МИНИСТЕРСТВО НЕФТЯНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ВНИИСПТиафтъ МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР УФИМСКИЙ НЕФТЯНОЙ ИНСТИТУТ

МЕТОДИКА ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕКАЧКИ ВЯЗКИХ И ЗАСТЫВАЮЩИХ НЕФТЕЙ И НЕФТЕПРОДУКТОВ С РАЗБАВИТЕЛЕМ РД 39 - 30 - 996 - 84

1984

Министерство нефтяной промышленности

Всесоюзный научно-исследовательский институт по сбору, подготовке и транспорту нефти и нефтепродуктов

Министерство высшего и среднего специального образования РСФСР Уфимский нефтяной институт

УТВЕРВДЕНА первым заместителем министра В.И.Кремневым

29 декабря 1962 года

МЕТОДИКА

ВЫБОРА ЭПТ;ШАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕКАЧКИ ВЯЗКИХ И ЗАСШВАЩИХ НЕФТЕЙ И НЕФТЕПРОДУКТОВ С РАЗБАВИТЕЛЕМ

РД 39-30-996-64

Уфа 1964

а затем значения уровня фактора К , соответствующие выбранным условным масштабам:

масштабу -1,21 соответствует значение к_/ги^ ³ 0» масагтабу- 1,0 соответствует значение к - А_к а 0,125 -- 0,1033 » 0,022;

масштабу 0 соответствует значение К * 0,125; масштабу 1,0 соответствует значение Л * Л_А * 0,125 *

♦ 0,103 - 0,228;

масштабу 1,21 соответствует значение к_тЛ^ =» 0,25. Результаты расчетов для других факторов приведены в табл.1.

Таблица I.

Уровни действующих факторов в условном и натуральном, масштабах

Исследуемый    ! Обозкэ-!Средний

фактор    |чение [уровеньj

й|и1ог | Значение уровней £ектосов a! jcзшгкя! -I.2X{ -i;o{ 0 jl,0 }l.ZZ

Концентрация разб. К 0,125 0,1033 0 0,0217 0,228 0,25 0,125 Тем-се смешения, ч; 25 12,40 10 12,6 25 37,4 40 Тем-pa перекачки, °С tn 20 12,40 5 7.6 20 32,4 35

В соответствии с рассчитанными урсвнями планируется (см.табл. 2) и проводится эксперимент. Результаты опытного определения вязкости смеси в запланированном эксперименте приведены в табл.2.

Регрессионную зависимость, отображающую результаты эксперимента, будем искать в гаде

bezpfa+6_t* * 6,t_c +6_лЬ+ё„к*+    +

* 6_J3tn * 6,2 X?с~+ 6fj Kta + 6_гз 6_C t*).

Схема пданирорания я результаты эксперимента

Таблица 2,

Номер опыта ! УСОЕНИИСС ЛОЛУемух £пктооов -г Вязкость смеси 0 £*Г# л с •Б условном масштабе В патасалыкм масштабе ! I -1 * 1 , £». С\ I -I -I -I 0,0217 12,6 7.6 63,3 2 I -I -I 0,228 12,6 7.6 15,8 3 -I I -I 0,0217 37,4 7.6 63,3 4 I I -I 0,228 J7,4 7,6 15,8 5 -I -I I 0,0217 12,6 32,4 20,6 6 I -I I 0,228 12,6 32,4 7.4 7 -I I I 0,0217 37,4 32,4 20,6 8 I I I 0,228 37,4 32,4 7,4 9 -I.2I 0 0 0 25,0 20,0 39,3 10 I.2I 0 0 0,25 25,0 20,0 8,6 II 0 -I.2I 0 0,125 10.0 20,0 16,2 12 0 I.2I 0 0,125 40.0 20,0 18,2 13 0 0 -1,21 0.125 25.0 5,0 35,1 14 0 0 I.2I U, 125 25,0 35,0 10.8 15 0 0 0 0,125 25,0 20,0 16,2

Обработав результаты в соответствии с рекомендациями [2], подучим 6₀ * 4,765; £>_f *-7,822; 6_g - -0,00010046;    —    б₃    ^с

* 0,0623 ; 4, ^а 1.905; 6_гг * 0,000000028; 4/ = 0.00)3920;

6_/£ - 0,0000028; £_fJ * 0.U7II6; 6_g$ * незначимо.

