МАГИСТРАЛЬНЫЕ НЕФТЕПРОВОДЫ

Заполнение трубопровода высоковязкой нефтью

Заполнение нового трубопровода горячей нефтью высокой вязкости является одной из самых важных задач при эксплуатации "горячего" трубопровода.

Перед закачкой высоковязкой нефти в трубопровод, трубопровод заполняется холодной водой после испытания давлением. Если эта вода вытесняется высоковязкой горячей нефтью, для перекачки которой предназначен трубопровод, нефть быстро охлаждается (особенно при контакте с холодной водой) и становится чрезвычайно вязкой, что может привести к затвердеванию и закупорке трубопровода.

Вновь построенные трубопроводы для перекачки высоковязких, с высоким содержанием твердых частиц или предварительно нагретых нефтепродуктов могут использоваться двумя способами: путем предварительного нагрева трубопровода и окружающего грунта низковязкими, с низким содержанием твердых частиц или воды нефтепродуктами или путем заполнения трубопровода без предварительного нагрева.

Магистральные трубопроводы обычно вводятся в эксплуатацию с предварительным подогревом. Предварительный подогрев водой является наиболее рациональным, так как он занимает в три-четыре раза меньше времени, чем предварительный подогрев нефтью или нефтепродуктами (вода имеет большую теплоемкость и скорость потока).

Система трубопровод - грунт нагревается до температуры, при которой напор, развиваемый насосным агрегатом будет достаточен для того, чтобы доставить высоковязкую нефть до следующей насосной станции. При нагреве трубопровода необходимо следить за тем, чтобы температура нагретой жидкости на выходе из нагревательной станции была равна расчетной начальной температуре нефти или немного выше, если позволяет теплообменник. Таким образом, можно контролировать тепловое напряжение технологического оборудования во время операции нагрева и своевременно устранять возможные неисправности.

Существует несколько различных методов нагрева системы нефтепровод-грунт: прямой нагрев, обратный нагрев, челночный нагрев и встречный нагрев.

В случае прямого нагрева (рисунок [а]) жидкость низкой вязкости, нагретая до необходимой температуры, закачивается в трубу с помощью перекачивающего насоса. Температура трубопровода и окружающего грунта постепенно повышается. В результате определенное количество жидкости низкой вязкости достигает конечной точки при более высокой температуре. Через некоторое время температура трубопровода и грунта становится достаточно теплой, чтобы закачивать в трубопровод нефть высокой вязкости, не опасаясь ее замерзания. Этот метод нагрева требует большого количества жидкости низкой вязкости в головной части насосной станции.

Обратный нагрев (рисунок [б]) используется, когда в начале трубопровода нет источника воды или другой жидкости низкой вязкости, а технические приспособления насосной станции позволяют осуществлять перекачку из конечной точки в головную. В этом случае конец трубопровода теплее, чем начальная точка. Если затем в трубопровод закачивается горячая высоковязкая жидкость, в технологических трубопроводах (теплообменник и насосный трубопровод) на насосной станции и на участке трубопровода могут возникнуть значительные тепловые напряжения, что приведет к авариям. Количество греющей жидкости и скорость нагрева системы при обратном нагреве аналогичны таковым при прямом нагреве.

При челночном нагреве (рисунок [в]) теплоноситель сначала подается вперед, затем назад, затем снова вперед и т.д. При этом способе нагрева количество теплоносителя составляет около 2 объемов нагреваемого участка трубопровода (между нагревательными или насосными станциями). Время попеременного нагрева больше, чем при прямом нагреве, в зависимости от величины обратного потока, но средняя температура по системе значительно выше, чем при прямом нагреве.

При встречном нагреве (рисунок [г]) нагретая жидкость подается одновременно из начала и конца нагреваемого участка трубы. Вблизи центра трубы теплоноситель подается в специальный резервуар. Если это вода, то она может сбрасываться в землю или в водоем.

Выбор того или иного метода обогрева надземных труб и систем должен быть обоснован технико-экономическими расчетами и технической возможностью его реализации. Например, методы, отличные от прямого нагрева, осуществимы только в том случае, если техническая интеграция насосной системы и оборудования позволяет осуществлять обратную перекачку. Экономическое сравнение альтернативных вариантов основано на затратах на нагрев, которые включают стоимость топлива для теплообменника, электроэнергии для привода насоса, стоимость теплоносителя, транспортировку, хранение и восстановление качества после использования. Следует также учитывать время, необходимое для нагрева трубопровода каждым методом, ущерб, вызванный выбросом греющей жидкости на пути трубопровода, и возможность аварий из-за недостаточного нагрева системы грунт-трубы.Для всех выбранных методов нагрева заключительным этапом завершения нагрева труб является прямой нагрев (т.е. введение греющей жидкости вперед), после чего греющая жидкость должна быть немедленно заменена на нагретую нефть высокой вязкости.

Если система не подогревается над землей, существуют другие способы поддержания труб в рабочем состоянии. Известно несколько способов запуска нефтепроводов с разбавителями или депрессорными присадками, которые снижают вязкость первой части нефти, и использования их для предварительного нагрева труб.

Для небольших теплоизолированных трубопроводов система иногда не нуждается в предварительном подогреве.

При заполнении трубопроводов высоковязкой нефтью скорость потока должна быть такой, чтобы потери на трение не превышали производительность насосной станции до того, как теплоноситель будет полностью удален из трубопровода.