Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО СМЕШЕНИЯ РАЗНЫХ СОРТОВ НЕФТИ

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к нефтяной промышленности, а более конкретно к устройствам смешения разных сортов нефти, включающим в себя по меньшей мере один блок измерения качества нефти, по меньше мере один подпорный насос, по меньшей мере один регулятор давления и связанного с ним расхода, адаптированное для подсоединения по меньшей мере к двум входящим трубопроводам подачи нефти разных сортов: идущему от магистрали и от резервуарного парка и, по меньшей мере, к одному исходящему магистральному трубопроводу смешанной нефти, содержащему магистральный насос, и может быть эффективно использовано в качестве устройства смешения нефти разных сортов с различными физико-химическими свойствами (вязкость, плотность, содержание серы, температура застывания и т.д.) для получения смеси с заданными свойствами с целью ее дальнейшей транспортировки по системе магистральных трубопроводов.

Уровень техники

Известно устройство смешения нефти, включающее в себя, по меньшей мере, один блок измерения качества, по меньше мере, один насос, по меньшей мере один регулятор давления, адаптированное для подсоединения по меньшей мере к двум входящим трубопроводам подачи нефтей разного состава: идущему от магистрали и от резервуарного парка, и по меньшей мере к одному исходящему магистральному трубопроводу смешанной нефти (см. описание к станции смешения бензина модель MOD-GILB-002, производства «Moldon System Ltd», http://www.modcon.ru/Modcon/Templates/showpage.asp?DBID=1&LNGID=3&TMID=84&FID=426&PID=505).

Недостатками такого устройства являются невысокая надежность работы устройства за счет того, что оно характеризуется большими перепадами давления на регуляторах, и, соответственно, функционирование такого устройства требует больших энергозатрат. Данное устройство требует использования подпорных насосов для обоих сортов нефти с индивидуальными напорными характеристиками для работы в каждом направлении. Дополнительным недостатком данного устройства является низкая эффективность работы устройства при подаче на одновременно несколько магистральных трубопроводов. Изменение положения одного регулятора нарушает баланс и приводит к изменению смеси в другом регуляторе.

Известно также из уровня техники устройство смешения разных сортов нефти, включающее в себя, по меньшей мере, один блок измерения качества нефти, по меньше мере, один подпорный насос, по меньшей мере, один регулятор давления и связанного с ним расхода, устройство, выполненное с возможностью подсоединения его, по меньшей мере, к двум входящим трубопроводам подачи нефти разных сортов: идущему от магистрали и от резервуарного парка и, по меньшей мере, к одному исходящему магистральному трубопроводу смешанной нефти, содержащему магистральный насос (см. описание к патенту на полезную модель № 12618, опубл. в 2000 г.).

Данное устройство является наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату и выбрано за прототип предлагаемого изобретения.

Недостатками такого устройства также являются невысокая надежность работы устройства за счет того, что оно характеризуется большими перепадами давления на регуляторах, и, соответственно, функционирование такого устройства требует больших энергозатрат. Данное устройство требует использования подпорных насосов для обоих сортов нефти с индивидуальными напорными характеристиками для работы в каждом направлении. Дополнительным недостатком данного устройства является низкая эффективность работы устройства при подаче на одновременно несколько магистральных трубопроводов. Изменение положения одного регулятора нарушает баланс и приводит к изменению смеси в другом регуляторе.

Раскрытие изобретения

Опирающееся на это оригинальное наблюдение настоящее изобретение, главным образом, имеет целью предложить устройство смешения нефти, позволяющее, по меньшей мере, сгладить один из указанных выше недостатков, а именно обеспечить повышение надежности работы устройства за счет снижения напора на регуляторе давления, установленного после вспомогательного насоса при уменьшении затрат электроэнергии, что и является поставленной технической задачей.

