1 Техника технологиялық бөлім

Дипломдық жобада ғылыми – техникалық әдебиеттер мен патенттік жаңалық табулар пайдаланған және төменгі тұтқыр сұйықтың құбырдан жоғарғы тұтқырлы мұнайды толықтай ығыстыру ұзақтығын анықтау үшін есептеулер жүргізілген, сондай – ақ мұнай құбырының техника – экономикалық көрсеткіштері анықталған.

В дипломном проекте использованы научно – техническая литература и патентные изобретение, произвела расчет на определение продолжительности полного вытеснения высоковязкой нефти из трубопровода маловязкой жидкостью, а также определены технико–экономические показатели нефтепровода.

Ортаның жылу физикалық қасиеті сол уақыттағы орта жағдайына байланысты. Температура және қысын зерттеліп жатқан ортаға әсер ететін негізгі факторлары болып келеді.

Тұтқырлы мұнайлармен мұнай өнімдерінің тығыздығы жеткілікті кең диапазонда өзгереді және оның температураға байланысты өзгеруі былай анықталады.

(1)
(2)
Мұнда ρ₂₀ - 20º С температура кезіндегі тығыздығы;

- мұнайдың көлемді кеңею коэфиценті;

Т – ағымдағы температура.

Мұнай қоспасын зерттеу үшін аддитивті ережесі қолданылады, онда тығыздық формуласымен анықталады.

Мұнда - 1-ші компонентті тығыздық;

С_i - көлемдік үлес компоненті.
(3*)

Ыстық өткізгкішпен тасымалдау кезінде, тасымалданып жатқан өнім Т_freez + ∆ Т дан Т_ck интервалына дейін өзгереді.

Меншікті жылу сыйымдылығының температурадан тәуелділігі Крего формуласы бойынша анықталады.
(4)
Мұнда ρ - 15º С температура кезіндегі мұнайдың тығыздығы.

Парафиннің кристалдануы өзіне қосымша бөлікте энергияның мөлшерін тартады, құбырөткізгіштің бойындағы тасымалданатын өнімнің температурасын жоғарлататын энергияның мөлшерінтартады. Температурадан парафинның кристалдануынан меншікті жылу сыйымдылықтың тәуелділігі

Z^/(Т) –парафинның кристалдану жылдамдығы;

«end» және «bed» индексі парафинның кристалдау процессінің басты және соңғы теипературасын сәйкестендіреді.

Жылу көбейтетін коэфиценті мен температура мынаған байланысты.

Зерттеулер қысымының жылу физикалық қасиеті практикалық түрде әсер етпейтінін дәлелдеді

Қату теипературасы. Мұнай парафиндерінің құрамына бір-бірінен молекулалық салмағымен ерекшклінетін және 105º С теиператураға дейін еритін әртүрлі түрлер кіреді. Мұнайдағы парафиннің мазмұны әр кен орнында әртүрлі болады. Мысалы, өзен кен орнындағы мұнайда 30 % парафинді құрайды; парафині аз мұнай нөлге жақындайды.

Сұйық көмірсутекте парафиндердің еруі мұнайдың температурасымен анықталады. Суыту кезінде парафиндердің кристалдануы көрінеді және температураның төмендеуі кезінде оның жылдамжығы жоғарлайды.

Парафиннің кристалдарының ішінде сұйық фазасы орналастырылған көлемдік структуралық клеткалар құрайды.

Қату температурасы физикалық тұрақты болып саналмайды, ол мұнайдың құрамымен оның тасымалдау кезіндегі дайындау шартына байланысты.

Жалпылай алғанда үш фазалы.

Мұнай күрделі көп компонентті аймақты болып келеді. Қабаттан шығарылған мұнай дегазацияға ұшырайды. Бұл негізінде газ сияқты зат (көмірсутекті газ, азот, көмірқышқыл газ) бөлінеді.

