Наверх

Повышение эффективности работы трубопровода при последовательной перекачке нефти и нефтепродуктов

Дата публикации: 06 Июля 2015 Распечатать

Повышение эффективности работы трубопровода
при последовательной перекачке нефти и нефтепродуктов

В .В. Павлов, главный инженер - первый заместитель генерального директора АО «Гипротрубопровод»

Г.Н. Матвеев, заместитель главного инженера АО «Гипротрубопровод»

Л.М. Беккер, главный технолог АО «Гипротрубопровод»

К.Ю. Штукатуров, к.ф.-м.н., главный специалист службы главного технолога АО «Гипротрубопровод»

Аннотация: В статье рассматриваются варианты повышения пропускной способности трубопровода при последовательной перекачке партий нефтепродуктов. Определено влияние на пропускную способность трубопровода системы регулирования давления на выходе перекачивающей станции с применением регуляторов давления либо частотно-регулируемого привода магистральных насосов. Проведена оценка эффективности применения противотурбулентных присадок при последовательной перекачке партий нефтепродуктов.

Ключевые слова: трубопровод, последовательная перекачка, пропускная способность.

Последовательная перекачка двух продуктов с различными свойствами по одному трубопроводу распространена в основном при перекачке нефтепродуктов, транспортировка которых по трубопроводу в смеси не допускается в связи с требованием по сохранению качества продуктов (например, перекачка бензина и дизельного топлива). В нефтепроводах последовательная перекачка может быть применена при необходимости транспортировки нефти с разными свойствами, например с высоким и низким содержанием серы. При последовательной перекачке два продукта движутся в трубопроводе партиями, на границе которых (при отсутствии разделителя) образуется зона смеси [2], объем которой зависит от различных факторов [1].

При движении партий нефти или нефтепродуктов с различной вязкостью по трубопроводу, его гидравлическое сопротивление постоянно изменяется,  вследствии чего параметры режима работы (давления на входе и выходе перекачивающих станций, производительность перекачки) также плавно изменяются [5], даже если свойства перекачиваемого продукта в насосах не изменяются. При смене плотности продукта в насосных агрегатах, на выходе перекачивающей станции (ПС) происходит скачкообразное изменение давления, при кратковременном сохранении постоянного напора насосов (до тех пор, пока не изменилась производительность режима работы).

Для безопасной работы трубопровода (с учетом допустимого давления в линейной части) на перекачивающих станциях используется система автоматического регулирования давления (САРД), как правило, состоящая из узла регулирования давления (УРД), установленного на выходе насосной станции, регуляторы давления на котором вводятся в работу при достижении максимального рабочего давления на выходе насосов (либо минимального давления на входе насосов). Однако необходимость дросселирования избыточного напора насосов при помощи УРД приводит к непроизводительным потерям электроэнергии, так как часть напора, развиваемого магистральными насосами, теряется в регуляторах давления, превращаясь в тепловую энергию, и не используется для перекачки нефти или нефтепродуктов.

Требование по исключению дросселирования при последовательной перекачке определяет необходимость выбора напорно-расходных характеристик роторов магистральных насосов таким образом, чтобы при любом положении партий продуктов в трубопроводе, рабочее давление на выходе ПС не превышало максимально допустимого. Однако максимальное значение давления на выходе ПС достигается только при одном фиксированном положении партий в трубопроводе (например, когда по трубопроводу проводится перекачка только одного продукта с наибольшей плотностью и вязкостью), а для других положений партий продуктов в трубопроводе, давление на выходе ПС будет меньше максимального значения, что приводит к снижению возможных объемов перекачки. Таким образом, требование по исключению дросселирования приводит к недоиспользованию возможностей линейной части трубопровода, снижению пропускной способности трубопровода.

Более технологичным решением является вариант с регулированием давления на выходе ПС с использованием частотно-регулируемого привода (ЧРП) роторов магистральных насосов. При этом напор, развиваемый магистральными центробежными насосами, регулируется за счет изменения частоты вращения их роторов (как правило, на одинаковую величину для всех работающих насосов). При таком способе регулирования на выходе ПС возможно поддерживать постоянное давление не зависимо от положения партий в трубопроводе, а весь развиваемый насосами напор используется для преодоления гидравлического сопротивления трубопровода, не расходуясь понапрасну, как в случае с дросселированием. Однако вследствии значительных капитальных затрат, применение ЧРП требует серьезного технико-экономического обоснования.

