книги / Трубопроводный транспорт нефти, нефтепродуктов и газа
..pdfвание дополнительной смеси. При малой производительности откачки такой переток жидкостей может наблюдаться и в пери од переключения резервуаров.
Для количественной оценки влияния конструктивных осо бенностей обвязки перекачивающих станций на общий объем смеси в конце трубопровода рекомендована формула
где V . К „„ —объем смеси, образующейся в трубопрово-
CM CMmFlCpo»
де длиной L, соответственно без учета и с учетом пер вичной смеси; Уосм —объем первичной смеси.
Для нефтепродуктопровода диаметром 500 мм, на головной станции которого образовалась первичная смесь объемом 100 м3, зависимость увеличения общего объема смеси от дальности пе рекачки представлена таблицей:
Длина трубопровода, км |
50 |
100 |
200 |
300 |
500 |
700 |
Увеличение объема смеси, % |
85 |
27 |
7,5 |
3,4 |
1,2 |
0,6 |
Как из нее видно, наличие первичной смеси практически не заметно уже в 300 км от головной станции. В то же время для коротких трубопроводов влияние первичной смеси на ее общий объем весьма велико.
Таким образом, производить модернизацию и техническое переоснащение трубопроводов с целью уменьшения образова ния первичной смеси целесообразно, если их протяженность составляет менее 300 км.
Влияние объема партий перекачиваемых жидкостей
Чем меньше объемы партий, тем больше число контактов пе рекачиваемых жидкостей и, следовательно, тем больше общий объем смеси.
Минимальный объем партий определяется из условия, что вся образующаяся в контактах смесь реализуется с использова нием запаса качества перекачиваемых жидкостей.
Препятствием для бесконечного увеличения объема пар тий является необходимость увеличения объема резервуарного парка, обеспечивающего накопление соответствующих запасов жидкостей на головной перекачивающей станции, а также со блюдение графика их поставки потребителям.
Влияние соотношения вязкостей жидкостей
При последовательной перекачке жидкостей, существен но отличающихся по вязкости, количество смеси увеличивает ся. Поэтому при формировании цикла необходимо стремиться, чтобы контактирующие жидкости были близки по вязкости.
Практические наблюдения свидетельствуют, что на количест во образующейся смеси влияет порядок следования жидкостей различной вязкости: если вытесняющая жидкость имеет мень шую вязкость, чем вытесняемая, то объем смеси на 10... 15 % больше, чем при обратном следовании этих же жидкостей. Фи зически это объясняется трудностью «смывания» более вязкой жидкости, (например, дизтоплива), маловязкой жидкостью (на пример, бензином), со стенок трубы, где интенсивность турбу лентного перемешивания снижается.
Так, при перекачке по трубопроводу диаметром 500 мм, вре мя смывания пленки бензина дизельным топливом составляет около 3 с, а при обратном следовании —около 1,3 часов.
5.7. Применение разделителей при последовательной перекачке
Применение разделителей позволяет уменьшить объем обра зующейся смеси до 0,1 % от объема трубопровода и менее. Разде литель помещается между перекачиваемыми жидкостями и под воздействием потока перемещается по трубопроводу, исключая их прямое контактирование.
Применяют разделители двух основных типов — жидкие и твердые. В качестве жидких разделителей используют жидко сти, которые не смешиваются с нефтью и нефтепродуктами, не образуют с ними эмульсий, легко перекачиваются насосами и не расслаиваются при движении по трубопроводам.
В последнее время все шире применяют разного рода загус тители (например, полиакриламид), с помощью которых часть жидкости переводится в коллоидное состояние, в результате чего значительно повышается ее вязкость. Такая жидкость дви жется как вязкоупругий поршень, свободно преодолевающий различные сопротивления, и хорошо разделяет последователь но перекачиваемые жидкости. Недостатком применения вязкоупругих разделительных поршней является то, что при прохож дении через насосы они дробятся и практически утрачивают свои функции.
Гораздо проше применять жидкостный разделитель из про дукта, по своим свойствам близкого к основным последователь но перекачиваемым жидкостям.