Оценивая подученные результаты, куядм, что фактор t_c ( и все члены pelсессии, сзязанше с ним) в донном случае не влияет на реологические свойства снеси. Следовательно, для исследуемой пары нефть-разбавитель условия смешения ( £_с ) можно не контролировать.

Окончательно, уравнение регрессии для исследуемой смеси примет вид:

Ч    л    Ж    л£    М*щ*

У «<?-Г/Х4,765-7,822Л -0,06296^ + 1,965* * 0,000392^), ~.

В таксы виде оно должно использоваться для проведения необходимых технелогических расчетов.

3. ОЦЕНКА ЭФФШИВНОСТИ ПРОШЕНИЯ РАЗБАВИТЕЛЯ 3 РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПО ДАНША1 реслсглчюш. ^стаошмй

3,1. В пункте 1.5 оыли перечислены цели, которых можно достичь с помешью разбавителя. Часть из них может быть использсвана при фсрмули/свонии критериев, определяющих оптимальный режим выбранной технологии перекачки. В частности, могут Сыть сформулированы следу шив критерии оптимальности (целевые функции).

3.1 Л. Минимум расходов на перекачку и разбавление заданного количества вязкой нефти.

З.Х.2. Минимум затрат анергии на поцогрев и привод насосов для перекачки зыдоныого количества вязкой нефти.

3.1.3.    1Лпиимум затрат модности не перекачку заданного количества вязкой нефти.

3.1.4.    Максимум перекачиваемой вязкой нефти црм заданном допустимей давлении.

3.1.5.    Минимум давления, необходимого для перекачки заданного количества вязкой нефти.

3.2.    Перечисленным критериям оптимальности в определенных условиях перекачки удовлетворяет не всякий разбавитель, Иредрасчет-нал оценка соответствия разбавителя заданным условиям перекачки

и критерию оптимальности следует производить на основе выражений, приведенных в пункте 3.3.

/п

а < /-

3.3.    Критерию 3.1.I. будет удовлетворять разбавитель, для которого при заданной температуре перекачки

С,?,.'*'!.,

( 10 )

J _f ы?

* C₃J_Mnк,

где # и 6 - эмпирические коэффициенты в формуле ( I ) при температуре перекачки t_n ; >J, - вязкость нефти при температуре перекачки; 3 - то ко, разбавителя; т - коэффициент Л.С.ЛеИбензона, соответствующий режиму течения, у с тин аь ли в от ему -ся в трубопроводе при использовании разбавителя; - стошлсоть единицы веса разбовигэля с учетом затрат на приобретение, доставку, ввод, отделение и реализацию на конечном пункте за вычетом стоимости реализации; С₉ - стоимость единицы электроэнергии;

^ - удельный вес разбавителя; 3^ - то же, нефти; *1 «р потери напора на трение, рассчитываемые для перекачки вязкой нефти и j& и л* , ссотвотстаушим режиму и зоне трошш, устанавливающимся в трубопроводе при добавке разбавителя (си.формулу ( С ) - к.и.д. перекачивающей станции; Ct_c - эмпирический коэффициент в зависимости ( it ) при С а 0.

3.4. Критерию 3.1.3 Судет удовлетворять разбавитель, для которого при заданной температуре перокачки

т.е. для данной пары нефть-раэбавитель ни при какой добавке разбавителя нельзя доотичь минимальных затрат мощности на перекачку и лучше качать вязкую нефть без разбавителя.

Проверяем эффективность использования разбавителя для достижения минимума потерь напора на перекачку смеси:

I- JL , I _ JL_ - -7 > a * -7.П22, m    o,2b

т.е. данная пера нефть-разбавитель позволяет подобрать такую концентрацию разбавителя, при которой можно достичь минимальных потерь напора (максимального количества перекачиваемой нефти).

3.6. Один и тот «е разбавитель, как показывает пример, не позволяет достичь всех целей. Приведенные в настоящем параграфе опоообы предраочетисй оценки эффективности разбавления позволяют заранее произвести эту оценку.