На некоторых ПС для нефтепродуктопроводов установлены разнотипные насосные агрегаты, переключение которых по­зволяет поддерживать постоянное давление на выходе ПС при последовательной перекачке (с возможным дросселированием в коллекторе магистральной насосной). При работе по указанной схеме параметры режима при последовательной перекачке (дав­ления на выходе ПС, производительность перекачки) идентичны параметрам при использовании ЧРП. Однако использование разнотипных насосов приведет к возникновению дросселирования на ПС, а также к необходимости увеличения общего количества насосных агрегатов с учетом обеспечения резерва для каждой группы однотипных насосов.

Дополнительным фактором, способным оказать влияние на давление на выходе ПС при последовательной перекачке, является применение противотурбулентной присадки (ПТП), применение которой снижает турбулентность при течении жидкости по трубопроводу, снижая тем самым его гидравлическое сопротивление. Применение ПТП только во время закачки одного из продуктов (как правило, с худшими для транспорта свойствами), способно нивелировать изменение гидравлического сопротивления трубопровода, вызванного различием в свойствах продуктов, а следовательно, уменьшить диапазон изменения давления на выходе ПС, приблизив параметры его работы к условиям перекачки монопродукта с постоянным объемным расходом. При этом необходимо учитывать, что применение ПТП увеличивает эксплуатационные затраты на перекачку нефтепродуктов.

Данные обстоятельства определяют тот факт, что при последовательной перекачке партий продуктов эффективность работы трубопровода (отсутствие дросселирования), а также такой важнейший показатель его работы, как пропускная способность, в значительной степени зависят от выбора системы регулирования давления на ПС, а также от применяемых технологий перекачки (например, применение ПТП). В данной работе проведен анализ эффективности четырех вариантов технических решений по регулированию давления на перекачивающих станциях, с учетом последовательной перекачки бензина и дизельного топлива:

  • Вариант 1. Использование на перекачивающих станциях (ПС) системы автоматического регулирования давления (САРД) с использованием регуляторов давления на выходе ПС (после магистральных насосов).
  • Вариант 2. Использование на перекачивающих станциях САРД с частотно-регулируемым приводом (ЧРП) магистральных насосных агрегатов (МНА).
  • Вариант 3. Использование САРД с регуляторами давления с применением ПТП на ПС при закачке продукта с худшими свойствами (дизельного топлива) для уравнивания гидравлического сопротивления трубопровода при перекачке продуктов с разными свойствами.
  • Вариант 4. Использование САРД с ЧРП с применением ПТП на ПС при закачке дизельного топлива, для приведения параметров работы насосов и гидравлического сопротивления трубопровода к условиям перекачки монопродукта.

В настоящее время на перекачивающих станциях, как правило, используется САРД с использованием регуляторов давления (вариант 1). Эти регуляторы вводятся в работу в двух случаях:

  • регулирование давления на выходе ПС: осуществляется, если давление на выходе магистральной насосной ПС превышает заданное значение уставки регулирования по максимальному давлению на выходе ПС, при этом с помощью регулятора ограничивается давление в линейной части трубопровода;
  • регулирование давления на входе ПС: осуществляется, если давление на входе магистральной насосной ПС менее заданного значения уставки регулирования по минимальному давлению на входе ПС, при этом с помощью регулятора ограничивается снижение давления на входе ПС, для обеспечения бескавитационной работы магистральных насосов.

При вводе регуляторов в работу в регулирующем органе создается гидравлическое сопротивление (путем прикрытия регулирующей заслонки) и происходит дросселирование излишнего напора, развиваемого магистральными насосами ПС, за счет чего и достигается требуемое изменение давления на входе или на выходе ПС. Однако необходимость дросселирования для обеспечения безопасной работы трубопровода и насосного оборудования приводит к непроизводительным потерям электроэнергии, так как часть напора, развиваемого магистральными насосами, теряется в регулирующем органе, превращаясь в тепловую энергию. Поэтому при эксплуатации трубопроводов необходимо избегать длительной работы на стационарных режимах с дросселированием. Для этого требуется использовать такие комбинации по включению насосных агрегатов на каждой перекачивающей станции, для которых давления на входе и на выходе ПС будут находиться в допустимых пределах, что в условиях последовательной перекачки может приводить к снижению пропускной способности трубопровода.

