СПОСОБ ТРАНСПОРТИРОВКИ НЕФТИ ПО ТРУБОПРОВОДУ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПРОТИВОТУРБУЛЕНТНОЙ ПРИСАДКИ Российский патент 2009 года по МПК F17D1/16 F16L55/04 

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для исключения гидроудара при остановке нефтеперекачивающей станции или быстром перекрытии запорного органа.

Прогнозирование гидроудара на магистральных трубопроводах предъявляет некоторые принципиальные требования, которые должны учитываться при выборе расчетной модели. Одним из них является учет гидравлических потерь при расчете распределения волны давления (перегрузки) по трубопроводу. С физической точки зрения указанное требование сводится к необходимости учета экспоненциального затухания волны давления по мере ее продвижения от источника гидроудара вверх по потоку перекачиваемого продукта. Кроме указанного необходимо учитывать, что ударная волна, возникающая при быстром перекрытии запорного органа или остановке нефтеперекачивающей станции, затухает по времени и тоже по экспоненциальному закону.

Известные методы расчета гидроудара с учетом указанных факторов (см. В.А.Юфин, В.А.Горчаков, О.М.Науменко и др. Исследование фронта волны давления неустановившегося движения жидкости в трубопроводе при остановке промежуточной насосной станции. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. - 1975. - № 7. - С.30-33; Временная методика расчета переходных режимов в магистральных продуктопроводах ШФЛУ. РД39-058-90. - М.: ВНИИСПТнефть, 1990. - 150 с.; Е.Л.Левченко, О.Б.Николаев, Л.М.Беккер. К вопросу о применении систем сглаживания волн давления на нефтепроводах АК «Транснефть. Трубопроводный транспорт нефти. - 2001. - № 12. - С. 64-67) основаны на решениях системы дифференциальных уравнений неустановившегося движения вязкой жидкости.

Недостаток - системы дифференциальных уравнений сложны в применении, требуют адекватного программного обеспечения, не учитывают на процесс затухания ударных волн влияния противотурбулентных присадок.

В то же время возможность обобщения формулы Н.Е.Жуковского для реального магистрального трубопровода позволит рекомендовать простой прием оперативного расчета распределения давления при переходных процессах в магистральных трубопроводах, включая ситуации транспортировки нефти с применением присадки.

Цель изобретения - повышение надежности и эффективности способа путем исключения аварийных ситуаций в трубопроводе вызванного остановкой нефтеперекачивающей станции за счет регулирования количеством противотурбулентной присадки в поток перекачиваемой нефти и его учета при расчете действительного распределения давления в трубопроводе в условиях гидроудара.

Поставленная цель достигается тем, что для режима перекачки и величины вводимой концентрации присадки Θ, предшествующих гидроудару, определяют коэффициент гидравлического сопротивления трубопровода λ_ПТП, учитывают эффект повышения инерционной составляющей давления, обусловленной эффектом Томса (снижение гидравлического сопротивления и соответствующему ему снижение затухания волны давления в связи с вводом присадки), рассчитывают распределение давления в трубопроводе в условиях гидроудара по зависимости

производят сопоставление его величины с допустимой величиной (из условия прочности металла трубы) Р_доп и в случае Р(х)>Р_доп уменьшают количество вводимой присадки до концентрации θ, исключающей указанное превышение гидроудара выше допустимого или вблизи источника гидроудара устанавливают гаситель гидроудара

где Р(х) - распределение давления в трубопроводе в условиях гидроудара;

Р_ст(х) - стационарное распределение давления по длине трубопровода, предшествующее гидроудару;

ρ - плотность нефти;

с - скорость звука в трубопроводе;

κ - коэффициент, учитывающий изменение скорости потока в месте возникновения гидроудара;

W_o - скорость потока до гидроудара;

Q - расход нефти в трубопроводе до гидроудара;

х - длина трубопровода от источника гидроудара;

d - диаметр трубопровода.

- число Рейнольдса;

ν - кинематическая вязкость.

Использование предлагаемого изобретения позволяет осуществить регулирование переходных режимов в нефтепроводах и принять правильное решение о толщине стенки трубопровода или целесообразности применения средств защиты линейной части от волн давления при гидравлических ударах и в конечном итоге обеспечило безаварийную эксплуатацию.

Изобретение может быть использовано для исключения гидроудара при остановке нефтеперекачивающей станции или быстром перекрытии запорного органа. Технический результат изобретения - повышение надежности и эффективности путем исключения аварийных ситуаций в трубопроводе вызванного остановкой нефтеперекачивающей станции за счет регулирования количества вводимой противотурбулентной присадки в поток перекачиваемой нефти. Для режима перекачки и величины вводимой концентрации присадки Θ, предшествующих гидроудару определяют коэффициент гидравлического сопротивления трубопровода λ_птп, учитывают эффект повышения инерционной составляющей давления, обусловленной эффектом Томса, рассчитывают распределение давления в трубопроводе в условиях гидроудара по зависимости

производят сопоставление его величины с допустимой величиной Р_доп и в случае Рх>Р_доп уменьшают количество вводимой присадки до концентрации 9, исключающей указанное превышение гидроудара выше допустимого или вблизи источника гидроудара устанавливают гаситель гидроудара, где Р_(х) - распределение давления в трубопроводе в условиях гидроудара; Р_ст ^(х) - стационарное распределение давления по длине трубопровода, предшествующее гидроудару; ρ - плотность нефти; с - скорость звука в трубопроводе; κ - коэффициент, учитывающий изменение скорости потока в месте возникновения гидроудара; W_o - скорость потока до гидроудара; λ_птп - коэффициент гидравлического сопротивления в трубопроводе при перекачке нефти с присадкой заданной концентрации; Q - расход нефти в трубопроводе до гидроудара; х - длина трубопровода от источника гидроудара; d - диаметр трубопровода. - число Рейнольдса; ν - кинематическая вязкость.

Способ транспортировки нефти по трубопроводу с применением противотурбулентной присадки при переходных режимах, сопровождаемых гидроударом, вызванным остановкой нефтеперекачивающей станции или быстрым перекрытием задвижки, отличающийся тем, что для режима перекачки и величины вводимой концентрации присадки Θ, предшествующих гидроудару, определяют коэффициент гидравлического сопротивления трубопровода λ_птп, учитывают эффект повышения инерционной составляющей давления, обусловленный эффектом Томса (снижение гидравлического сопротивления и соответствующее ему снижение затухания волны давления в связи с вводом присадки), рассчитывают распределение давления в трубопроводе в условиях гидроудара по зависимости

производят сопоставление его величины с допустимой величиной (из условия прочности металла труб) Р_доп и в случае Р(_х)>Р_доп уменьшают количество вводимой присадки до концентрации θ, исключающей указанное превышение гидроудара выше допустимого, или вблизи источника гидроудара устанавливают гаситель гидроудара,

где Р(х) - распределение давления в трубопроводе в условиях гидроудара;

Р_ст(х) - стационарное распределение давления по длине трубопровода, предшествующее гидроудару;

ρ - плотность нефти;

с - скорость звука в трубопроводе;

κ - коэффициент, учитывающий изменение скорости потока в месте возникновения гидроудара;

W_o - скорость потока до гидроудара;

λ_птп - коэффициент гидравлического сопротивления в трубопроводе при перекачке нефти с присадкой заданной концентрации;

х - длина трубопровода от источника гидроудара;

d - диаметр трубопровода.

- число Рейнольдса;

ν - кинематическая вязкость.