Способ перекачки жидкости Советский патент 1984 года по МПК F17D1/18 

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для горячей перекачки по трубам высоковязких застывающих нефтей и нефтепродуктов. Известна технология горячей перекачки высоковязтсих застывающих нефтей и нефтепродуктов (в дальнейшем нефть), по которой нефть перед закачкой в нефтепровод нагревают до определенной температуры с целью снижения ее вязкости. Горячую нефть перекачивают по нефтепроводу до следующего пункта п9Догрева. При перека ке контролируют температуру нефти в начале и в конце нефтепровода, давле ние в нефтепроводе и производительность. Температуру подогрева нефти определяют на основании расчетов. выполненных в соответствии с руководящими документами Миннефтепрома 1 3 В ОСНОВУ перекачки нефти положены следующие условия: при заданной производительности перекачки уровень давления в нефтепроводе не должен превосходить допустимое значение, определяемое условием прочности; при остановке перекачки время безопасной остановки должно быть достаточным для проведения технологических и ремонтных работ. Под временем безопасной остановки перекачки принято понимать такое время, по истечению которого перекачка нефти может быть возобновлена при допустимом уровне давления в нефтепроводе, В основу способа перекачки, при котором время безопасной остановки перекачки и пускового давления определяются на основании указанного рук водящего документа Миннефтепрома, по ложено решение одномерного квазистац онарного уравнения движения в трубе, определяющего потери давления по дпине трубопровода. В этом способе нестационарность учитывают через изменение напряжений сдвига и вязкос ти нефти от температуры по мере осты вания трубопровода, те тературу осты вающей нефти находят из приближенных решений одномерных нестационарных задач без учета пространственного процесса теплообмена в грунте и процесса свободной конвекции в нефти. Однако низкая точность определения прогнозируемых значений темпера- туры нефти и давления в нефтепроводе не позволяет использовать их для определения экономичных и безаварийных режимов работы горячих нефтепроводов и для поиска безаварийных режимов их работы при минимальной производительности. Кроме того, недостатком известного способа является отсутствие условия оптимизации температуры по минимуму энергозатрат на подогрев нефти и ее перекачку.Цель изобретения - снижение энергозатрат и Повыщение надежности нефтепровода при неустановившихся режимах работы. Цель достигается тем, что согласно способу перекачки вязкой жидкости, включающему нагрев до расчетной температуры и перекачку под действием перепада давления, измеряют распределение во времени производительности перекачки, давления и температуры на входе в нефтепровод и температуру воздуха по длине нефтепровода, по измеренным значениям для заданного в последующие моменты времени закона изменения производительности Перекачки из решения системы дифференциальных уравнений (уФ)+йЦрф.)Й1у(Г -о1о1Ф) где Ф - температура, энтальпия, составляющие скорости, турбулентных пульсаций, масщтаб турбулентности; Г - коэффициенты переноса; S - источники; f - плотность; Т5 - скорость; Г - время, рассчитывают значение минимальной температуры нефти на входе в нефтепровод и распределение температуры нефти по длине нефтепровода, при котором при возобновлении перекачки после аварийной остановки давление в нефтепроводе не будет превьшшть допустимое значение, нагревают нефть до расчетного значения температуры на входе в нефтепровод, контролируют температуру на выходе и изменяют подогрев нефти так, чтобы измеренное значение температуры нефти на выходе из нефтепровода было равно расчетному значению. Нефть на входе в нефтепровод подогревается до такой температуры, при которой имеет место минимум энергозатрат на псдогрев нефти и перекачку ее с заданной производительностью и выполняются условия безаварийной работы нефтепровода, т.е. давление в нефтепроводе не превосходит допустимое значение при всех режимах эксплу атации, а время безопасной остановки перекачки больше или равно планируемому времени остановки перекачки для ремонтных и регламентных работ. Температура подогрева нефти находится из решения системы дифференциальных уравнений -(pФ)-dЦfWфЦdw(Г,-c«Зф)S , (i где } - температура, энтальпия, составляющие скорости, энергия турбулентных пульсаций, масштаб турбулентности; Г - коэффициенты переноса; S - источники; -плотность; -скорость; Т - время. Система уравнений (1) адекватно з спроизводит нестационарные, пространственные процессы движения нефти по нефтепроводу и теплообмена в нефтепроводе и окружающем его грунте. Поиск искомой температуры ведут для заданного закона изменения производительности перекачки,. при заданных атмосферных условиях в месте расположения нефтепровода, при реальных значениях теплофизических характеристик нефти и грунта, по условию минимальных энергозатрат на подогрев и перекачку нефти и усло вию безаварийной работы нефтепровода Решение системы уравнений (1) позволяет найти распределение температуры нефти и давления по длине нефтепровода. По значениям температуры нефти и давления в нефтепровод находят затраты энергии (Э) на пере качку нефти: э - П-н и затраты энергии на подогрев нефти О,): ч - н РН fiv Д н где Р - () и P() - давление в нефтепрово де в начале при и в конце Р P()-P() ; ЛТ„-Т()-() Tf() и Т„() - среднемассовая температура нефти в начале нефтепровода при и в конце при - теплоемкость нефти в начале нефтепровода при - плотность нефти в начале нефтепровода при L, - КПД систем перекачки и подогрева нефти; X - переменная координата вдоль оси нефтепровода;L - длина нефтепровода. На чертеже показано изменение веденных энергозатрат на перекачодной тонны нефти на один километр (Э) и сугма и (Э), на подогрев ргозатрат (Э). Рн GylЭ, -к Э, В случае перекачки маловязких неф, у которых вязкость мало зависит температуры, экстремум энергозатсмещается в область низких тематур и наоборот, для высоковязких тей с сильной зависимостью вязкосот температуры экстремум энергорат смещается в область высоких ператур. Экономический режим работы нефте- вода при заданной производительносопределяют по минимуму энергорат. Для экономичного режима темпеуру на пункте подогрева Т() еделяют по условию 1 1 1 MV.H Найденный экономический режим раы горячего нефтепровода проверя-. ют по условию безаварийной работы нефтепровода: Р() Рд,,е (7) где д,, максимально допустимое зна чение давления в нефтепроводе. Условие (7) должно выполняться п всех режимах работы нефтепровода, включай режим пуска после остановки перекачки. По условию технологии эксплуатации нефтепроводов на регламентные и ремонтнью работы предусматриваетс планируемая и аварийная остановка перекачки на время fp. Прогнозирую щие расчеты тепловых и гидродинамических параметров нефтепровода при остановке перекачки и последующем п ке позволяют по условию (8) Р Р определить время безопасной останов ки перекачки ( безаварийного пуска нефтепровода после остановки, время остановки (Тр ) не долж но превышать Т , т.е. - п Принимая за С время f р , полу- Р 5.0 Если определенньй вьшге экономичес кий режим эксплуатации удовлетворяет условию (10), то такой режим являет безаварийным. В , когда для экономичного режима условие (10) не выполняется, необходимо либо снизить производительность при пуске нефтепровода, либо увеличить температуру подогрева нефти во время работы нефтепровода. Как снижение производительности, так и увеличение температуры подогрева ухудшает экономичность системы, но обеспечивает безопасност ее эксплуатации. Снижение производи тельности при пуске нефтепровода меньше отражается на экономичности, чем увеличение температуры подогрева, поскольку время пуска значительно меньше времени работы нефтепровода между остановками. Производительность нефтепровода при пуске выбирают такой, чтобы выполнялось условие (8) Время выхода на заданную производительность ( ьп ) ограничивают временем заполнения нефтью резервных емкостей,находящихся на приисках, т.е. Л t где Vp - объем нефти в резервных емкостях;Gy - производительность нефтепровода ; Gy - производительность добьии нефти на приисках. Если при прогнозировании режимов при tg Гр условие (11) не выполняется, то перекачку нефти необходимо вести при такой наименьшей температуре подогрева (Тц), которая обеспечивает равенство (11). Таким образом, условие минимума энергозатрат на подогрев и перекачку нефти, условие допустимого давления в нефтепроводе и условие времени безопасной остановки перекачки прогнозируют с помощью ЭВМ для различных моментов времени при заданном законе изменения производительности, оптимальном значении температуры подогрева нефти (Тц, которое будет наименьшим из всех возможных для безопасных режимов перекачки. Для учета возможных отклонений реальных значений температуры нефти. по нефтепровода от расчетных; на выходе из нефтепровода ведут контроль за температурой нефти. В случае, когда измеренное значение температуры нефти в конце нефтепровода ниже . соответствующего расчетного значения, повьш1ает подогрев нефти по сравнению с расчетным так, чтобы измеренное . и расчетное значения температуры нефти в конце нефтепровода совпали. Указанная коррекция расчетного значения температуры подогрева нефти не превьш1ает одного градуса и при расче те экономического эффекта, получаемого от применения предлагаемого способа перекачки, указанное различие можно не учитывать. Использование способа позволит вести перекачку нагретой нефти по трубопроводу при самых экономичньк из всех безаварийных режимов. Способ