При последовательной перекачке исключение режимов с дросселированием может быть проблематичным (по сравнению с перекачкой монопродукта), так как при движении в трубопроводе партий продуктов с различными свойствами давления на входе и на выходе ПС меняются в широких пределах [4] вследствии изменения гидравлического сопротивления трубопровода. Возможная область работы насосов (по развиваемому напору и расходу) при последовательной перекачке представляет собой замкнутую область, ограниченную точками 1, 2, 3, 4, изображенную на рис.1. Вертикальная шкала графика имеет размерность давления (МПа), а не напора, чтобы оценить изменение давления на выходе ПС при изменении плотности продуктов А (дизельное топливо) и Б (бензин).

Рис. 1 – Совмещенная характеристика трубопровода и насосной станции при последовательной перекачке бензина и дизельного топлива.

При последовательной перекачке (без регулирования давления на выходе ПС) «рабочая точка» системы «труба-насос» перемещается по замкнутой области (1-2-3-4), изображенной на рис.1. В начальный момент времени (1) по трубопроводу перекачивается продукт А (дизельное топливо) и начинается закачка более легкого продукта Б (бензин). При этом давление на выходе ПС скачкообразно уменьшается, и переходит в точку (2), с меньшим значением объемного расхода. По мере заполнения трубопровода бензином, объемный расход (производительность перекачки) увеличивается (вследствии снижения гидравлического сопротивления трубопровода), и система «труба-насос» переходит в точку (3), которая соответствует полному заполнению трубопровода бензином. Далее начинается закачка более тяжелого продукта – дизельного топлива. При этом давление на выходе ПС скачкообразно увеличивается и переходит в точку (4) с увеличением объемного расхода (так как давление на выходе ПС увеличилось, а трубопровод заполнен легким продуктом – бензином). По мере продвижения по трубопроводу границы раздела партий «дизельное топливо – бензин», система «труба – насос» переходит из точки (4) в точку (1) и цикл повторяется.

При проведении гидравлических расчетов трубопровода с учетом последовательной перекачки продуктов, как правило, рассчитываются так называемые квазистационарные режимы, т.е. стационарные режимы с фиксированным положением партий по длине трубопровода [3]. Длиной зоны смеси в гидравлических расчетах можно пренебречь, так как она незначительна по сравнению с длиной трубопровода (не превышает 1% от длины трубопровода, [1]). При таком допущении гидравлического расчета в случае различия в плотности двух продуктов, на границе раздела партий будет получено скачкообразное увеличение напора, при сохранении одного и того же избыточного давления на стенку трубопровода до и после границы партий. Величина такого скачка напора зависит от двух факторов: разницы в плотности двух продуктов (постоянная величина в расчетах) и давления на стенку трубопровода (переменная величина, зависящая от километровой и высотной отметки точки профиля трубопровода в месте контакта партий).

Для примера рассмотрим трубопровод диаметром 530 мм длиной 235,5 км, по которому последовательно перекачиваются бензин и дизельное топливо из резервуарного парка (РП) с сортовыми резервуарами на головной перекачивающей станции (ГПС), в РП на конечном пункте трубопровода. Пусть в начальный момент времени трубопровод заполнен бензином, и начинается его вытеснение более тяжелым продуктом – дизельным топливом. В расчетах принят максимальный режим работы с тремя работающими магистральными насосами на ГПС, при этом рабочее давление на выходе ГПС ограничено уставкой по максимальному давлению на выходе 6,0 МПа. При проведении гидравлических расчетов, давление на выходе ГПС и производительность квазистационарного режима для каждого мгновенного положения партий определяется с учетом напорно-расходных характеристик насосных агрегатов и различий в свойствах перекачиваемых продуктов.

