Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ НА ДЛИННЫХ ЛИНЕЙНЫХ УЧАСТКАХ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Изобретение относится к трубопроводному транспорту жидкости и может быть использовано при перекачке углеводородных жидкостей по трубопроводам с насосными станциями с использованием противотурбулентных присадок.

Известны способы перекачки углеводородной жидкости, в которых противотурбулентную присадку вводят в линейные участки трубопровода за предшествующими насосными станциями [Трубопроводный транспорт нефтепродуктов / И.Т.Ишмухаметов, С.Л.Исаев, М.В.Лурье, С.П.Макаров. - М.: Нефть и газ, 1999, стр.224; Патент РФ №2124160, опубл. 27.12.1998].

Противотурбулентную присадку (ПТП) вводят в трубопровод для снижения гидравлических потерь, происходящего из-за гашения длинными молекулами полимера, входящего в состав присадки, пристеночной турбулентности. Так как введенная в трубопровод присадка сносится потоком вниз по течению, для гашения турбулентности на всей длине линейного участка трубопровода присадку всегда вводят в самом начале линейного участка. Однако из опыта известно, что введенная в трубу и сносимая вниз по течению ПТП постепенно разрушается и, начиная с определенного (характерного для конкретной присадки) расстояния от места ее ввода в трубу (независимо от концентрации ПТП в потоке жидкости), гашение турбулентности прекращается.

Задачей изобретения является обеспечение гашения турбулентности на всем линейном участке трубопровода.

Техническим результатом изобретения является обеспечение эффективности действия ПТП на всей длине линейного участка трубопровода.

Технический результат достигается тем, что в способе снижения гидравлических потерь на длинном линейном участке трубопровода, включающем введение противотурбулентной присадки во внутреннюю полость трубы, согласно предложению введение противотурбулентной присадки в трубопровод осуществляют в нескольких местах, отстоящих друг от друга на расстоянии, превышающем длину эффективной работы присадки.

Предпочтительно осуществлять введение противотурбулентной присадки во все места ввода с одинаковым расходом.

При этом введение противотурбулентной присадки во все места ввода осуществляют с суммарным расходом g, отнесенным к расходу перекачиваемой по трубопроводу жидкости, выбранным из условия:

g=10^-6 n Bφ/[(L_пр/L_тр)n-Аφ],

где n - число мест ввода противотурбулентной присадки в линейный участок трубопровода;

В - полученный опытным путем коэффициент в формуле зависимости эффективности φ присадки от ее концентрации С: φ(С)=С/(АС+В);

φ - эффективность присадки;

(L_пр/L_тр) - отношение длины участка эффективной работы присадки к длине трубопровода;

А - полученный опытным путем коэффициент в формуле зависимости эффективности φ присадки от ее концентрации С: φ(С)=С/(АС+В).

Кроме того, число n мест ввода присадки в линейный участок трубопровода выбирают равным числу, полученному округлением до меньшего целого числа отношения

L_тр/L_пр,

где L_тр - длина линейного участка трубопровода;

L_пр - длина участка эффективной работы присадки.

Как уже было упомянуто выше, введенная в трубу и сносимая вниз по течению ПТП постепенно разрушается и, начиная с определенного (характерного для конкретной присадки) расстояния L_пр от места ее ввода в трубу (независимо от концентрации ПТП в потоке жидкости), гашение турбулентности прекращается. В том случае, когда длина линейного участка L_пр, в который вводят присадку, меньше характерного расстояния эффективной работы присадки L_пр, можно считать, что ее номинальная эффективность φ_пр, определяемая как отношение модуля приращения гидравлических потерь давления на определенном участке трубы при введении в него присадки к гидравлическим потерям давления на этом участке при отсутствии присадки, будет одной и той же.

В том же случае, когда длина участка L_тр/L_пр, то с учетом нулевой эффективности присадки за пределами отрезка L_пр эффективность присадки на всем участке L_тр будет в L_тр/L_пр раз ниже.

Опыт показывает, что в пределах отрезка эффективной работы присадки (L_пр) зависимость эффективности присадки от ее концентрации (С) в потоке описывается формулой:

,

где А и В определяются опытным путем из экспериментальной зависимости эффективности присадки от ее концентрации.