Для достижения этой цели устройство смешения разных сортов нефти дополнительно содержит, по меньшей мере, один вспомогательный насос, установленный на трубопроводе подачи нефти, поступающей от резервуарного парка, причем вспомогательный насос подает нефть на вход подпорного насоса при обеспечении постоянного расхода по магистральному нефтепроводу. В качестве вспомогательного насоса выбран насос центробежного типа, снабженный частотно-регулируемым приводом и обеспечивающий пониженный напор по сравнению с подпорным насосом.

Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность повысить надежность работы устройства за счет снижения напора на регуляторе давления, установленного после вспомогательного насоса при уменьшении затрат электроэнергии. Действительно, вспомогательный насос обеспечивает пониженный напор, что приводит к меньшему перепаду давления на подпорном насосе. Кроме того, появляется возможность при смешении разных сортов нефти в несколько магистралей устранить серьезный недостаток, а именно влияние изменения положения одного регулятора давления на другие регуляторы давления в устройстве. То есть теперь при необходимости изменения состава смеси нефти, а следовательно, при изменении регулятора давления в одной магистрали, не нужно выравнивать положения других регуляторов, чтобы в их магистралях сохранить расчетное положение. Это происходит благодаря наличию частотно-регулируемого привода.

Еще одним важным и неочевидным следствием введения предлагаемого новшества является возможность рассчитать заранее положение регулятора давления для каждой исходящей магистрали в зависимости от необходимых параметров смеси нефти на выходе.

Существует вариант изобретения, в котором в качестве вспомогательного насоса выбран насос, рассчитанный на суммарную подачу нефти в диапазоне от 0 до 50% подачи всего устройства.

Благодаря данной выгодной характеристике появляется возможность ограничить смешивание разных сортов нефти так, чтобы из резервуарного парка производился забор нефти, не превышающий забор нефти из основной магистрали. Действительно, регулирование подачи нефти производят именно на вспомогательном потоке, идущем от резервуарного парка. Соответственно, его вклад как меньшего составляющего в суммарный поток не превосходит половины, следовательно, и регулирование дополнительного потока ограничено в диапазоне до 50% от подачи суммарного потока.

Существует вариант изобретения, в котором устройство смешения разных сортов нефти дополнительно содержит блок управления, выход которого соединен с входом частотно-регулируемого привода вспомогательного насоса, а вход блока управления соединен с блоками измерения качества нефти, при этом блок управления адаптирован к вычислению необходимого количества подкачки.

Благодаря данной выгодной характеристике появляется возможность автоматизации процесса управления всеми узлами устройства и дистанционного управления всеми режимами работы.

Совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения неизвестна из уровня техники для устройств аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения.

Краткое описание чертежей

Другие отличительные признаки и преимущества изобретения ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

- фигура 1 схематично изображает функциональную схему устройства смешения разных сортов нефти согласно изобретению;

- фигура 2 схематично изображает этапы работы устройства смешения разных сортов нефти согласно изобретению.

Фигура 1 представляет пример смешения нефти двух сортов, первый из которых подается из основной магистрали 1, соединенной с основным резервуарным парком 2, а второй - из резервуарного парка 3.

На выходе устройства происходит подача в три магистрали - 11, 12 и 13.

Устройство 4 смешения разных сортов нефти состоит из группы вспомогательных насосов 5 центробежного типа, снабженных частотными регулируемыми приводами и подключенных на вход группы подпорных насосов 6, в которую входят подпорные насосы 61, 62 и 63 по одному на каждую исходящую магистраль 11, 12 и 13.

Вспомогательные насосы 5 рассчитаны на суммарную подачу в диапазоне от 0 до 50% подачи всего устройства, то есть максимальный напор, равный напору нефти, поступающему от основного резервуарного парка 2 и магистрали 1.

Подпорные насосы 61, 62 и 63 основных магистральных насосов 71, 72 и 73 рассчитаны на подачу до 100% подачи всего устройства и напор, обеспечивающий бескавитационную работу магистральных насосов 71, 72 и 73.