Для исключения дросселирования при движении партий продуктов, напорно-расходные характеристики роторов магистральных насосов выбраны так, чтобы давление на выходе насосов не превышало максимального значения 6,0 МПа при любом положении партий бензина и дизельного топлива в трубопроводе. В этом случае, производительность режима определяется исключительно системой «труба-насос», без дополнительного регулирования давления на выходе ГПС. Согласно расчету, через 10 часов после закачки дизельного топлива на таком режиме, граница раздела партий переместится на 48,7 км от ГПС, и эпюра напоров по длине трубопровода для данного квазистационарного режима примет вид, изображенный на рис.2:

Р1 = Р2 (кгс/см2)

Э П Ю Р А   Н А П О Р О В

Рис.2 – Эпюра напоров для квазистационарного режима, через 10 часов закачки дизельного топлива в трубопровод, заполненный бензином

Как видно из рис.2, линия несущей способности на границе партий имеет излом, также как и линия гидроуклона. Это связано с тем, что разрешенное рабочее давление трубопровода определяется в единицах давления (МПа), а эпюра напоров и несущей способности построена в метрах (единица напора), с учетом разницы в плотности бензина и дизельного топлива.

Продолжая расчеты квазистационарных режимов при продолжении закачки дизельного топлива (с фиксированным шагом 3 часа), получим график изменения давления на выходе ГПС и производительности режима (рис.3). На рис.3 график производительности трубопровода отложен по левой шкале, график давления отложен по правой шкале. Время заполнения всего трубопровода дизельным топливом на рассматриваемом режиме с тремя работающими магистральными насосами составляет около 50 часов. Далее продолжим расчеты, приняв, что как только трубопровод заполнится дизельным топливом, на ГПС начинается закачка бензина. Время заполнения трубопровода бензином составит уже 53 часа, в связи со снижением производительности перекачки (рис.2). Снижение производительности перекачки вызвано уменьшением давления на выходе ГПС при закачке бензина с меньшей плотностью, чем у дизельного топлива (см. пояснения к рис.3 далее по тексту).

Рис.3 – Изменение параметров режима работы трубопровода при замещении бензина дизельным топливом (за 50 часов) и при последующем замещении дизельного топлива бензином (за 53 часа)

На рис.3 видно, что в начальный момент времени при закачке дизельного топлива, на выходе ГПС происходит скачкообразное увеличение давления и производительности перекачки. Данное явление связано со скачкообразным  увеличением плотности закачиваемого дизельного топлива по отношению к бензину, которым заполнен трубопровод (в расчетах приняты свойства дизельного топлива: плотность 850 кг/м3, вязкость 4,0 сСт, для бензина: плотность 760 кг/м3, вязкость 0,6 сСт). В связи с тем, что при перекачке бензина и дизельного топлива напорно-расходная характеристика насосов существенно не меняется, а плотность закачиваемого продукта (дизельного топлива) увеличилась, увеличилось и давление на выходе ГПС, что привело к скачкообразному увеличению производительности режима перекачки.

Далее по мере заполнения трубопровода дизельным топливом с большей вязкостью, чем у бензина, гидравлическое сопротивление трубопровода увеличивается, что приводит к снижению производительности перекачки, при этом напор насосов увеличивается согласно их напорно-расходным характеристикам, соответственно увеличивается  и давление на выходе ГПС (до максимального значения 6,0 МПа при полном заполнении трубопровода дизельным топливом).

Когда весь трубопровод заполнился дизельным топливом (через 50 часов после начала его закачки), и началась перекачка бензина, также происходит скачкообразное уменьшение давления на выходе ГПС и расхода (рис.2). Это связано с падением давления на выходе ГПС при переходе на перекачку более легкого продукта (бензина). По мере заполнения трубопровода бензином, гидравлическое сопротивление трубопровода уменьшается, что приводит к увеличению производительности перекачки, при этом напор насосов уменьшается согласно их напорно-расходным характеристикам, соответственно уменьшается и давление на выходе ГПС (см.рис.3).

Как видно из рис.3, рабочее давление на выходе ГПС на максимальном режиме перекачки изменяется в широких пределах – от 5,2 МПа до 6,0 МПа, т.е. уменьшается на величину до 12,8 % от максимального значения давления на выходе ГПС, равного 6,0 МПа. Такое «вынужденное» уменьшение давления при последовательной перекачке приводит к тому, что большую часть времени (при перекачке бензина) трубопровод является недозагруженным, так как его пропускная способность ограничивается не разрешенными давлениями в линейной части, а характеристиками насосных агрегатов. Постоянное изменение давления в линейной части трубопровода также неблагоприятно сказывается на показателях надежности трубопровода. Увеличение напора насосов (путем замены роторов насосов на более высоконапорные) для поддержания постоянного значения максимального давления на выходе ГПС 6,0 МПа приведет к дросселированию – вынужденному снижению давления на выходе ГПС при помощи регуляторов давления, так как при перекачке дизельного топлива давление на выходе магистральной насосной будет превышать допустимое давление в линейной части трубопровода 6,0 МПа.

