CC BY
101
ГРНТИ 61.13.01 Дюсенбаев Дияз Каиркенович
магистрант, кафедра «Химии и химических технологий», Факультет химических технологий и естествознания, Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан, e-mail: diaskapvl@bk.ru. Несмеянова Римма Михайловна
к.х.н., ассоц. профессор (доцент), кафедра «Химии и химических технологий», Факультет химических технологий и естествознания,
Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан, e-mail: nesm_r@mail.ru.
ПРИМЕНЕНИЕ ПРОТИВОТУРБУЛЕНТНЫХ ПРИСАДОК НА ОСНОВЕ ПОЛИОКТЕНА
В работе представлены результаты по изучению эффективности противотурбулетной присадки на основе полиоктена и дизельного топлива. Объектом исследования служила нефть месторождения Акшабулак, отличающаяся высоким содержанием парафинов (до 16 %), что является серьезной проблемой при ее транспорте по трубопроводам. Выявлено, что ввод разработанных присадок заметно улучшает температурные характеристики нефти: температура потери текучести изменяется с 21 "С до 9 "С, то есть депрессия составляет 12 "С. Также отмечается высокая эффективность реагентов на основе полиоктена для снижения гидравлического сопротивления в трубопроводе: установлено, что эффективность применения присадки достигает 45—68 % в зависимости от концентрации присадки. Результатами исследований установлено, что наиболее оптимальной концентрацией реагента на основе полиоктена является 300 ррт.
Ключевые слова: Трубопроводный транспорт, нефть, присадка, полиоктен, гидравлическое сопротивление.
ВВЕДЕНИЕ
Современные противотурбулентные присадки (ПТП) представляют собой в основном раствор или суспензию высокомолекулярного углеводородного полимера в растворителе (носителе). ПТП позволяют уменьшить турбулентность в пристеночной области, в результате чего уменьшается гидравлическое сопротивление линейной части (ЛЧ) и, как следствие, потери напора на трение [ 1 ].
На магистральных нефтепроводах/магистральных нефтепродуктопроводах применение ПТП возможно для решения следующих задач:
На действующих магистральных нефтепроводах (МН):
1 для увеличения пропускной способности МН, как альтернатива строительству дополнительных перекачивающих станций (ПС), лупингов, замены участков JI4;
2 для снижения энергопотребления ПС и технологического участка в целом при сохранении прежней производительности перекачки за счет:
- отключения одного насоса на ПС;
- уменьшения частоты вращения ротора насоса;
- переключения на насос с меньшим диаметром рабочего колеса;
- отключения целой ПС с последующим её выводом из эксплуатации;
3 для повышения эксплуатационной надёжности трубопровода путём понижения рабочих давлений на Л4 с сохранением прежней производительности перекачки.
На проектируемых магистральных нефтепроводах:
1 для сокращения количества промежуточных ПС при проектировании новых МН, обеспечивающих транспортировку нефти от месторождений, характеризуемых высокой неравномерностью объёмов добычи;
2 для уменьшения диаметра и толщины стенки трубы МН при проектировании новых МН, перекачивающих нефть от месторождений.
В настоящее время, несмотря на большое количество работ, посвященных ПТП и их применению, данные вопросы рассмотрены не полностью.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
В мировой практике накоплен значительный опыт применения высокомолекулярных соединений в качестве ПТП в нефтепроводном транспорте. Первые промышленные испытания ПТП были осуществлены на Трансаляскинском магистральном нефтепроводе в 1979 г. фирмой TransAlaskaPipelineSystem с целью увеличения пропускной способности магистральных нефтепроводов [2].
Действие ПТП сводится к гашению пристеночной турбулентности за счёт взаимодействия длинномерных молекул ПТП с турбулентными вихрями, в результате чего уменьшается гидравлическое сопротивление и, как следствие, потери на трение [3, 4]. В связи с этим, за счет применения ПТП возможно:
- увеличить пропускную способность трубопровода;
- снизить энергопотребление на перекачку при сохранении прежней производительности.
На сегодняшний день ПТП широко применяется для решения задачи увеличения пропускной способности трубопровода [5, 6]. Связано это с тем, что с экономической точки зрения использование ПТП для увеличения пропускной способности МН более целесообразно, чем строительство дорогостоящих лупингов или ввод в эксплуатацию новых станций.
В настоящее время большое количество работ посвящено применению ПТП [7-9] в задачах оптимизации режимов перекачки. Однако, на практике для снижения энергопотребления ПТП далеко не всегда используются [ 1 ].
В настоящее время отсутствуют требования и рекомендации о применении ПТП в задачах энергосбережения при проектировании новых МН и методика оценки экономического эффекта от применения ПТП. В то время, как мировой опыт [10] говорит о том, что решения в области энергосбережения, принятые на стадии проектирования, дают гораздо больший эффект и требуют меньших инвестиций, чем на действующих объектах.