Такой разделитель называют буферной жидкостью. Она не изменяет существенным образом механизма смешения и, сле довательно, полный объем образующейся смеси не уменьшает ся. Однако благодаря тому, что допустимые концентрации при месей буферной жидкости и основных продуктов друг в друге больше, в резервуары с товарными продуктами можно принять большее количество смеси.
Эффективность применения жидкостной разделительной пробки зависит от правильного выбора ее длины и вязкости.
Наиболее распространенный способ разделения последова тельно перекачиваемых жидкостей —применение механических
разделителей.
Общие требования к ним таковы: простота конструкции, не большой вес, возможность демонтажа, низкая стоимость. Разде литель должен по возможности не обгонять поток и не отставать от него, чтобы не вызывать дополнительного смесеобразования.
В настоящее время применяют механические разделители различных конструкций: дисковые, манжетные, сферические, комбинированные и др.
Самым простым по конструкции является дисковый разде литель (рис. 5.10о), состоящий из штанги 1 с металлическими дисками 2, между которыми располагаются диски из упругого материала 3. Упругие элементы дискового разделителя имеют диаметр на 3...5 мм больше внутреннего диаметра трубопрово
да. Компенсация износа осуществляется только за счет упругос ти материала. Поэтому такой разделитель быстро теряет свою герметичность (через 30...50 км пробега). Однако и в этом слу чае объем образующейся смеси может быть сокращен до 50 % по сравнению с объемом смеси, образующимся при прямом кон тактировании.
Дисковые разделители целесообразно применять на трубо проводах небольшой протяженности, на линейной части ко торых отсутствуют резкие изменения диаметра труб, задвижки имеют то же проходное сечение, что и основная магистраль, от сутствуют повороты с углами, приближающимися к прямому. Материал упругого элемента всех типов разделителей должен быть износостойким, выдерживать длительное воздействие неф ти и нефтепродуктов, не изменять существенно своих свойств при воздействии температуры до 80 °С. Этим требованиям удов летворяют полимерные материалы (например, неопрен) и маслобензостойкая резина.
Манжетный разделитель (рис. 5.106) отличается от диско вого тем, что его уплотнительные элементы выполнены в виде манжет.
Ранее применялись манжеты из упругого материала. Под дей ствием давления в трубопроводе они плотно прижимались к его стенке, обеспечивая хорошее разделение жидкостей. Однако та кие манжеты быстро изнашивались.
Манжетные разделители конструкции ОАО «Уралсибнефтепровод» отличаются тем, что их манжеты выполнены из жестко го материала —полиэтилена. Они не разжимаются под действи ем внутреннего давления, и поэтому между манжетой и стенкой трубы сохраняется зазор 1...2 мм. Этот зазор очень мал для того, чтобы объем смеси заметно увеличился. Но он достаточен для того, чтобы разделитель двигался по трубопроводу в режиме полужидкостного трения. Благодаря этому, пробег таких раздели телей увеличился до 600...700 км.
Для трубопроводов малого диаметра (до 150 мм) успеш но применяются литые эластичные манжетные разделители
(рис. 5.10<?) из маслобензостойкой резины, имеющие две уплот нительные манжеты. В передней части разделителя запрессован
234
специальный контейнер, куда помещают датчик для контроля движения разделителя. Разделители данного типа применяются в условиях нефтебаз и шлейфовых трубопроводов.
Большой популярностью пользуются шаровые разделители (рис. 5. Юг) с пробегом до 1500 км, отличающиеся высокой про ходимостью и равномерным износом поверхности.
Конструктивно шаровой разделитель представляет собой тол стостенную оболочку 1 из неопрена, в которую запрессован об ратный клапан 2. Через него в оболочку закачивается перекачи ваемая жидкость, чтобы приблизить их плотности.
б
в
г
Рис. 5.10. Разделители, применяемые при последовательной перекачке:
а — дисковый; б — манжетный; в — литой манжетный; г — шаро вой; 1 — штанга; 2 — металлический диск; 3 —диск из упругого материала; 4 —манжета; 5 —толстостенная оболочка; 6 —обратный клапан
Запуск и прием шаровых разделителей может осуществляться автоматически, что позволяет быстро и точно вводить необходи мое число разделителей в зону контакта последовательно пере качиваемых жидкостей.