Для рассматриваемого примера, применение ЧРП на магистральных насосах на ГПС позволит увеличить объемы перекачки бензина и дизельного топлива, путем поддержания при помощи ЧРП максимально допустимого давления на выходе ГПС 6,0 МПа, без потерь электроэнергии на дросселирование. По аналогии с примером, приведенном ранее (рис.3), рассмотрим процесс последовательной перекачки по нефтепроводу дизельного топлива и бензина для варианта с применением ЧРП МНА на ГПС. При этом учтем, что вследствии увеличения производительности перекачки за счет поддержания постоянного максимального давления на выходе ГПС, время вытеснения бензина и затем дизтоплива из трубопровода будет меньше, чем в варианте без ЧРП. Поэтому, чтобы оценить увеличение пропускной способности трубопровода при применении ЧРП, закачку дизельного топлива и бензина будем проводить в течение того же самого времени, что и в варианте без ЧРП (50 часов и 53 часа соответственно). Результат расчета показан на рис.4.

Рис.4 – Изменение параметров работы трубопровода при замещении бензина дизельным топливом (50 часов) и при последующем замещении дизельного топлива бензином (53 часа), с использованием ЧРП МНА на ГПС

Как видно на рис.4, скачков давления на выходе ГПС и производительности в случае с использованием ЧРП не наблюдается, ЧРП поддерживает постоянное давление на выходе ГПС и тем самым «сглаживает» резкие изменения производительности режима. Максимальная глубина регулирования частоты оборотов при помощи ЧРП в рассматриваемом примере составляет 7,3% от номинального числа оборотов. Изменение числа оборотов роторов МНА при помощи ЧРП составило от 100% оборотов (при перекачке только бензина) до 92,7% оборотов (при перекачке только дизельного топлива).

Применение ЧРП позволило существенно увеличить объемы перекачки, особенно дизельного топлива (при закачке бензина с вытеснением дизельного топлива), дополнительные объемы перекачки показаны заштрихованной областью на рис.5.

Рис.5 – Сравнение производительности режима при последовательной перекачке с применением ЧРП и при использовании ЧРП

            Заштрихованные зеленым цветом области на рис.5 обозначают дополнительный объем бензина и дизельного топлива, который возможно перекачать при поддержании максимального давления на выходе ГПС (6,0 мПа) с помощью ЧРП. Объем перекачки бензина (при закачке дизельного топлива) увеличился на 1,1 % (с 48,1 тыс.м3 до 48,7 тыс.м3), а объем перекачки дизельного топлива (при закачке бензина) увеличился на 7,8% (с 48,3 тыс.м3 до 52,1 тыс.м3). В общем по объемам перекачки двух продуктов, применение ЧРП позволило существенно увеличить пропускную способность трубопровода (на 4,4%).

            Другим вариантом увеличения пропускной способности трубопровода является применение противотурбулентных присадок (ПТП). В этом случае, за счет применения ПТП только при закачке более тяжелого продукта (дизтоплива), стараются добиться одинакового гидравлического сопротивления в трубопроводе как при перекачке бензина, так и дизельного топлива. Для оценки эффективности ПТП при последовательной перекачке зафиксируем концентрацию ПТП, определенную по условию равенства гидравлических уклонов при перекачке бензина и дизельного топлива. Требуемая концентрация ПТП для выполнения такого условия составляет 2,8 ppm (эквивалентно расходу ПТП 10 т/год, с учетом того, что присадка вводится только половину времени работы трубопровода, при закачке дизтоплива). При проведении гидравлических расчетов деструкцией ПТП по длине трубопровода пренебрегается.