4. ШЬОР QUmiAЛЫШ PQtlWOB ПЕРЕКАЧКИ СМГСЕЙ В ИЗШтШЧЕСПШХ условиях

4.1.    Ваинейшей характеристикой режима нирекачки смеем н изотермических уоловиях являетоя оптицальнии концентрация - т.е. такая концентрация разбавителя, при которой ь заданных уолинях эксплуатации достигается необходимый уровень (обычно экстремум) целевой функции.

4.2.    Приводимые ниже формулы для раочетп оитимгыц.ной ксн-центрации разбавителя,как прпвило.вшшсины в вида, опрнводлнвои Для оиределенин оптимальной концентрации в снмых сложных условиях эксплуатации. В зависимости от конкретных условий эксплуатации, оложиьшихся на дойном трубопроводе, формулы могут сыть унрснцржя

о учетом этих уоловнй.

4.3.    Для вывода формул, по которым определяется оптимальная концентрация, использованы выражения ( I )- ( 8 ). При этом формулы для раочета оптимольной концентрации разбавителя приведены раздельно с учетом и без учета характеристики насосных агрегатов, установленных на трубопроводе.

4.4.    Оптимальная концентрация разбавителя, позволяющая доо-тичь в единицу времени минимума расходов на перекачку и разбавление без учета характеристики насооных агрегатов, раосчитывается по формуле:

где условные обозначения приведены ранее.

4.5. Оптимальная концентрация разбавителя, позволяющая достичь минимальных затрат мощности на перекачку смеси без учета характеристики насосных агрегатов, рассчитывается но формуле:

4.7.    Если движение разбовлег'с* нефти при концентрации разбавителя /С* 0 является ламинарным, и при добавлении разбавителя режим .движения меняется, то оптимальная концентрация разбавителя будет соотгетствовать вязкости смеси, при которой

2300 =- .    С    к    )

г £к/)

Оптимальная концентрация /<_е , определяемая по формуле ( 17 ^ долина быть не меньае оптимальной концентрации , рассчитываемой в зависимости от выбранного критерия оптимальности и условий перекачки по одному из уравнений ( 13)-(17*) при Л7* l и /77=0,25.

4.8.    При переводе трубопроводе на перекачку с разбавителем с использованием установленных ас;ссных агрегатов целей, названных в пункте 1.5, достичь не удается, В этом случае применение разбавителя позволяет совместить характеристики трубопровода

^h*'^hr л-*/г^а,к

и насосных станций

о минимальным (равным нуаг) дросселированием.

Здесь Q" и 6_Н - коэффициенты в аппроксимационной зависимости капора наоосных станций от их производительности при работе из насоса в насос; остальные обозначения приведены ранее.

Концентрация разбавителя, которая при заданном 0^ обеспечит совмещение характеристик трубопровода и насосных агрегатов с дросселированием, равным нулю, определяется аз уравнения

mtcfCL +&к)

Если концентрация разбавителя задана, то по уравнению ( lb ) можно рассчитать расход нефти , соотЕетствущиЙ нулевому дросселированию.

5. ВЫБСР 01П>ЦАЛЬШХ РШДОВ 11ЕРЕКАЧКИ СМЕСЕЙ КО СЛСШШ ТРУБОПРОВОДАМ

5.1. Результаты, полученные в параграфе 4, справедливы и для трубопроводов со вставками. При этсм постоянные О ъ $ нугшо вычислять по приведенной длине е„, и приведенному диаметру трубопровода

где ji а т - коэффициенты Л.С.Лейбензсна; - вязкость смеси;

и й - длина и диаметр отдельных участков трубопровода;

/? - количество участков трубопровода с разным диаметром; индекс "пр" соответствует параметрам течения в трубе диаметром Dn? при расходе &_с =* О/ (I- К) с вязкостью )£ ; индекс " с " - соответствует параметрам течения в трубе диаметре** Оу при расходе О_с и вязкости .

5.2. Шбор оптимальней технологии переквчки нефти с разбавителем по двухниточпему трубопроводу требует решения следуилих задач:

а) перекачивать ли нефть о разбавителем по обоим трубопрово-

Методика позволяет рассчитать оптимальную технологию, наиболее соответствующую условиям перекячтм, сложившимся в данной трубопроводной системе. Кроме того, в Методике рекомендованы способы рациональной организации работ по изучению влияния разбавителя и условий смешения на реологические свойства получаемых смесей.

