УСТРОЙСТВО УДАЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫХ ПРОБОК ИЗ МАГИСТРАЛЬНОГО НЕФТЕПРОДУКТОПРОВОДА
DEVICE FOR EXPULSION OF AIR BLOCKS FROM OIL PRODUCT MAIN

Изобретение относится к магистральным нефтепроводам и нефтепродуктопроводам, в частности к резервуарам, оснащенным плавающими крышами или понтонами, и может быть использовано при проектировании, строительстве и эксплуатации.
В процессе эксплуатации на магистральном трубопроводе образуются воздушные пробки, например при устранении разрывов, замене участков или запорной арматуры, при длительной стоянке нефтепродуктопровода в результате выделения и скопления растворенного газа в верхних точках трассы. Воздушные пробки негативно влияют на надежность объектов нефтепродуктопровода и могут привести к их повреждению, например к всплытию подводных переходов или участков, проложенных в болотистой местности, к кавитации магистральных насосов, особенно негативно динамическое воздействие удар снизу под понтон или плавающую крышу резервуаров, что приводит к их повреждению и затоплению.
Руководящим документом «Нормы технологического проектирования магистральных нефтепроводов» РД 153-39.4-113-01 п.7.2.12 отражено требование: «…схемы технологических трубопроводов резервуарных парков должны предусматривать проектные решения, исключающие попадание газовоздушных пробок из подводящих трубопроводов в резервуары, оснащенные плавающими крышами или понтонами».
Известно техническое решение - установка в местах образования воздушных пробок, например в местах замены дефектного участка или в верхних точках трассы магистрального трубопровода, вентиля, и с возобновлением перекачки и заполнением трубопровода нефтепродуктом открывается вентиль и воздух сбрасывается.
Недостаток - неполное удаление воздушных пробок, так как профиль трассы имеет пилообразную форму, затруднено отслеживание и синхронное открытие-закрытие вентиля с подходом начала и конца движущейся воздушной пробки.
Известно техническое решение - при подходе воздушных пробок к резервуарному парку перевод потока нефти или нефтепродукта с резервуаров, оснащенных плавающими крышами или понтонами, в резервуары без понтонов.
Недостаток - увеличение потерь от испарений нефтепродуктов с резервуаров, не оснащенных понтонами или плавающими крышами, увеличение расхода электроэнергии при обратной закачке нефтепродукта с резервуара, не оснащенного понтоном, в резервуар с плавающей крышей или понтоном, затруднен контроль прохождения начала и конца воздушной пробки для определения времени переключений по переводу потоков с резервуаров одного типа в резервуары другого типа.
Известны технические решения по снижению динамического воздействия воздушных пробок, попадающих в резервуар под плавающую крышу или под понтон, путем разделения и рассредоточения воздушного пузыря, например с использованием удлиненной перфорированной трубы на приемном патрубке резервуара (система равномерной подачи СРП ОКП 368912 ОАО «Нефтемаш-Сапкон» г.Саратов). Недостаток - динамическое воздействие остается, мощность воздействия зависит от производительности закачки в резервуар и объема воздушной пробки.
Технической задачей является повышение надежности магистрального нефтепродуктопровода и эффективное отделение и удаление воздушных пробок из магистрального трубопровода.
Поставленная задача достигается тем, что устройство удаления воздушных пробок из магистрального нефтепродуктопровода включает сбросной вентиль и емкость, причем выполненный в виде герметичного вертикального цилиндра отделитель, последовательно подключенный к магистральному нефтепродуктопроводу, в нижней части имеет входной патрубок с косым срезом, направляющий поток нефтепродукта по касательной к стенке цилиндра, и выходной патрубок с горизонтальным козырьком диаметром, меньшим, чем диаметр цилиндра, находящимся ниже входного патрубка, а с отделителем по верху и низу соединена трубопроводами аккумулирующая емкость, выполненная в виде герметичного горизонтально наклоненного трубопровода, в верхней части которой установлен сбросной вентиль (клапан), срабатывающий от датчиков предельного уровня при заполнении отделителя с емкостью воздухом и нефтепродуктом.
На фиг.1 в плане изображено устройство удаления воздушных пробок, включающее отделитель - 1 в разрезе по 1-1 фиг.2, аккумулирующую емкость - 7 со сбросным клапаном - 9 и датчиками предельного уровня 10 и 11, на магистральном трубопроводе - 13 условно показана воздушная пробка - 14. Конец входного патрубка - 3 имеет косой срез - 12.
На фиг.2 - устройство в разрезе в состоянии, когда принятая воздушная пробка разместилась в полости отделителя и аккумулирующей емкости и «чистый» нефтепродукт выходит из отделителя. Полости отделителя и аккумулирующей емкости сообщаются по верху и низу соединительными трубопроводами - 6 и 8, верхний патрубок отделителя - 2.
На фиг.3 - вид устройства сбоку.
На фиг.4 - вид по стрелке А фиг.2 - схематично изображен выходной патрубок с козырьком - 5, козырек расположен ниже входного патрубка - 4 и имеет диаметр, несколько меньший, чем диаметр отделителя, площадь сечения кольца зазора между козырьком и стенкой отделителя не менее площади сечения входного патрубка или магистрального трубопровода - 13.