Для обеспечения смешения нефти в нужных пропорциях группа вспомогательных насосов 5 снабжена частотным регулируемым приводом (ЧРП) и регуляторами давления 8 на выходе.

При необходимости смешивать два сорта нефти в определенных пропорциях для определения необходимых объемов предусмотрены ультразвуковые расходомеры 9 на выходе вспомогательных насосов 5 и на выходе группы подпорных насосов 6.

При необходимости выполнять смешение нефти в потоке по какому-либо заданному свойству (вязкость, плотность, содержание серы и т.д.) на выходных трубопроводах каждой из насосных групп установлены блоки контроля качества нефти (БИК), имеющие в своем составе поточные анализаторы качества, обозначенные вместе как 101, 102, 103, 104, 105.

Устройство 4 смешения разных сортов нефти дополнительно содержит блок управления, выход которого соединен со входом частотно-регулируемого привода вспомогательных насосов 5, а вход блока управления соединен с блоком измерения качества нефти 10. Кроме того, выход блока управления соединен с регуляторами давления 8. Электрическая схема на фиг. 1 не представлена, блок управления не показан.

Осуществление изобретения

Согласно фигуре 2 работа устройства смешения разных сортов нефти осуществляется следующим образом (в качестве примера приводится пример из фиг. 1).

Нефть первого сорта, например, с повышенным содержанием серы подается в магистраль 1 (см. также фиг. 1), соединенную с резервуарным парком 2. А более качественная нефть второго сорта, например, с низким содержанием серы находится в резервуарном парке 3. Таким образом, в устройство 4 на вход подают два сорта нефти. На выходе предполагается получить три вида смеси, подаваемые в три разные исходящие магистрали: 11, 12 и 13, содержание серы в которых занимают различные промежуточные положения.

Этап А1. Проверяют качество нефти второго сорта блоком контроля качества 10, стоящем на входе вспомогательного насоса или насосной группы 5.

Этап А2. Понижают давление нефти второго сорта на входе вспомогательного насоса или насосной группы 5,

Этап A3. Разделяют трубопровод с нефтью второго сорта на три отдельных трубопровода.

Этап А4. В зависимости от уровня необходимого содержания серы в полученной смеси устанавливают положения регуляторов давления в трех отдельных трубопроводах (см. этап A3).

Этап А5. Разделяют трубопровод с нефтью первого сорта на три отдельных трубопровода.

Этап А6. Смешивают каждый из трех трубопроводов нефти первого сорта с каждым из трех трубопроводов нефти второго сорта соответственно.

Этап А7. Полученные три вида смеси подают на вход подпорных насосов 61, 62 и 63 соответственно.

Этап А8. Устанавливают положения регуляторов давления в трех отдельных трубопроводах со смесью нефти.

Этап А9. Производят контроль качества полученной смеси в каждой магистрали блоками контроля качества 101, 102, 103, стоящими на входе магистральных насосов 71, 72 и 73.

Этап 10. Работой насосов и регуляторов давления управляют с помощью блока управления, на который подают сигналы с блоков управления качества.

Приведенные варианты осуществления изобретения являются примерными и позволяют добавлять новые варианты или модифицировать описанные. Например, использовать этапы выборочно, переставлять.

Отдельно отметим режимы работы данного устройства при регулировке необходимого состава полученной смеси. Для определенности приведем пример регулировки по содержанию серы в нефтепродукте.

Режим 1. Регулировка на входе

Возможен режим работы устройства, когда регулирование необходимого содержания серы в полученной смеси производится путем вычисления необходимого соотношения смешиваемых компонентов в зависимости от данных, полученных с использованием данных от поточных анализаторов серы 104 и 105, то есть на входе.