В исследованиях [11] основной упор делается на применение ПТП для снижения энергопотребления на действующих нефтеперекачивающих станциях (НПС), оснащенных узлами дросселирования.
Согласно нормативно-технической документации [12] мероприятия по применению ПТП являются экономически обоснованными, если затраты на ПТП и оборудование для её ввода ниже, чем экономия, достигаемая от снижения энергопотребления после ввода ПТП.
В данной работе проведены работы по получению противотурбулентной присадки на основе полиоктена и дизельного топлива, применяемого в качестве дисперсионный среды. Присадку готовят путем смешения полиоктена, изготовленного в виде цилиндров с диаметром 40-50 мм и высотой 30-40 мм, с дизельным топливом в соотношении 1:3.
В качестве объекта исследований взята нефть месторождения Акишбулак, отличающаяся высоким содержанием парафиновых углеводородов (\ 6 %), что обуславливает их высокую температуру потери текучести (21 °С).
Введение предлагаемой присадки на основе полиоктена позволяет улучшить температурные характеристики нефти (таблица 1).
Таблица 1 - Температура потери текучести сырой нефти и после ее обработки ПТП
№ Образец Концентрация ПТП, ррш Тпт, °С
1 Необработанная нефть — 21
2 Нефть 100 15
3 Нефть 300 9
4 Нефть 500 9
Выявлено, что введение присадки в состав нефти положительно влияет на реологические свойства нефти месторождения Акшабулак: наилучшая депрессия наблюдается при вводе ПТП в количестве 300-500 ррш - 12 °С.
С целью определения гидравлических потерь напора произвели исследования нефти без и после ввода противотурбулентных присадок в нефть на опытном стенде в лабораторных условиях.
Исследования образцов нефти проводили при температуре 20 °С: заливали нефть в раздаточный резервуар, в течение 3 часов образцы нефти циркулировали по трубам, по истечению которого устанавливается определенный режим течения нефти (а также нефти в смеси с ПТП).
По известным потерям в каждом опыте определяли число Рейнольдса и коэффициент гидравлического сопротивления X на основе классической формулы Блазиуса.
Для смеси нефти с присадками различных концентраций определяли значения коэффициента гидравлического сопротивления X
Результатами по определению гидравлического сопротивления нефти и оценки эффективности его снижения в присутствии противотурбулентной присадки
на основе полиоктена показано (таблица 2), что применение присадки снижает гидравлическое сопротивление нефти.
Таблица 2 - Изучение эффективности ПТП для снижения гидравлического сопротивления нефти
№ Образец нефти Концентрация ПТП, ррш Эффективность присадки, ф
1 Нефть 100 45
2 Нефть 300 68
3 Нефть 500 59
И аиболыпий эффект снижения гидравлического сопротивления (68 %]
наблюдается при применении ПТП в количестве 300 ррш.
ВЫВОДЫ
Таким образом, установлено, что исследуемый композит полиоктена с дизельным топливом может с успехом использоваться в качестве противотурбулентных присадок при перекачивании нефти месторождения Акшабулак по магистральным нефтепроводам, поскольку их небольшие концентрации в смеси с указанной нефтью приводят к уменьшению гидравлического сопротивления, что в конечном итоге способствует повышению пропускной способности трубопроводов и сокращению энергозатрат на перекачивание.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Бархатов, А. Ф., Настепанин, П. Е. Противотурбулентная присадка как один из способов снижения капитальных и эксплуатационных затрат // Технологии транспорта и хранения нефти и нефтепродуктов. - 2014. - № 3 (15). - С. 18-26.
2 Мастобаев, Б. Н. История применения химических реагентов и технологий в трубопроводном транспорте нефти и нефтепродуктов : автореф. дис. ... д-ра техн. наук: 07.00.10. - Уфа, 2003. - 50 с.
3 Лурье, М. В. Математическое моделирование процессов трубопроводного транспорта нефти, нефтепродуктов и газа : Учебное пособие. - М. : ФГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2003. - 336 с.
4 Рындин, В. В., Сиюнич, Р. Н. Исследование и расчёт магистрального нефтепровода в системе Mathcad // Наука и техника Казахстана. - 2017. - № 3-4. - С. 72-84.
5 Ахмадуллин, К. Р. Использование противотурбулентной присадки при транспортировке дизельного топлива по МНПП «Уфа-Западное направление» // К. Р. Ахмадуллин, P. X. Хажиев, В. К. Матчин, И. М. Галеев // Транспорт и хранение нефтепродуктов. - 2006. - № 4. - С. 3-7.
6 Гареев, М. М. Повышение эффективности магистральных нефтепроводов на основе использования агентов снижения гидравлического сопротивления и
совершенствования системы учета нефти : дис. ... д-ра техн. наук : 25.00.19. -Уфа, 2006. - 348 с.
7 Лисин, Ю. В. Разработка инновационных технологий обеспечения надежности магистрального нефтепроводного транспорта : дис.... д-ра техн. наук: 25.00.19. - Уфа, 2013. - 426 с.