Устройство удаления воздушных пробок работает следующим образом. В исходном положении отделитель и аккумулирующая емкость полностью заполнены нефтепродуктом. Нефтепродукт по магистральному трубопроводу - 13 поступает через входной патрубок - 3 в отделитель касательно к стенке, в отделителе создается вращательное движение, далее нефтепродукт двумя параллельными потоками через верхний патрубок - 2 в аккумулирующую емкость - 7, соединительные трубопроводы 6 и 8 и через зазор между стенкой цилиндра отделителя и козырьком поступает в нижнюю часть отделителя и далее через выходной патрубок - 4 уходит в магистральный трубопровод - 13.
С приходом воздушной пробки - 14 в отделитель, воздушный пузырь, попадая во вращающийся поток, по центру, поднимается вверх, заполняя верхнее пространство отделителя и через верхний патрубок - 2 по соединительному трубопроводу - 6 в верхнее пространство аккумулирующей емкости, вытесняя по соединительному трубопроводу - 8 нефтепродукт вниз под козырек отделителя, далее нефтепродукт по выходному патрубку уходит в магистральный трубопровод.
Косой срез на конце входного патрубка, создающий вращательное движение нефтепродукта, способствует подъему воздушного пузыря по центру отделителя над козырьком, а часть нефтепродукта по периферии сходит вниз под козырек и, соединяясь с вытесненным нефтепродуктом из аккумулирующей емкости, по соединительному трубопроводу - 8 уходит в выходной патрубок - 4. После полного захода воздушной пробки в отделитель и аккумулирующую емкость подпираемый нефтепродукт не наносит прямого лобового удара, а по касательной ударяется в стенку отделителя, чем заметно снижается уровень вибрации и шума работы установки.
Образовавшаяся в голове и хвосте пробки воздушно-нефтяная эмульсия, попадая во вращающуюся массу жидкости отделителя, разделяется
- жидкость (нефтепродукт) отбрасывается на периферию и по кольцевой щели между козырьком и цилиндром поступает вниз и далее в выходной патрубок, а воздушные пузыри устремляются в центр и вверх, вытесняя по соединительным трубам нефтепродукт из аккумулирующей емкости в полость под козырек отделителя, чем обеспечивается эффективное отделение из эмульсии воздушной составляющей и исключение ее попадания в магистральный трубопровод и далее в резервуар или другие объекты магистрального нефтепродуктопровода.
При многометровых пробках и значительном объеме воздушных пробок объемом, превышающим суммарный объем аккумулирующей емкости и отделителя, после полного заполнения воздушными пробками объема аккумулирующей емкости и отделителя, срабатывает датчик нижнего предельного уровня - 10 и открывается сбросной клапан - 9, воздух сбрасывается в атмосферу, а отделитель и аккумулирующая емкость снизу заполняются нефтепродуктом. С их заполнением срабатывает верхний датчик предельного уровня - 11 и сбросной клапан закрывается. Устройство готово к приему следующей партии воздушных пробок.
Пример. На магистральном нефтепроводе диаметром 500 мм в результате разрыва трубы вытекла нефть, сток составил 1000 метров, т.е. труба завоздушилась, объем воздушной пробки составил
2
(π × 0,5/4)×1000=196 норм. куб.м.
2
С возобновлением перекачки через вантуз в месте разрыва удалось сбросить 90% объема пробки, однако 10% осталось, и она двинулась по трубопроводу. Данный объем 19,6 норм. куб.м. необходимо до подхода в резервуары отделить и извлечь. Перед резервуарным парком установлено предлагаемое устройство удаления воздушных пробок, давление в магистральном трубопроводе 2 кг/см. Устройство имеет отделитель диаметром 1000 мм, высотой 3 м и аккумулирующую емкость из горизонтально наклоненной трубы диаметром 1000 мм, длиной 15 метров со сбросным клапаном и датчиками предельного уровня. Суммарная емкость устройства около
2
(π × 1,0/4)×(15+3)=14,0 куб.м.
Считая процесс сжатия воздушной пробки изотермическим, объем воздушной пробки при входе в устройство при давлении 2 атм составит примерно 19,6 норм. куб.м.: 2=9,8 куб.м., т.е. вся воздушная пробка размещается в устройстве без открытия сбросного клапана. При объеме пробки более 14,0 куб.м. (28,0 норм. куб.м.) сработает датчик минимального уровня и сбросной клапан откроется, после полного вытеснения воздуха в атмосферу сработает датчик максимального предельного уровня - клапан закроется. Устройство примет исходное положение.
Использование предлагаемого устройства позволяет отделять и удалять образующиеся в процессе эксплуатации магистральных нефтепродуктопроводов воздушные пробки, исключать их негативное воздействие на объекты магистрального нефтепродуктопровода, например на резервуары, оснащенные плавающими крышами или понтонами, и повышать надежность работы магистрального нефтепродуктопровода.