Парафинді, нафтенді және көмірсутекті ароматты, смолалар және асфальгендер – мұнайдың негізгі құрамы болып табылады. Кен орнына байланысты компоненттің өзара қатынасы өзгереді, сәйкесінше осыған байланысты мұнайдың жылу физикалық және реологиялық сипаттама өзгереді.

Ньютон сұйығының тұтқырлығы мынаған байланысты анықталады.
(8)
Мұнда τ - үйкелу күшінің кернеуі;

F – қозғалыс кезіндегі сұйық қабатының арасындағы күш;

ω - қабаттар алаңы;

υ - қабаттар қозғалысының жылдамдығы;

ή пропорционалды коэфициентті ішкі үйкеліс немесе ньютон бойынша сұйық тұтқырлығын анықтайды.

n – қозғалысқа қиылыстыратын бағыт.

Егер ή коэфициентті температураға байланысты болса, онда ή динамикалық тұтқырлық деп аталады; динамикалық тұтқырлықпен тығыздық арасын кинетикалық тұтқырлық анықтайды.

Жоғары тұтқырлы мұнай және мұнай өнімінің температурадан тәелділігін баяндау үшін көп жағдайда келесі формулалар колданылады.

Фогель-Фульчера –Таммана ехр

Мұнда α₁-α₆, b₁-b₆ – эксперименталдық берілгендер арқылы анықталатын коэфициенттер.

Практикалық есептер үшін тұтқырлықтың температурадан тәуелділігін таңдау ең біріншіден экспериментальдық және есептік жолдармен салыстырғандағы нәтижесі және α, b коэфиценттік мүмкіндігін анықтауға қызмет етеді

Өзен мұнайының тұтқырлығын тура мөлшерде формула түрінде жазғанда

Мұндай және мұнай өнімінің тұтқырлығы аддитивті қасиетін қолдана алмайды, өйткені тұтқырлықтың қоспасын оның орташа арифметикалық тұтқырлығымен есептеу керек.

Кадмера формуласында алуға ең басты жақсы нәтиже мүмкіндік береді.
= ₁>₂ (10)
Мұнда ν₁, ν₂ –компоненттің тұтқарлықтары

Нақтыланған түрде тұтқарлық

Мұнда α, b, ( α + b=100) –компонентті коспаларының проценттік мөлшері;

А, В – оВУ –дағы сәйкес тұтқарлықтардың болуы, А>В;

–эмпирикалық коэфициент.

Жұмыста белгілі бір тұтқарлы компонент бойынша бинарлы қоспалардың кинематикалық тұтқарларын анықтайтын сұрақтар қарастырылады.

Қозғалту кернеуі заңға бағынбайтын сұйықтарды ньютондық дейді, және де олардың жалпы тәртіптері Бакли-Гершельге тәуелді болуы мүмкін.
τ = τ₀ + k (10**)
Мұнда, k – тұтқырлықты сипаттайтын коэфициент;

n – Ньютондық (n <1) сұйықтықтың тәртібінің өшірілу көрсет-

кіші;

r – құбыр радиусы.

Зерттеулер кезінде жоғары тұтқырлы мұнайларға жоғары температура болғанда τ₀ =0, ал қисық ағымды былай қабылдайды.

Бұдан қортындылай келе ньютондық құрылым әлсіз көрсетіледі және сұйықтықты Ньютондық деп санайды.

τ₀ = 0 және 0< n < 1 болған жағдайда псевдопластикалық деп қараймыз . Мысалға, қазіргі жағдайда жоғары мөлшерде механикалық қоспасы бар төмен тұтқырлы мұнайлар жатады.

Егер τ₀ 0 және n =1 болса, онда ағым мына шартта τ > τ₀ ; ал τ< τ< τ₀ интервалында структура жаппай бұзылу жүреді, одан кейін сұйық қарапайым ньютон сияқты жүреді.