8 Ryndin, V. V., Abdullina, G. G., Abdullin, A. T. Analysis ofpassive methods of protection from corrosion of main oil and gas pipelines // Наука и техника Казахстана. -2018. -№ 2. - С. 91-100.
9 Лисин, Ю. В. Химические реагенты в трубопроводном транспорте нефти и нефтепродуктов /Ю. В. Лисин, Б. Н. Мастобаев, А. М. Шаммазов, Э. М. Мовсумзаде. -СПб.:Недра,2012.-360с.
10 Справочный документ по наилучшим доступным технологиям обеспечения энергоэффективности//Режим доступа : [Электронный ресурс]. -http://nera.biodat. ru/documents/press-room/reference_book/best-energy-efficient-technologies.pdf.
11 Мохаммад Насер Хуссейн Аббас. Улучшение параметров работы нефтепровода путем применения противотурбулентных присадок : дис. ... канд. техн. наук : 25.00.19. - Уфа, 2009. - 129 с.
12 РД-23.040.00-КТН-254-10 Требования и методика применения противотурбулентных присадок при транспортировании нефти и нефтепродуктов по трубопроводам ОАО «АК «Транснефть». - М. : ОАО «АК «Транснефть», 2010. - 4 7 с.
Материал поступил в редакцию 27.02.19.
Дюсенбаев Дияз Каиркенович
магистрант, Химиялы; технологиялар жэне жаратылыстану факультет^
«Химия жэне химиялы; технологиялар» кафедрасы,
С. Торайгыров атындагы Павлодар мемлекеттш университету
Павлодар к;., 140008, ^азакстан Республикасы,
e-mail: diaskapvl@bk.ru
Несмеянова Римма Михайловна
х.г.к., кауымд. профессор (доцент), Химиялы; технологиялар жэне жаратылыстану факультету
«Химия жэне химиялык технологиялар» кафедрасы, С. Торайгыров атындагы Павлодар мемлекеттш университету Павлодар к., 140008, ^азакстан Республикасы, e-mail: nesm_r@mail.ru Материал баспага 27.02.19 тYCтi.
Полиоктен непзшде алынFан турбуленттШкке карсы коспа колдану
Жумыста полиоктен жэне дизель отыныныц негiзiнде турбулентке царсы присадка тшмдттн зерттеу нэтижелерi усъшылган. Зерттеу объектiсi болып парафиндердщ жогары болуымен (16 %-га дейт) ерекшеленетш Ацшабулац кен орныныц мунайы табышды, бул цубыржолдары арцышы тасымалдау кезiндегi мацызды мэселе болып
табылады. Эзгрленген meniMdepdi енгiзу мунайдыц температуралыц сипаттамаларын айтарлъщтай жацсартатыны аньщталды: агъмдылъщ жогалту температурасы 21 °С-ден 9 °С-га дейт взгередi, ягни депрессия 12 °С цурайды. Сонымен цатар, кубырдагы гидравликалъщ кедергш твмендету Yшiн полиоктен негiзiндегi реагенттердщ жогары тшмдЫт байцалады: цоспаны цолдану тшмдЫт цоспаныц концентрациясына байланысты 45—68 %-га жетедi. Зерттеу нэтижелерi полиоктен негiзiндегi реагенттщ ец оцтайлы концентрациям 300 ррт болып табытатыны анъщталды.
Кiлттi создер: Кубыр колт, мунай, цоспа, полиоктен, гидравликалъщ кедергi.
Dyussenbayev Diyaz Kairkenovich
undergraduate student, Department of «Chemistry and Chemical Technology»,
Faculty of Chemical Technologies and Natural Sciences,
S. Toraighyrov Pavlodar State University,
Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan,
e-mail: Diaskapvl@bk.ru
Nesmiyanova Rimma Mikhailovna
c.c.s., associate professor, Department of «Chemistry and Chemical Technology»,
Faculty of Chemical Technologies and Natural Sciences,
S. Toraighyrov Pavlodar State University,
Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan,
e-mail: nesm_r@mail.ru
Material received on 27.02.19.
The use of antiturbulent additives based on polyoctene
The paper presents the results of the study of the anti-turbulence additive effectiveness based on polyoctene and diesel fuel. The object of the study was the oil field Akshabulak, characterized by a high content of paraffins (up to 16 %), which is a serious problem in its transport through pipelines. It was found that the input of the developed additives significantly improves the temperature characteristics of the oil: the temperature of the flow loss varies from 21 °C to 9 °C, that is, the depression is 12 °C. Also high efficiency of reagents on the basis of polyoctene for decrease in hydraulic resistance in the pipeline is noted: it is established that efficiency of application of the additive reaches 45—68 % depending on concentration of the additive. Results of researches established that the optimum concentration of the reagent on the basis of polyctena is 300 ppm.
Keywords: Pipeline transport, oil, additive, polyoctena, hydraulic resistance.