Рис.6 – Последовательная перекачка бензина и ДТ, с использованием ПТП при перекачке дизельного топлива (без использования ЧРП)

Как видно на рис.6, применение ПТП при перекачке ДТ позволило сократить неравномерность перекачки (изменение расхода при последовательной перекачке). Без использования ПТП изменение расхода было от 856 м3/ч до 1027 м3/ч, т.е. изменялось на 9,1% от среднего значения 942 м3/ч. При применении ПТП расход изменяется от 939 м3/ч до 1044 м3/ч, т.е. изменяется на 5,3% от среднего значения 992 м3/ч. Таким образом, неравномерность перекачки при применении ПТП сократилась на 3,8%.

Рассмотренные варианты с применением ЧРП МНА на ГПС, а также вариант с вводом ПТП, не позволяют добиться равномерной перекачки с постоянным расходом, как при перекачке монопродукта. Для обеспечения равномерной перекачки с постоянным расходом и давлением на выходе ГПС рассмотрим вариант использования ЧРП на ГПС, совместно с применением противотурбулентной присадки при закачке дизельного топлива. Такое решение, кроме увеличения объемов перекачки, позволяет дополнительно сократить неравномерность перекачки, приблизив производительность и давление на выходе ГПС к некоему стационарному состоянию (рис.7), соответствующему перекачке монопродукта. Концентрация ПТП, применяемой при перекачке дизельного топлива, выбрана из условия равенства производительности режима при перекачке по трубопроводу только бензина и только дизельного топлива, и составляет 5,6 ppm (эквивалентно расходу ПТП 22 т/год с учетом того, что присадка вводится половину времени работы трубопровода).

Рис.7 – Последовательная перекачка бензина и ДТ с использованием ЧРП на МНА ГПС, а также с применением ПТП на ГПС при перекачке дизельного топлива

Небольшие изменения производительности перекачки во времени (рис. 7) связаны с тем, что на гидравлическое сопротивление трубопровода влияет «скачок на­пора», величина которого изменяется по длине трубопровода в зависимости от давления на стенку (т.е. зависит от километровой и высотной отметки точки профиля, которой соответствует положение границы партий).

Чем больше перепады высот по трассе трубопровода, тем больше по амплитуде отклонения производительности от среднего значения при постоянном давлении на выходе ГПС.

Эпюра напоров для квазистационарного режима через 20 часов закачки в трубопровод дизельного топлива с ПТП NECADD 447 приведена на рис.7. Пунктирной линией на схеме трубопровода показа участок действия ПТП. Расчетная эффективность применения ПТП с концентрацией 5,6 ppm составляет 24,7%.

Р1 = Р2 (кгс/см2)

Э П Ю Р А   Н А П О Р О В

Рис.8 – Эпюра напоров для квазистационарного режима через 20 часов закачки в трубопровод, заполненный бензином, дизельного топлива с ПТП NECADD 447

В таблице 1 показана пропускная способность трубопровода для четырех рассмотренных вариантов последовательной перекачки:

Табл. 1  Пропускная способность трубопровода, млн.т/год

 

Пропускная способность, млн.т/год

без ЧРП на ГПС

с ЧРП на ГПС

бензин

дизельное топливо

бензин

дизельное топливо

без ПТП

3,00

3,37

3,13

3,51

G сумм. = 6,37

G сумм. = 6,64

ввод ПТП NECADD 447 на ГПС

3,03

3,41

3,37

3,77

G сумм. = 6,44

G сумм. = 7,14

 

Как видно из таблицы 1, наибольшее увеличение производительности перекачки достигается для варианта при использовании ЧРП, совместно с применением ПТП на ГПС при перекачке дизельного топлива. Суммарное увеличение производительности (по отношению к варианту без ЧРП и без ПТП) составляет 12,1%, при этом увеличение производительности по дизельному топливу 12,3%, по бензину – 11,9%.

Соотношение объемов перекачки бензина и дизельного топлива для всех вариантов составляет примерно 47% бензина и 53% дизельного топлива. Такое соотношение определено гидравлическими расчетами, исходя из условия, что сразу после полного заполнения трубопровода одним продуктом, начинается закачка другого продукта. Данное допущение было принято для иллюстрации изменения параметров режима работы (производительности, давления) при последовательной перекачке, так как при перекачке одного продукта параметры режима работы не изменяются.