Бұндай сұйықтық жүрісін Шведова –Бингама теңдеуімен жазылады.
τ = τ₀ + μ ( 11)
ал сұйықтар жоғары пластиналы немесе бингамовтықтар деп аталады. Жоғары теипературада қататын мұнай және мұнай өнімдері осы сортты ньютондықтың сұйықтықтарға жатады.

τ = 0 және 1

Анықталған ньютондықтық сұйықтықтың тұтқырлығына аламыз
(11*)

Жоғары пластиналы мұнайлар;

μ₀=

(11***)

μ_eff =

μ₀ - структура құрайтын эфектілі тұтқарлықтар, ол дегеніміз берілген мұнайдың қатты парафині жоқ болған жағдайда алады.

Ондай болса , тұтқырлық пен кернеулердің қозғалысына жалпы алғанда температурамен жылдамдықө қозғалысы әсер береді.

Тұтқырлықтың қысымға елеулі әсер етуін 300 атм. –нан басталатынын, зерттеулер көрсетті.

Көмірсутекпен араластырылған парафинді мұнайдың мөлшерлі кейбір жағдайда оның реологиялық қасиетін көп мөлшерде жақсаруына көмектеседі.

Араластырғыш ретінде төменгі тұтқырлы мұнайды қолданған орынды. Егер кәсіпшілікте парафинисті және төменгі тұтқырлы мұнай табылса, онда оларды құбыр өткізгіштің басты аймағында қосып тасымалдаған жөн.

Жоғарғы парафинді мұнай мен төменгі тұтқырлы қосқанда айдау арзандап қанақоймай, сонымен қатар өндірілген мұнайды қолданғанға тиімді. Әртүрлі мұнайдықосқанда әртүрлі жағдайда алдын-ала анықталған мұнай қоспасының құрамын алуға болады, бұл мұнай құбыр өткізгіштің жұмысын тұрақтандыруға және мұнай өңдеу зауыт орнатуға көмектеседі. Және де кейбір кезде мұнайларды араластыру олардың сапасын жақсартады. Осылайша жоғары парафинді, не аз күкіртті мұнайдың аз парафинді не жоғары күкіртті мұнаймен араласуы орташа мөлшердегі парафин мен күкірт арқылы мұнай қоспасын алуға мүмкіндік береді. Мысалы бұған жоғары парафинді Мангышлак мұнайы жатады. Мұнда мұнай қыздырылған күйде Куйбышев қаласында айдалады. Онда жартысы өңделерінде, ал жартысы Поволжьядағы аз тұтқырлы күкірт ымен араласады және «Дружба» құбырөткізгіш жүйесіне жеткізіледі.

Көмірсутекті араластырғыштың механизмдік қозғалысын келесі түрде түсіндіруге болады. Біріншіден, араластырғышты парафинді мұнайға қосқанда қоспадағы парафин концентрациясы азаяды. Екіншіден асфальт-смола заты құралған аз тұтқырлы дың араластырғышы ретінде қолданылады. Соңғысы депресаторлар мұнайда парфинді клаткалы құрылымдар құруға кедергі жасайды және онымен қоймай қоспаның тиімді тұтқырлығы мен температуралық қатуын төмендетеді. Осыған қарап парафиннің ерігіштігі көп жағдайда араластырғыштық құрамына байланысты екенін көреміз. Және де қоспаның температурасы төмен болған сайын, араластырғышты қосқан кезде парафинді мұнайлардың реологиялық құрамы жақсара түседі.

Мұнай қоспасының реологиялық құрамына мұнайларды араластыру тәсілі де әсер береді. Төмендегі қоспа алу үшін мұнайдың араласуы тұтқырлы компоненті қату температурасынан 3⁰С-5⁰С жоғары болатын кезде болады. Қолайсыз жағдай кезінде араластырғышты тиімді қосуы көп мөлшерде төмендейді және де мұнайда қабаттану жүруі мүмкін.

