МАГИСТРАЛЬНЫЕ НЕФТЕПРОВОДЫ

Смесеобразование нефтей при остановках перекачки

Полученные зависимости для расчета длины и объема области смеси применимы только при непрерывной перекачкке, которая на практике не возможно нидля обного нефтепровода. Существуют запланированные остановки, останвоки связанные с внеплановым или профилактическим ремонтом трубопровода, а также перекачивающих станций, остановки, обусловленные отсутствием ресурса нефти и т.п. Причем остановки перекачки в некоторые периоды эксплуатации нефтепровода могут иметь весьма существенную продолжительность от фонда рабочего времени.

При перекачке нефтепродуктов в непрерывном режиме разность между плотностями соприкасающихся нефтей практически не оказывает влияния на количество образующейся смеси. При развитом турбулентном режиме течения выравнивающая функция турбулентных пульсаций настолько велика, что перемешивание контактирующих нефтей по сечению трубопровода происходит весьма полно и равномерно.

Схема растекания разноплотностных (ρл < ρт) нефтей под действием ускорения свободного падения

Если же скорость транспортировка нефтей снижается, то разница значений их плотностей приводит к росту объема смеси, а при полной остановке перекачивания это различие является основной причиной смесеобразования. При остановках перекачивания выравнивающее действие турбулентного перемешивания нивелируется и приоритетными становятся иные факторы. Ключевым из них становится гравитационное растекание в точке с нулевой силой тяжести, которое происходит вследствие отличия плотностей перекачиваемых нефтей. Более тяжелая нефть Т, если она расположена выше, чем более легкая нефть Л, начинает стекать вниз по нижнему профилю трубопровода, а более легкая нефть при этом, поднимается ей навстречу в верхнюю части трубопровода. При этом скорость гравитационного растекания весьма велика; она может составлять от 0,3 до 0,5 м/c, так что за 10—15 ч остановки струи одной нефти могут проникнуть в другую на расстояние до 10 км и более.

Однако растекание нефтей по причине различия плотностей в основной массе случаев ограничено. Растекание начавшись, не длится бесконечно и через определенное время после прекращения перекачки останавливается по причине волнообразного характера геометрического профиля трубопровода, в частности, из-за отклонения его оси от прямолинейности.

Поскольку профиль нефтепровода копирует рельеф местности, по которой он проложен, то на нём есть опускающиеся и поднимающиеся участки, сменяющие друг друга с определенной периодичностью и образующие U- и О-образные колена. Каждое из подобных колен, если разность h высот самой низкой точки первого и самой высокой точки второго превышает диаметр d нефтепровода, становится препятствием, которое растекающиеся струи нефтей преодолеть не могут.

Как только более тяжелая нефть наполняет самое близкое к месту остановки потока U-образное колено, в нем получается гидрозатвор (линия A—A'), который блокирует дальнейшее растекание жидкостей: более легкая Л нефть не может перемещаться вверх, так как для этого необходимо оказаться под слоем более тяжелой T нефти, что невозможно из-за разности плотностей.

Таким образом, непрямолинейность профиля нефтепровода является основным средством защиты последовательно перекачиваемых нефтей от их избыточного перемешивания при остановках. Образующиеся в нижних точках профиля гидрозатворы (на разности плотностей нефтей) предотвращают растекание разноплотностных жидкостей (М.В. Лурье, 1989).

Отсюда вытекает простое правило: чтобы предоствратить чрезмерное растекание нефтей с разными плотностями на границах их соприкосновения рекомендуется прекращать эти контакты в локациях с наибольшими перепадами высот на местности, по которой проложен нефтепровод.