Комбинированные разделители получают путем объединения элементов сферических, дисковых и манжетных разделителей.
Для запуска и приема разделителей используются камеры пуска и приема очистных устройств.
Шаровые разделители запускаются в зону контакта, как пра вило, партиями. Одно из устройств для их автоматического за пуска показано на рис. 5.11.
Рис. 5.11. Устройство для запуска шаровых разделителей с помощью регулируемых плунжеров:
1 — трубопровод; 2, 4 — регулирующие плунжеры; 3 — реле времени; 5, 9—11 —задвижка; 6 —кассета; 7—вантуз; 8 —концевой затвор
Устройство для запуска шаровыхразделителей с помощьюрегу лирующих плунжеров состоит из кассеты 6, смонтированной на клонно к горизонту, в которой размещается необходимое число шаровых разделителей. Кассета с помощью задвижки 5 соединя ется с магистральным трубопроводом /.
Диаметр кассеты на 100... 150 мм больше диаметра шаров, что необходимо для облегчения их ввода через концевой затвор 8.
236
При заправке разделителей в кассету закрывается задвижка 5, открываются задвижки 9, 10 для слива нефтепродукта и откры вается вантуз 7. После слива открывается концевой затвор 8
ив кассету загружается партия шаровых разделителей, кото рые под действием силы тяжести прижимаются друг к другу
ик плашкам задвижки 5. После загрузки шаров закрываются концевой затвор и задвижка 10, а задвижка 11 открывается. Кас сета заполняется нефтепродуктом до тех пор, пока он не потечет из вантуза 7. Затем закрываются вантуз 7, задвижки 9 и 7/ и от крывается задвижка 5.
Запуск разделителей в трубопровод осуществляют с помощью плунжеров 2 и 4, которые приводятся в действие либо вручную, либо автоматически с помощью сервомоторов, срабатывающих по импульсам от реле времени 3. Получив импульс от датчика, реле включает сервомотор и поднимает плунжер 2. Шаровой разделитель под действием силы тяжести скатывается в трубо провод. После этого плунжер 2 опускается, а плунжер 4 подни мается и очередной разделитель скатывается к плунжеру 2, гото вый к запуску в трубопровод.
Через 100... 150 км на магистральных трубопроводах распо ложены перекачивающие станции. Для обеспечения последо вательной перекачки с разделителями на большие расстояния применяют два метода:
•запуск и прием разделителей на каждом перегоне между стан циями;
пропуск разделителей через станции с использованием спе циальных устройств, где разделители ожидают, пока смесь пройдет через насосы.
Внастоящее время разделители применяются очень редко, т. к. удается реализовать всю смесь за счет запаса качества по следовательно перекачиваемых нефтепродуктов (см. п. 5.10).
5.8. Контроль последовательной перекачки
Успех последовательной перекачки достигается при условии тщательного контроля над технологическим процессом. Пра вильно организованный контроль позволяет диспетчеру доста-
237
точно точно знать местонахождение партий нефтепродуктов
изоны смеси, организовывать сбросы на попутные нефтебазы
иналивные пункты, подготовиться к приему и распределению смеси на конечном пункте трубопровода.
Для контроля над последовательной перекачкой разрабо тан ряд методов, основанных на фиксации изменения одного из физических параметров последовательно перекачиваемых жид костей (плотности, диэлектрической проницаемости, скорости
прохождения ультразвука и др.), или на слежении за движени ем какого-либо индикатора (радиоактивных изотопов, флуорес центных красителей и т. д.).
Контроль смеси по изменению плотности
Данный метод контроля смеси применяют в том случае, ког да разность плотностей контактирующих жидкостей достаточно велика.
В основу определения концентраций положены уравнения сохранения массы и объема
fР У А +Р У Б =Р сУ см »
где рА, рБ, р^ —плотности нефтепродуктов А и Б, а также их смеси; УА, УБ, У^ —объемы данных жидкостей.