Методика спраьодлива для нефтер и нефтепродуктов, обладающих при условиях перекачки ньютоновским* свойствами. С некоторым приближением она может быть использована и для неньютоновских нефтей и нефтепродуктов.

Рассмотренный в Методике круг задач по планированию и организации перекачки вязких и застывающих нефтей (нефтепродуктов) в смеси с разбавителем применим как при обычной перекачке, так и при перекачке с подогревом.

Методика разработана коллективом авторов Всесоюзного научно-исследовательского института по сбору, подготовке и транспорту нефти и нефтепродуктов (Р.Г.Исхадов) и Уфимского нефтяного института (Л.С.Абрамзон, П.И.Тугунов).

дам или по одному на них;

б)    если выгодно перекачка по одному трубопроводу» то какой трубопровод выделить для перекачки смеон, а какой - для перекачки нефти;

в)    как распределить нефть по трубопроводам, если известно количество разбавителя;

г)    какова оптимальная концентрация разбавителя * 1 Поставленные задачи долины быть решены для заданных условий

эксплуатации на основе наиболее существенного в этих условиях критерия оптимальности . Методы ревония этих задач, рекомендуемые в настоящей "Методике.,.* базируется на следующих уравнениях:

Ф = с, * с_р Q_fi ;    (го)

у fa f' ^Q< . &    ”«{***)fa-Q,*Q,)

Q,azt (Q„-Q,*Q,)ir 7    *    7    <-

У а,-/с ;    (    2Г

/•o

Л- //» « Qf-m, ft V ^e    0/'"’*    J?

w r. r-< яГ'.    №~-а+а_РГ‘ъ

+ ai ->■ £ a- k\    ' 22)

где ^- суммарные расходы на разбавление и перекачку; -стоимость единшш энергии для привода насосов; - мощность, гребущаяся для перекачки; - стоимость единицы объема разбеви-

Методика Brf5opa оптимальной технологии перекачки вязких и застигающих нефтей и нефтепродуктов с разбавителем

РД 39-30-996-84

Вводится впервые

Приказом Министерства нефтяной

промышленности от 12.01.1964 г. * 39

Срок введения установлен с 01.03.84 г.

Срок действия до 01.03.89 г.

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    По настояпей Методике должен провериться выбор оптимальной технологии перекачки вязких и застывающих нефтей и нефтепродуктов на действующих магистральных трубопроводах, переводимых на перекачку с разбавителем.

1.2.    Под разбавителем понимается любой агент (маловяэкая жидкость, растворенный газ, депрессатор и др.), введение которого в перекачиваемую нефть (нефтепродукт) приводит к уменьшению ее вязкости.

1.3.    Перекачка с разбавителем является одним из способов перекачки вязких и застывающих нефтей и нефтепродуктов, повышающих надежность и эффективность транспортировки их по магистральным трубопроводам.

Как прэвило, перекачка с разбавителем преимущественно может быть использована в следующих условиях*

а)    при наличии эффективного и дешевого разбавителя;

б)    при нероз».*ожности или затрудненности использования других слособор перекачки рязких и застывающих нефтей или нефтепродуктов

(например, в районах с вечно-мерзлыми и болотистыми грунтами нецелесообразна перекачка с подогревом);

в)    при подаче вязких и заотыв8Пг^х нефтей в трубопроводные системы с ограничениями на реологические свойства перекачиваемых нефтей и нефтепродуктов;

г)    при наличии разветвленной сети магистральных нефте- и продуктопроведсв, позволяющей рационализировать общую схему грузопотоков.

1.4.    Перекачка о разбавителем может применяться в комбинации о другими способами улучшения транспортабельных свойотв вязких и застываю .их нефтей и нефтепродуктов. В настоящее время

иногда используется комбинированные методы: например, разбавление и подогрев, разбавление и термообработка и др.

