МЕТОДИКА РАСЧЕТА НЕИЗОТЕРМИЧЕСКИХ ТРУБОПРОВОДОВ ДЛЯ ПЕРЕКАЧКИ ВЫСОКОВЯЗКИХ И БИТУМИНОЗНЫХ НЕФТЕЙ

Гаррис Н.А., Новоселова Л.П., Гудникова А.А. г.Уфа,

ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный

нефтяной технический университет»

С каждым годом в России и других странах увеличивается добыча высоковязких нефтей. Одновременно улучшается и углубляется отбор лёгких фракций из нефти, которые увеличивают долю вязких нефтяных остатков. В настоящее время мировые запасы высоковязких нефтей составляют 810 млрд. тонн, что почти в пять раз превышает объем остаточных извлекаемых запасов нефтей малой и средней вязкости, составляющий лишь 162,3 млрд. тонн. Высокий ресурсный потенциал данного вида углеводородного сырья обуславливает тот факт, что его разработке нефтяные компании уделяют все большее внимание. К настоящему времени среднегодовой суммарный объем производства таких нефтей в мире приближается к 500 млн. тонн, а накопленная добыча превышает 14 млрд. тонн. В России такие нефти добывают на месторождениях Тимано-Печорского региона, в Казахстане – на месторождениях Узень, Жетыбай, Кумколь, Акшибулак. Канада, Венесуэла, Эквадор и другие страны в настоящее время ведут активную добычу и транспортировку нефтей с плотностью почти 1 т/м³ и высокой вязкостью, в сотни раз больше вязкости воды [1].

Перекачка высоковязких нефтей по трубопроводам может осуществляться различными способами, например с применением разбавителей, депрессаторов, с применением предварительной обработки нефти термическим или механическим способом и т.д. Хорошо зарекомендовал себя способ перекачки нефти с подогревом, при котором нефть или нефтепродукт подается в трубу в подогретом состоянии, а путевые потери тепла компенсируются нагревом на промежуточных тепловых станциях.

К качеству расчетов эксплуатационных режимов неизотермических трубопроводов предъявляются повышенные требования, так как высокая вязкость и сдвиговые напряжения, появляющиеся при перекачке у многих нефтей и нефтепродуктов при температурах окружающей среды, требуют чрезмерно высоких энергозатрат для преодоления гидравлического сопротивления трубопровода, а тиксотропные свойства исключают возможность остановки перекачки на продолжительное время. При "горячей" перекачке потребность в тепле в течение года меняется: летом расход тепла на подогрев меньше, чем зимой. Отсюда следует, что теплогидравлический режим трубопровода в течение года переменный. Кроме этого, подача центробежных насосов (ЦБН) и работа печей в течение года меняются по технологическим причинам, включая плановые и аварийные остановки. Проектный стационарный режим на неизотермических трубопроводах практически не достигается, и трубопроводы редко эксплуатируются в том режиме, на который проектируются, работая с недогрузкой.

Современный уровень методов расчета нестационарных режимов работы неизотермических трубопроводов позволяет рассчитывать указанные процессы лишь приближенно, с той или иной степенью точности. Это объясняется сложностью сопутствующих явлений и трудностью их математического описания. Существующие методы расчета и отраслевой стандарт не учитывают изменения подачи насосов Q вследствие изменения гидравлического сопротивления трубопровода при неизотермических нестационарных процессах. Колебания подачи насосов и температуры перекачки жидкости взаимосвязаны. Поэтому принятие постоянства Q=const правомерно лишь для поршневых насосов. [2]

Целью теплогидравлического расчета является определение температуры перекачиваемой жидкости по длине трубопровода и потерь напора на трение. В результате определяется число насосных и тепловых станций, необходимых для поддержания проектного режима.

Методика расчета эксплуатационных режимов неизотермических трубопроводов с использованием динамических характеристик позволяет выполнять тепловой и гидравлический расчет как стационарного, так и нестационарного режимов работы трубопровода. Динамические харатеристики могут быть построены для жидкостей с различными реологическими моделями. Большим преимуществом данного метода является то, что он позволяет учесть изменение подачи центробежных насосов вследствие изменения гидравлического сопротивления трубопровода. [3,4]

Методика, разработанная в УГНТУ позволяет рассчитать пусковой режим трубопровода, определяя температуру теплоносителя, давление и подачу насосов в процессе прогрева, время прогрева, объем теплоносителя, и режим остывания нефти в подземном теплоизолированном трубопроводе, определяя время безопасной остановки, а также давление и подачу насосов при повторном пуске [2].

Алгоритмы расчета нестационарных режимов нефтепродуктопроводов с помощью динамических характеристик хорошо реализуются на ЭВМ. Программа «Stac-Di», составленные на языке OBJECT PASCAL в среде DELPHI, реализована в двух режимах: для построения стационарной и динамической характеристик магистрального трубопровода. Алгоритм программы учитывает параметры трубопровода, перекачки, теплообмена, а также зависимость свойств нефти от температуры. С ее помощью можно рассчитать потери напора на трение, на преодоление статического напряжения сдвига, полные потери, конечную, среднюю и критические температуры в зависимости от расхода.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Максутов, Р. Освоение запасов высоковязких нефтей в России / Р. Максутов, Г. Орлов, А. Осипов// Технологии ТЭК.-2005.-№ 6.-С. 36-40.

2 Гаррис, Н.А. Расчет эксплуатационных режимов нефтепродуктопроводов с применением динамических характеристик /Н.А. Гаррис, Ю.О. Гаррис// Нефтегазовое дело. http://www.ogbus.ru/authors/Garris/Garris_3.pdf; 2002. - 9 c.

3 Тугунов, П.И. Методика расчета эксплуатационных режимов теплоизолированных мазутопроводов / Тугунов П.И., Гаррис Н.А., Ширгазина Р.З. Новоселова Л.П. // Уфа: УНИ.- 1979.- 79 с.

4 Тугунов, П.И. Методика расчета на ЭВМ теплогидравлических параметров "горячих" трубопроводов в период пуска с учетом изменения подачи центробежных насосов / Тугунов П.И., Новоселова Л.П. // Уфа: УНИ, 1988.- 42 с.