Сумен мұнай ағындарын бірге айдау кезінде әртүрлі құрылым береді. Мысалы коаксиалды, эмульсионды, бөлікті және т.б.

(Коаксиалды құрылым) ішкі құбыр кеңітігінде су мұнайдың маңайында центрлес сақина жасаса, одан коаксиалды құрылым пайда болады. Тек мұнай суда жүзуіп жүрмеу үшін және де құбырдың жоғарғы қабырғаларында жабыспас үшін соңында кесік жасайды, өйткені ол ағынға айналмалы қозғалыс береді. Онымен қоймай су ауыр сұйық ретінде құбырдың қабырғасына лақтырылады.

Ұзындығы 40км және де диаметрі 200мм тәжірбиелі құбырөткізгіштеөткізу қабілеттілігі 12 есе өскен.

Сутранспортымен тасымалдау кезінде бір жоғарғы тұтқырлы мұнайды айдау салыстырғанда аз энергияның шығынымен сұйықтың шығыны өседі. Сумен мұнай соңғы орында ғана бөлінбейді. Ең белгілі түрлері тұндырғыш, қыздыру түрі және т.б.

Суда мұнай эмульсиясын құрау кезінде көп мөлшерде тұтқырлық жүйесінің төмендеуін көрсетеді. Мұндай жүйе су пленкасымен қапталған мұнай бөлігінен және жоғары бетінде тәжірибе жүзінде жүрмейтін мұнаймен түйісуден тұрады. Бұның қорытындысынан құбырдың барлық ішкі кеңістігенде мұнай сырғанайтын сулы сақина т.б.

Су мұнай эмульсиясының құбырөткізгішпен тасымалдау кейбір айдау жылдамдығынан, температурасынан және мұнай және су концентрацияларынан мұнайда су эмульсиясы құралады. Тұтқырлығынан үлкен болуы мүмкін.

Н/В түрлі эмульсияның тұтқырлығын жоғарылату және шартын құрауды жақсарту үшін су мұнай қоспасына әртүрлі беттік әрекеттік заттар қосады.

Суда ерітілген беттік әрекеттік заттар (БӘЗ) құбыр өткізгіштің қабырғасын гидрофилизирлайды, көп мөлшерде қабырғаға мұнайдың жабысқақтық күшін азайтады және құрау үшін Н/В түрлі жүйелер жасайды. Мұның барлығы айдау кезіндегі гидравликалық кедергілердің берден төмендеуінне әкеп соғады.

Мұнай мен БӘЗ-тың су ерітіндісін бірге айдау технологиясы инверсия фаз болдырмау үшін Н/В түрлі мықты жүйелі құбыр өткізгішті салуға жіберіледі, ендеше өту жүйесі түзуде керісінше (В/Н).

Н/В түрлі беріктік жүйесі недәуір мөлшерде БӘЗ-тің концентрациясы мен түріне, араластырудың жеделдету температурасы және фазалардың қатынастарына әсер етеді.

БӘЗ-дің су мұнай эмульсиясы жасау үшін қолданылатын келесі талаптарға жауап беру керек: жақсы эмульгировать (мұнайдың ішіндегі су түйіршіктерінің бетіне қабық жасау) улы емес болу, құбыр өткізгішке және резервуарға каррозия болдырмау.

БӘЗ-дің біреу саналған жоғары талаптарға жауапты, ол НП-1 сульфанол деп саналады.

Қоспадағы су концентрациясы жоғарылауы эмульсияның орнықтылығын жақсартады, бірақ берілген түрдегі су транспортының экономикалық көрсеткішін төмендетеді. Тәжірибелік зерттеулердің қорытындысынан жалпы тасымалданатын қоспаның көлемінде 30% минималды мөлшерде су болуы қажет.

Мұнайды станцияларда немесе бүкіл құбыр өткізгіш трасса бойында қыздыруға болады.