Поделив обе половины данных уравнений на У^ и учитывая, что по определению УА/ Усм = КАи УБ/ У^ = КБ, можем перепи сать их в виде
[РлКА+РБКБ = ры,
\ к А+к Б = 1
где КА, КБ—объемная концентрация в смеси нефтепродук тов А и Б.
Решая данную систему уравнений, получаем
К |
—Рсм~ Рв . jç |
_ Рем~ Ра |
(5.13) |
" |
Рл-Рв' |
Б Рб - Р а |
|
То есть если непрерывно измерять рсж, то при заданных ве личинах рАи рБнетрудно найти мгновенные концентрации чис-
238
тых жидкостей в рассматриваемом сечении. Для непрерывного (автоматического) измерения плотности перекачиваемой жид кости создан ряд приборов. Одним из первых был поплавковый плотномер конструкции НИИтранснефть, принципиальная схе ма которого приведена на рис. 5.12.
Рис. 5.12. Поплавковый плотномер конструкции НИИтранснефть:
7 |
— корпус; 2 — поплавок; 3 |
— петля; 4 — эбонитовый стержень; |
5 - |
сосуд со ртутью; 6 —плунжер; |
7 —трубка из немагнитного материала; |
|
8 —катушка индуктивности; 9 —вторичный прибор; 10 —патрубок |
|
|
Он состоит из корпуса 1, поплавка 2, узла стабилизации по |
|
ложения поплавка (петля 3, эбонитовый стержень 4, сосуд с рту тью 5) и узла фиксации его перемещений (плунжер 6, трубка из немагнитного материала 7, катушка индуктивности 8, вторич ный прибор 9).
Плотномер рекомендовали устанавливать на байпасе перед перекачивающей станцией или конечным пунктом. Перед при бором размещается фильтр, из которого очищенная жидкость по двум патрубкам 70 поступает в плотномер.
С изменением плотности жидкости, проходящей через плот номер, изменяется величина архимедовой силы, действующей
239
на поплавок. В результате поплавок 2 вместе с петлей 3 и плун жером 6 получает вертикальное перемещение. Для того чтобы это перемещение оставалось в определенных пределах, служит узел стабилизации положения поплавка, действие которого так же основано на использовании архимедовой силы.
Предположим, что плотность смеси стала меньше и поплавок опускается. При этом стержень 4, жестко связанный с петлей 3 опускается в сосуд с ртутью.
За счет разности плотностей ртути и эбонита возникает вы талкивающая сила, препятствующая дальнейшему опусканию стержня, а следовательно, и поплавка. При повышении плотно сти жидкости картина обратная.
Каждому значению плотности жидкости соответствует опре деленное положение плунжера 6, жестко связанного с поплав ком 2. Перемещение плунжера относительно катушки индуктив ности 8 приводит к изменению показаний вторичного прибора 9, которые оттарированы в единицах плотности. Обмотка ка тушки 8 имеет несколько выводов, благодаря которым можно менять чувствительность плотномера посредством переключе ния катушки на различное число витков. Вторичный прибор мо жет находиться на расстоянии до 250 м от плотномера.
Плотномер НИИтранснефть в настоящее время не приме няется, но его конструкция интересна своим оригинальным за мыслом.
Для измерения плотности используются также приборы, основанные на принципе взвешивания исследуемого продукта и сравнения с эталонной жидкостью, а также приборы, в кото рых измеряется частота колебаний специальных вибраторов в за висимости от плотности перекачиваемой жидкости. Эти прибо ры применяются для измерения плотности от 685 до 904 кг/м3 с погрешностью не более 2,2 кг/м3.
Еще один метод контроля плотности перекачиваемой сре ды —это применение гамма-плотномеров (ПЖР). В основу ме тода измерения плотности положено свойство поглощения перекачиваемой жидкостью гамма-квантов радиоактивного из лучения. Источник гамма-излучения и его приемник помеща ются на диаметрально противоположных сторонах снаружи тру-
240