На практике для выполнения плана перекачки необходимо проводить планирование последовательной перекачки, при этом задаются требуемые объемы перекачки двух продуктов, и продолжительность цикла перекачки (либо количество циклов в год). Циклом последовательной перекачки называется интервал времени между началом (концом) закачки в трубопровод партий нефтепродуктов и началом (концом) закачки очередной серии тех же партий.

Для составления плана перекачки требуемых объемов двух продуктов, определяется цикличность (периодичность) работы, т.е. сколько времени требуется закачивать в трубопровод один продукт, и сколько времени другой. Годовое количество циклов последовательной перекачки (N) связано с продолжительностью цикла перекачки, и определяется формулой:                                                                                                                           

где ζ - продолжительность цикла, часов;

Т = 8400 - расчетное количество рабочих часов трубопровода в год.

При изменении цикличности работы (связанной с изменением количества циклов, либо с изменением требуемых объемов перекачки двух продуктов), результаты по изменению пропускной способности при различных способах регулирования давления на выходе ГПС (варианты 1 – 4) также изменяются. Для оценки влияния циклично­сти перекачки на пропускную способность трубопровода рас­смотрим варианты с перекачкой бензина и дизельного топлива в пропорциях, соответственно, 70 и 30 % (вариант А] и в пропор­ции 30 и 70 % (вариант Б). Для расчета зададимся количеством циклов, равным 70 циклов в год. В этом случае продолжитель­ность цикла составит т = 120 ч (5 сут.). Как было показано ра­нее, производительность режима изменяется при движении пар­тии продукта по трубопроводу, поэтому для первого приближе­ния примем,что время откачки от ГПС бензина и дизельного то­плива прямо пропорционально требуемым объемам перекачки, т.е. для варианта А 30 % време­ни проводится откачка дизель­ного топлива (36 часов в цикле) и 70 % времени проводится от­качка бензина {84 часа в цикле). Для варианта Б времена закачки бензина и дизельного топлива, соответственно, составят 36 ча­сов (бензин) и 84 часа (дизель­ное топливо).

Ранее было показано, что для заполнения всего трубопровода одним продуктом на максимальном режиме требуется около 50 часов, поэтому очевидно, что после закачки продукта в цикле за 36 часов (30% времени цикла) в течение еще около 14 часов в трубопроводе будут находиться две границы раздела партий, а не одна, как в предыдущих примерах. Все эти факторы приводят к изменению производительности режима и влияют на пропускную способность трубопровода.

Пример изменения давления и производительности в течение одного цикла перекачки по варианту А (36 часов перекачка дизтоплива, 84 часа перекачка бензина), для варианта без использования ЧРП и противотурбулентной присадки, показан на рис.9:

Рис.9 – Изменение параметров режима в цикле последовательной перекачки при соотношении времени закачки дизельного топлива и бензина в пропорции 30:70.

В интервале времени «A – B» (от 0 до 36 часов) происходит закачка дизельного топлива в трубопровод, заполненный бензином, что связано с увеличением гидравлического сопротивления и со снижением производительности перекачки. Далее, до окончания цикла перекачки, происходит закачка бензина в трубопровод. В интервале времени «В – С» (от 36 до 52 часа) партия дизельного топлива целиком находится в трубопроводе, при этом параметры перекачки практически не изменяются. Это связано с тем, что длины участков трубопровода, заполненных бензином и дизельным топливом, остаются неизменными, поэтому гидравлическое сопротивление трубопровода также остается постоянным. Далее, через 52 часа, когда партия дизельного топлива дойдет до конца трубопровода и начнется ее вытеснение в резервуары, длина участка трубопровода, заполненного бензином, начинает увеличиваться (отрезок «C – D»), что приводит к снижению гидравлических потерь и увеличению производительности перекачки. В интервале времени «D – E» по трубопроводу перекачивается только бензин, поэтому параметры перекачки не изменяются.

Таким образом, пропускная способность трубопровода в зависимости от применяемой технологии перекачки изменяется следующим образом:

  • без использования ЧРП и без применения ПТП (исходный вариант): 3.00 млн.т/год для бензина и 3.37 млн.т/ год для дизельного топлива;
  • при использовании ЧРП на ГПС, без применения ПТП: увеличивается на 4,3% для бензина и на 15,1% млн.т/год для дизельного топлива (по сравнению с исходным вариантом);
  •  без использования ЧРП и с применением ПТП при перекачке дизельного топлива: увеличивается на 1% для бензина и на 12,2% для дизельного топлива (по сравнению с исходным вариантом);
  • при использовании ЧРП на ГПС, с применением ПТП при перекачке дизельного топлива: увеличивается на 12,3% для бензина и на 22,8% для дизельного топлива (по сравнению с исходным вариантом).