Біріншіден ең кең таралған ыстық құбырөткізгіш вариантынан 3 түрлі станция құбырөткізгіш орнатылады. Жылытқыш сорапты, мұнда қыздыруы ғана емес, өнімді айдау операциясы орындалады, жылытқыш (жо), мұнда тек қана қыздыру орындалады, сорапта тек қана өнімді айдау жүреді.

Өнімді қыздыру резервуарлардағы (БАС-ға) ирек түтікті жабдықтармен немесе секционды булы қыздырғыштармен, сол сияқты булы немесе отты (пеште) қыздырғыштермен (барлық станцияларда) өндіріледі.

Екінші варианта мұнай құбыр өткізгішінің қасына жылу тасығыш (ыстық су немесе бу) ысытқыш құбырөткізгіш спутник төселеді. Қыздырғыштың бұл вариантын электр энергиясы көмегімен орындауға болады.

Ыстық құбырөткізгіштердегі жылу жоғалтуды қысқарту құбырға жылу изоляцияланған жамылғыны қондырумен табысқа жетеді.

Қабатталған жағдайда парафин мұнайларда ериді. Жоғарғы бетке көтерген кезде және магистралды құбырөткізгішпен айдаған кезде мұнайдағы су температурасы төмендейді. Магистралды құбырөткізгіштің қабырғасын орныға отырып, белгілі жағдайда парафин құлаған кезде ерітінді қаныға түседі. Парафиннің шөгіндісі құбырдың көлденең қимасын төмендетеді және де оның өткізу қабілетін төмендетеді. Шөгінділерді зерттеулерінен олардың құрамында баяу балқитын парафиндер және церезина (50%-қа дейін), асфальт-смолалы зат (20%-ке дейін) механикалық қоспалар және майлар бар екенін көрсетеді. Шөгінділер магистралды құбырөткізгішінің бойында біркелкі емес орналасқан парафиннің басқа құлау температурасынан температурасына жоғары болғанда магистралды құбырөткізгіш бастапқы учаскесінде. Оның шөгіндісі шамалы. Ары қарай температура төмен болса, парафин қарқынды көріне бастайды және шөгіндісі елеуленеді. Одан кейін магистралды құбырөткізгішінің ұзындығыны бойындағы парафин шөгіндісінің қалыңдысы төмендейді, өйткені мұнай топырақ температурасына тең тұрақты температурада қозғалып жүреді, ал температура кезінде құлайтын негізгі парафиннің салмағы алдыңғы бөлімге шөгінделіп алды.

Бірақта ескере кететін жағдай, ауа-райына бұзылған кезде магистралды құбырөткізгішінің қоршаған топырақ температурасына әсері және де мұнайдың құрамына магистралды құбырөткізгіштегі парафиннің шөгіндісіне жазылған суретін таратуға маңызды түзету (толықтыру, өңдеу) ендіру мүмкін.

Магистралды құбырөткізгіштің – парафинденуін үйрену құбырының ішкі кеңістігінде парафин шөгінділерін құрау үшін керекті исартты айқындауына рұқсат береді:

- мұнайды көптеген мөлшерде парафиннің бар болуы температурасының белгілі мөлшерде төмендеуі кезінде, парафиннің құрамы қанығу концентрациясына жеткенде тұнбаға түсуден басталады;

- саластырмалы онша жоғары емес тұтқырлық мұнай ағынында парафин кристалдарын еркін қозғалтуға рұқсат беретін

- магистралды құбырөткізгішінде деңгейге дейін температураның төмендеуі кезінде ерітіндінің төмендеуінен парафин түседі. Магистралды құбырөткізгіштегі өткізу қабілетіне көмектесу үшін жақын жобалау орынынан парафинннің шөгіндісінен тазалау қажет.

