафинистых нефтей при высокой температуре справед лива полученная Ньютоном зависимость, которую он сформулировал следующим образом: «Сопротивление, которое возникает из-за не достаточного проскальзывания частиц жидкости, при прочих равных
1В наги:сании этой главы принимали участие проф. В. Н. Аитипьев и доц.
С.Н. Чели щев.
233
Рис. 7.1. Зависимость напря жения сдвига т от скорости сдвига d w l d r для различных жидкостей
условиях, пропорционально скорости, с которой частицы жидкости перемещаются друг относительно друга», или
d w |
, |
7.1) |
Т = - ( Х — |
f |
d r
где р — коэффициент динамической вязкости.
Жидкости, для которых справедлива приведенная зависимость т от dwldr при постоянной величине р, называются ньютоновскими, а вязкость таких жидкостей — ньютоновской.
Поведение многих жидкостей, в частности парафинистых нефтей и нефтепродуктов, при температурах, близких к температуре их засты вания, не подчиняется закону Ньютона. Такие жидкости называются неньютоновскими. Существует несколько классов неньютоновских жидкостей, различающихся по виду кривой течения (рис. 7.1). Кри вые течения описывают поведение жидкостей: пластичных, или бин гамовских /, псевдопластичных 2, ньютоновских 3 и дилатантных 4 . Как видно из рис. 7.1, кривые течения псевдопластичных, ньютонов ских и дилатантных жидкостей проходят через начало координат, следовательно, их течение начинается при малейших перепадах дав лений. Течение бингамовских жидкостей начинается только после создания определенного напряжения т„. При меньших, чем т0, напря жениях такие жидкости ведут себя как твердые тела, а при больших — как жидкости. Реологическое уравнение бингамовской жидкости было получено из сочетания двух уравнений — уравнения Ньютона и рео логического уравнения пластического тела (т = т0) — и может быть записано следующим образом:
,d w
t — т 0 Ч~ 'Ппл —“— ‘ d r
Оно содержит два коэффициента: предел текучести т0 и вязкость т)Пл, которая называется пластической вязкостью.
Для псевдопластичных и дилатантных жидкостей в широком диа пазоне изменения скорости сдвига в технических расчетах можно применять степенную зависимость напряжения от скорости сдвига
п~-1 (fay
1
d r
234
где | dw/dr — безразмерный модуль скорости сдвига; п и k — по стоянные для данной жидкости коэффициенты. Коэффициент п назы
вается индексом течения, а коэффициент k — характеристикой |
кон- |
систентности. Для ньютоновской жидкости п = 1 и k -= р, для |
исев- |
допластичных жидкостей п < 1 н для дилатантных п > 1 . |
|
Течение парафинистых нефтей и нефтепродуктов при температу рах, близких к температуре их застывания и ниже, может быть опи сано кривыми / или 2 (см. рис. 7.1). Иначе говоря, они могут быть отнесены к пластичным или пеевдоплантичным жидкостям, а при до статочно высоких температурах — к ньютоновским жидкостям. Эта особенность связана с высоким содержанием парафина в таких нефтях. При высокой температуре основное количество парафина, содержа щегося в нефти, находится в растворенном состоянии. В этих усло виях нефть является ньютоновской жидкостью.
При снижении температуры из нефти начинает выкристаллизовы ваться парафин, что влечет за собой изменение структуры жидкой фазы нефти. Сущность этого изменения заключается в упорядочен ности расположения молекул растворенного вещества за счет сниже ния их теплового движения. По мере охлаждения раствора способ ность молекул растворителя удерживать в рассеянном и изолирован ном состоянии молекулы парафина снижается, т. е. снижается раство ряющая способность растворителя. При дальнейшем снижении тем пературы концентрация парафина в углеводородной среде достигает такого уровня, при котором раствор становится насыщенным. Однако кристаллизация парафина при этом не начинается, и необходимо не которое перенасыщение раствора, которое создает возможность по явления достаточно крупных кристаллов парафина.
При приближении температуры охлаждения к температуре засты вания Т3 число и размеры кристаллов настолько увеличиваются, что они образуют пространственную структурную решетку по всему объему нефти, иммобилизуют жидкую фазу нефти. Нефть приобретает свойства псевдопластичных, а затем и пластичных жидкостей.
Некоторые высокопарафинистые нефти (например, мангышлакские) обладают еще и свойствами тиксотропных жидкостей. Тиксот ропия — это свойство тел, благодаря которому отношение касатель ного напряжения к скорости деформации (сдвига) временно умень шается за счет предшествующих деформаций. Иными словами, тиксот ропия — это способность жидкости с течением времени восстанавли вать разрушенную ранее структуру.
Вязкость (ньютоновская). При перекачке вязких жидкостей влия ние вязкости на гидравлические потери весьма существенны, поэтому в каждом реальном случае надо определять вязкость с наиболее воз можной точностью. 1'сли нет возможности получить в лаборатории вязкостно-температурную кривую нефти, то ее вязкость при интере сующей температуре можно рассчитать по эмпирическим формулам. Наибольшее распространение получили следующие формулы:
Американского общества испытания материалов (ASTM) lp lg(v 4 0,8) a b lg Г;
235