1.5.    В зависимости от условий эксплуатации каждого конкретного трубопровода с поиощью разбавителя могут быть достигнуты следу плие цедя:

а)    доведение вязкости смеси до необходимой по условиям эксплуатации величины;

б)    минимизация давления, потребного для перекачки заданного количества вязкой нефти или нефтепродукта;

в)    максимизация количества перекачиваемой по трубопроводу вязкой нефти (нефтепродукта) при заданием допустимом давлении;

г)    минимизация затрат мощности на перекачку заданного количества вязкей нефти или нефтепродукта;

д)    минимизация затрат ьлектро- я тепдезнергии на перекачку заданного количества вязкой нефти иди нефтепродукта;

в) минимизация расходов но организацию перекачки вязкой или застывающей нефти (нефтепродукта) с разбавителем.

- для эксплуатационных расходов на перекачку н разбавление (в единицу времени)

где - стоимость единицы электрсэнергии; C_fi - стоимость единицы веса разбавителя с учетом затрат на приобретение, доставку, ввод, отделение и реализацию на конечном пункте за вычетом стоимости реализации (принта постоянной независимо от количество гребущегося разбавителя); - удельный вес разбавителя.

1.7. Рекомендуемые в настоящей Методике зависимости подучены для нефтей и нефтепродуктов, обладающих при температуре перекачки ньютоновскими свойствами. С^и могут быть использованы и для неньютоновских нефтей и нефтепродуктов. При этом.вместо кинематического коэффициента вязкости,в формулы следует подставлять кинематический коэффициент эффективной вязкости:

зависимости от используемой модели реологического поведения нефти (нефтепродукта).

1.8. В дальнейшем тексте вязкие и застывающие нефти и неф* те продукты обозначатся для краткости словом "нефти? а смеси вязких и заотыващих нефтей с разбавителем - словом "смеси".

2. ОРГАНИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СМЕСИ

2.1.    Реологические свойства смеси,как правило,определяются реологическими и химическими свойствами нефти и разбавителя, концентрацией разбавителя К _% температурой смешения разбавителя о нефтью t_e и температурой перекачки t_e.

Для заданной пары нефть - разбавитель реологические свойства смеси определяются тремя действупсими факторами: к, t_c и

2.2.    Исследование реологических свойств смеси должно быть проведено таким оорвзсм, чтобы зависимость свойств смеси от действующих факторов можно было получить достаточно точно с помощью минимального числа опытов. Постановка опытов при этом регламентируется методическими руководствами Г A 2J.

2.3.    Интервалы варьирования действу паях факторов определяются условиями, сложившимися на тру0спроводе, для которого изучаются реологические свойства смеси,и целями проведения исследований.

Так, при получении полной зависимости свойств смеси, концентрация разбавителя должна меняться от 0 до I. Пределы изменения температуры перекачиваемой смеси определяются ланимальнсй температурой грунта и возможней максимальной температурой смеси, поступающей в начало трубопровода. Пределы изменения температуры смешения ограничиваются снизу минимальными температурами нефти и разбавителя, поступающими но пункт смешения, а сверху - Ю°С

превышением над нижней эндотермической точкой нефти.

2.4.    Обработка полеченных опытных данных должна быть проведена в соответствии о еже упомянутыми методическими руководствами /I.2/. При обработке должно быть выявлено влияние каждого из факторов и учтены эффекты их взаимодействия. В окончательной зависимости, рекомендуемой для практическогс использования, должны быть остовдены лишь те факторы и члены, учитывапдие их взаимодействие, которые существенно влияют на точность получаемых результатов по вязкости смеси.

2.5.    В заключение должен быть проведен анализ полученной зависимости и выявлены условия смешения, приводящие к получению смеси с минимальной при условиях перекачки вязкостью.

Псимес 2Получить зависимость, описывающую елзкость смеси нефти и разбавителя с учетом влияния концентрации разбавителя, температуры смешения и температуры перекачки, если сна должны описывать вязкость смеси в следующих пределах варьирования факторов:

О <г /с < U,25; 10 « t_c < 40°С; 5 « t„ * 35°С.

(йределяем средние значения уровня каждого фактора:

) 03.5 (0*0,25) « 0,125;

) -0,5 (5 *35) * 20°С.

В соответствии с условиями оптимального планирования экспериментов каждый фактор должен варьироваться на уровнях: - 1,21; -1,0; 0; 1,0; 1,21. С учетом этого определяем шаг варьирования:

— =. 0.^5 - O.ttb