Қазіргі кезде магистралды құбырөткізгіш ішкі бетін тазалаудың ең қолайлы түрі скребоктың көмегімен механикалық тазалау болып келеді. Көптеген металл скребоктараның конструкциясы ойлап табылған. Бөліктерін дискілер, пышақтар және сымды щетка құрайды. Құбыр қабырғаларындағы шөгінділерін тиімді тазалау жағынан беріктілігіне және өтімділігіне байланысты скребоктардың әртүрлі конструкциясы әртүрлі. Магистралды құбырөткізгіш үшін соңғы сапасы өте керекті, өйткені төмеме сақина, грата және ілмек арматураның тарылу түрі сияқты ішкі қуыста шамалы кедергісі бар.

Магистралды құбырөткізгішын тұрақты тазалау кезінде металл скребоктар 100км-ді шамадан тыс тозбай өтеді.

Ең жақсы өтімділік шарлы резина бөлетіндер. өйткені оларды магистралды құбырөткізгіштің парафин шөгіндісін тазалауға қолдануға болады. Магистралды құбырөткізгіште скребоктардың (8 шарлы бөлгіштер) әлсін-әлсін өткізу тиімділігін келесі үсініктерден анықталады.

Магистралды құбырөткізгішінің парафинденуі өткізу қабілетінің және сәйкес шығындарының төменденуін тудырады, және де скребоктарды өткізуі арасының арақашықтықтары үлкен болған сайын шығындар көп болады. Келесі жақтан скребоктарды өткізу арақашықтығы аз болса, немесе сол-сияқты скребоктардан өткізілу саны көп болса, скребоктардың шығыны көп болады. Магистралды құбырөткізгішін парафиндерге шығынның саны және скребоктарды өткізгендегі келтірілген шығын азғантай болғанда, скребокты өткізудің мезгілдік тиімділігі вариантқа сәйкес болады.

Құбырөткізгішті пайдаланған кезде тасымалданатын парафинді мұнайларға парафин шөгінділері құрылуын болдырмаудың профилактикалық шаралар қолданылуы керек. Ендігілерге жататындар:

-толтырылған резервуарлардан парафинді құбырөткізгішпен айдап шығару, ГОСТ1510-84 бойынша металл резервуарлары оқтын-оқты тазалауға ұшырауы керек

- белгіленген әрбір температураның түрлері және салқындатылуы үшін қыздырылған мұнайлармен қорытындыланған жылумен өңделген жоғары парафинді мұнайлар. Сондай-ақ үлкен күшті әсер үшін жылу өңделген мұнайға аз тұтқырлы мұнайды араластыруды ұсынады.

- механикалық араластыру және салқындатылған мұнайларды айдау, олар мақсатқа сәйкесірек, парафиндердің кристалдары адсорборланған смолалармен бірге бір-бірімен цементтелуі жоғалтады. Және құбырөткізгіштің қабырғасына жабысуы олардың мақсатына сәйкес, сондықтан мұнайлардың ағынымен алынып кетеді. Мұнай ағынының ішінде белгіленген бөлікте өлшенген жағдайда болса, онда критикалық айдану жылдамдығын үзбеу керек.

- парафинді мұнаймен төмен парафиндіні араластыру; бұл өзексуат парафинді мұнайларына малгобек мұнайын араластырып айдағанда практикадан өткізілген немесе мұндай мұнайды газолинмен араластырылады. Мұндайда ескеретін жағдай мұнайды айдағанда тұтқырлықты төмендету үшін қосылатын қосымшалар, жалпы құбырөткізгіш арқылы тасымалданатын мұнай шикізаты бөлігі аз болдырмау керек. Және де еске сақтайтын кейбір жағдай қосылатын араластырғыштар парафиннің көбінесе қарқынды түсуіне мүмкіндік туғызады;

- арнайы присадкаларды жоғарғы парафинді мұнайларға қосады. Ол мұнайды төмендетеді, ол дегеніміз құбырөткізгішінің қабырғаларындағы тұтқырлықпен парафиннің шөгуін төмендетеді.