Режим 2. Регулировка на выходе

Возможен режим работы устройства, когда регулирование необходимого содержания серы в полученной смеси производится путем регулирования расхода смешиваемых компонентов в зависимости от данных, полученных с использованием данных от поточных анализаторов серы 101, 102 и 103, то есть на выходе. Надо отметить, что такой подход более точен, так как мы точно знаем процентный состав серы на входе в магистраль, но существует задержка, связанная с тем, что при отклонении от необходимого показателя содержания серы в смеси и подаче соответствующего сигнала на регуляторы давления проходит время, пока нефть протечет от точки регулирования потока до точки измерения концентрации серы в смеси. Временной разрыв может составлять десятки секунд.

Режим 3. Регулировка на входе и на выходе

Возможен режим работы устройства, когда регулирование необходимого содержания серы в полученной смеси производится путем вычисления необходимого соотношения смешиваемых компонентов и в зависимости от данных, полученных с использованием данных от поточных анализаторов серы 104 и 105, то есть на входе, и в зависимости от данных, полученных с использованием данных от поточных анализаторов серы 101, 102 и 103, то есть на выходе. Такой режим является наиболее точным.

Промышленная применимость

Предлагаемое устройство смешения разных сортов нефти может быть осуществлено специалистом на практике и при осуществлении обеспечивает реализацию заявленного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для изобретения. Описанное устройство смешения разных сортов нефти реализуется на базе традиционных технологий, и возможность его осуществления не связана с какими-либо дополнительными техническими проблемами.

В соответствии с предложенным изобретением заявителем проверено данное устройство смешения разных сортов нефти.

В качестве резервуаров для хранения нефти использовались резервуары объемом 1000-50000 куб.м.

Задача состояла в обеспечении постоянного массового содержания серы в смешанной нефти, а именно 0,6%.

Магистраль смешанной нефти имела постоянный поток 908 м³/час. Этот поток складывался из двух потоков:

1. Основной поток малосернистой нефти с содержанием серы в 0,43%.

2. Дополнительный поток сернистой нефти от резервуарного парка с содержанием нефти в 1,43%.

Испытания показали, что такое устройство смешения разных сортов нефти обеспечивает:

1) снижение требований к регуляторам давления;

2) сокращает энергозатраты за счет снижения напора на регуляторах давления, устанавливаемых после вспомогательных насосных агрегатов;

3) при плотности смеси при 20°C в 846 кг/м³ получили следующие параметры потоков:

- основной поток малосернистой нефти составлял от 454 м³/час (50%) до 726 м³/час (80%);

- дополнительный поток сернистой нефти от резервуарного парка составлял от 182 м³/час (20%) до 454 м³/час (50%).

В другом примере были произведены расчеты потоков нефти:

- при планируемом объеме перекачки смешанной нефти в 520 м³/час максимальная подача нефти на смешение составила 98 м³/час;

- при планируемом объеме перекачки смешанной нефти в 3474 м³/час максимальная подача нефти на смешение составила 654 м³/час.

Таким образом, за счет того, что устройство смешения разных сортов нефти дополнительно содержит, по меньшей мере, один вспомогательный насос, установленный на одном из трубопроводов подачи нефти, поступающей от резервуарного парка, и подающий на вход подпорного насоса при обеспечении постоянного расхода по магистральному нефтепроводу, а в качестве вспомогательного насоса выбран насос центробежного типа, снабженный частотно-регулируемым приводом и обеспечивающий пониженный напор по сравнению с подпорным насосом, и достигается заявленный технический результат, а именно повышение надежности работы устройства за счет снижения напора на регуляторе давления, установленного после вспомогательного насоса при уменьшении затрат электроэнергии.

Дополнительным полезным техническим результатом заявленного изобретения является то, что данное устройство обеспечивает:

- возможность использования общей вспомогательной насосной для работы по всем возможным направлениям;

- улучшает взаимную работу при подаче на одновременно несколько магистралей;

- возможность рассчитывать заранее положение регулятора давления по текущему значению на входе (по плотности, по вязкости, по сере);

- исправляет за счет наличия частотно-регулируемых приводов характеристики насосов, обеспечивая постоянство параметров в смеси нефти.

Таким образом, данное устройство смешения нефти рекомендуется к широкому внедрению в нефтяную промышленность.