На фиг.1 представлен график φ_пр(С) для современной противотурбулентной присадки, полученный при натурных испытаниях на реальном трубопроводе. На оси абсцисс показана концентрация С (дозировка), ppm, противотурбулентной присадки марки FLO МХА, на оси ординат - эффективность φ_пр присадки - снижение гидравлического сопротивления, %.

По графику видно, что с ростом концентрации присадки С приращение эффективности φ_пр на единицу приращения концентрации падает (эффект насыщения). В том случае, когда L_тр>L_пр и ввод присадки производится на расстоянии от конца линейного участка, превышающем L_пр, эффективность присадки на всей длине линейного участка может быть оценена по формуле:

,

где L_пр/L_тр - доля длины эффективной работы присадки в общей длине линейного участка трубопровода.

В общем случае, когда присадка вводится в n местах трубы, отстоящих друг от друга и от конца линейного участка на расстоянии, большем или равном L_пр (участки эффективной работы присадки не пересекаются), то

Нетрудно понять, что из-за симметрии эффектов от непересекающихся участков эффективной работы присадки оптимальные значения концентраций С_i в (3) будут одинаковыми на всех участках.

В результате формула (3) преобразуется к виду:

Суммарное количество присадки, вводимое в линейный участок, будет равно С_Σ=nC.

Если весь этот суммарный расход присадки ввести в начале линейного участка, то формула для эффективности будет иметь вид:

Разделив (5) на (4) получим:

.

Формула (6) указывает на то, что, если длина линейного участка в несколько раз превышает длину эффективной работы присадки, то более высокая эффективность присадки будет получена, если предполагаемый расход присадки перераспределить между несколькими местами ввода присадки, отстоящих друг от друга на расстоянии, большем или равном L_пр.

Требуемую концентрацию противотурбулентной присадки можно определить, исходя из требуемой эффективности присадки, в свою очередь вычисляемой исходя из требуемого снижения гидравлических потерь или повышения производительности перекачки.

Для распределенного ввода присадки, исходя из формулы (4), получим, что на каждом участке ее нужно вводить с концентрацией:

.

Поскольку концентрация присадки определяется зависимостью

С=(gпр/Gтр)10⁶ (ppm), где gпр - расход присадки, и Gтр - расход перекачиваемой по трубопроводу жидкости, то суммарный расход присадки, отнесенный к расходу перекачиваемой по трубе жидкости g=gпр/Gтр, можно определить по формуле:

Здесь следует отметить, что исчезновение эффективности присадки, прошедшей по трубе расстояние, превышающее L_пр, происходит не из-за снижения ее концентрации (концентрация присадки в потоке остается той же), а меняется качество присадки - разрушаются длинные (тяжелые) молекулярные цепочки, определяющие гашение турбулентности. По этой причине при вводе дополнительной присадки в поток с еще действующей присадкой формула (4) не позволяет оценить суммарный эффект, исходя из суммарной концентрации присадки.

Подводя итог сказанному, отметим, что по опыту на некотором отрезке за местом ввода присадки эффективность присадки равна нулю (присадка не успела раствориться), затем эффективность резко возрастает до определенного значения, соответствующего концентрации присадки в перекачиваемом продукте, и мало меняется до определенного расстояния от места ввода присадки. Это расстояние будем называть «отрезком эффективной работы присадки». За этим отрезком местная эффективность присадки резко падает до нуля. По этой причине расчеты эффективности присадки на линейных участках, длина которых короче длины отрезка эффективной работы присадки, производятся по одним и тем же эмпирическим формулам. Однако, если длина линейного участка трубопровода заметно превышает длину отрезка эффективной работы присадки, то суммарный эффект снижения гидравлических потерь на всей длине линейного участка будет ниже эффекта, получаемого на отрезке до места полного разрушения присадки, во столько раз, во сколько полная длина линейного участка больше отрезка эффективной работы присадки. В этом случае большую суммарную эффективность присадки можно получить, если на расстояниях по длине рабочего линейного участка, кратных длине эффективной работы присадки, организовать ввод присадки и перераспределить расход присадки между промежуточными местами ввода.

В общем случае, когда длина линейного участка трубопровода в n раз больше отрезка эффективной работы присадки, для получения максимального эффекта при заданном суммарном расходе присадки следует разделить линейный участок на n частей и вводить в трубопровод присадку в начале каждого участка с в n раз меньшим расходом.