711057238

позволяет также при заданной темпера- перекачки, при которой еще вьшолняюттуре нагрева нефти определить мини- ся условия безаварийной работы нефте мальное значение производительности провода.

СПОСОБ ПЕРЕКАЧКИ ЖИДКОСТИ, преимущественно нефти по трубопроводу, включающий нагрев до расчетной температуры и перекачку под действием перепада давления, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат, а также повышения надежности нефтепровода при неустановившихся режимах работы, измеряют распределение во времени производительности перекачки, давления и температуры на входе в нефтепровод и температуру воздуха по длине нефтепровода, по измеренным значениям для заданного в последующие моменты времени закона изменения производительности перекачки из р ешения системы дифференциальных уравнений -(j)4pWt)div( . где - температура, энтальпия, составляющие скорасти, энергия турбулентных пульсаций, масштаб турбулентности; Г - коэффициенты переноса.; S - источники; -плотность; -скорость; f - время, рассчитывают значение минимальной (/} температуры нефти на входе в нефтепровод и распределение температуры нефти по длине нефтепровода, при котором при возобновлении перекачки пос8 е ле аварийной .остановки давление в нефтепроводе не будет превышать допустимое значение, нагревают нефть до рас- . четного значения температуры на входе СП в нефтепровод, контролируют темпера туру на выходе и изменяют подогрев нефти так, чтобы измереиное значеIsD ние температуры нефти на выходе из СО нефтепровода бьто равно расчетному значению. .