 

Выводы:

В статье рассмотрены варианты регулирования давления на выходе ПС при последовательной перекачке бензина и дизельного топлива по трубопроводу, с использованием частотно-регулируемого привода (ЧРП) насосных агрегатов, а также с применением  противотурбулентной присадки (ПТП), для оценки возможности увеличения объемов перекачки без повышения давления на выходе перекачивающей станции. Для каждого варианта выполнены расчеты квазистационарных состояний, показывающих динамику изменения параметров перекачки (производительность, давление) во времени. Получены следующие результаты:

  • в варианте без ЧРП, для исключения дросселирования на ГПС при последовательной перекачке, типоразмер роторов магистральных насосных агрегатов должен определяться для условий перекачки продукта с наибольшей плотностью и вязкостью, при полном заполнении трубопровода этим продуктом. При  этом давление на выходе ГПС не должно превышать максимально допустимого значения;
  • при отсутствии ЧРП, в рассмотренном примере последовательного замещения в трубопроводе бензина и дизельного топлива, давление на выходе ГПС снижается до 12,8% (с 6,0 МПа до 5,2 МПа), что приводит к неполному использованию несущей способности трубопровода и снижению его пропускной способности;
  • применение ЧРП позволяет поддерживать на выходе ГПС постоянное давление 6,0 МПа путем изменения частоты оборотов роторов МНА, что позволяет увеличить пропускную способность трубопровода в среднем на 4,4% (на 7,8% при закачке бензина с вытеснением дизтоплива, и на 1,1% при закачке дизельного топлива при вытеснении бензина). Максимальная глубина регулирования частоты оборотов при помощи ЧРП в рассматриваемом примере составляет 7,3% от номинального числа оборотов, что позволяет рассмотреть вариант применения гидромуфты вместо ЧРП для снижения стоимости капитальных вложений.

Таким образом, применение ЧРП при последовательной перекачке позволяет увеличить объемы перекачки бензина и дизельного топлива по нефтепроводу без проведения мероприятий по повышению пропускной способности на линейной части трубопровода, и может быть оправдано, при соответствующем экономическом обосновании.

Проведена оценка эффективности применения ПТП при закачке дизельного топлива с концентрацией, обеспечивающей равенство гидравлических уклонов для бензина и дизельного топлива. Применение ПТП позволяет сократить неравномерность перекачки от 9,1% до 5,3% (без использования ЧРП).

Использование ЧРП на ГПС совместно с применением ПТП при закачке дизель­ного топлива позволяет приблизить параметры режима при последователь­ной перекачке к условиям перекачки монопродукта с постоянным давлением на выходе ГПС (уменьшить неравномер­ность перекачки), что позволяет достичь максимальной пропускной способности трубопровода без применения дрос­селирования (в отличие от насосов, не оснащенных ЧРП).

 

Литература

  1. М.В. Нечваль, В.Ф. Новоселов, П.И. Тугунов «Последовательная перекачка нефтей и нефтепродуктов по магистральным трубопроводам». – М. «Недра», 1976.
  2. А.И. Гольянов, М.В. Нечваль «Смешение жидкостей в трубопроводе при изменении скорости перекачки». – Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов, 1972, №7, с.5 – 7.
  3. М.В. Лурье, В.И. Марон «Основные вопросы последовательной перекачки нефтепродуктов по магистральным трубопроводам». М., изд. ЦНИИТЭнефтехим, 1972, 32 с.
  4. Сухарев М.Г., Юфин В.А. Определение расчетной производительности продуктопровода при последовательной перекачке бензина и дизельного топлива. – Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов, 1974, №3, с.18-21.
  5. Юфин В.А., Израилович М.Я. Изменение производительности магистрального продуктопровода при последовательной перекачке нефтепродуктов с различной вязкостью и плотностью. – Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов, 1969, №11, с.6-9.
Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов, №2(18) за 2015 год