ПУНКТ ПОДОГРЕВА НЕФТИ МАГИСТРАЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДА С РЕГУЛИРОВАНИЕМ ТЕМПЕРАТУРЫ НАГРЕВА В ТЕПЛООБМЕННИКАХ

Полезная модель относится к области трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов а, конкретно, к устройствам подогрева перекачиваемого продукта на магистральных трубопроводах.
При перекачке нефти на большие расстояния для увеличения пропускной способности трубопроводов осуществляют ее нагрев на пунктах подогрева нефти.
Из уровня техники известно устройство подогрева нефти магистрального трубопровода на пункте подогрева нефти [патент на полезную модель RU 130666 U1, опубл. 27.07.2013, МПК: F17D 1/18], содержащее пластинчатые теплообменники, трубопроводы подачи и отвода высокотемпературного теплоносителя - воды, нагретой до температуры плюс 100°С.
Для защиты пластинчатых теплообменников от превышения максимально допустимого перепада давления и, следовательно, от разрушения теплообменных кассет, дополнительно устанавливается на общей линии теплообменников клапан перепускной в нормальном положении «Закрыто», который позволяет автоматически удерживать перепад давления в допустимых пределах, путем перепуска нефти в общий коллектор, минуя теплообменники.
Недостатком реализуемого процесса является то, что при срабатывании перепускного клапана нарушается температурный режим перекачки нефти, так как часть перекачиваемого продукта проходит пункт подогрева нефти, минуя теплообменники, и общий поток нефти на выходе не достигает расчетной температуры плюс 40°С.
Нормальный технологический режим перекачки нефти восстанавливается только после отключения забитого парафинистыми отложениями и механическими примесями теплообменника, его пропарки передвижной паровой установкой и последующего монтажа.
Известен также пункт подогрева нефти [патент на полезную модель RU 128281 U1, опубл. 20.05.2013, МПК: F17D 1/14], который содержит параллельно подключенные к общим коллекторам холодной и подогретой нефти и линиям подвода и отвода теплоносителя три пластинчатых теплообменника. Входные и выходные участки составляющих пункта снабжены задвижками, причем пункт снабжен линией реверсивной работы, сообщающей начало коллектора холодной нефти с выходной линией.
Устройство позволяет повысить надежность работы пункта подогрева нефти за счет обеспечения защиты от превышения максимально допустимого перепада давления на входе и выходе из теплообменников и возможности периодической промывки теплообменников от механических примесей и парафинистых отложений. Для этого пункт подогрева нефти снабжен линией реверсивной работы, сообщающей начало коллектора холодной нефти с выходной линией. Обратный поток жидкости позволяет отмывать поверхности фильтров и теплообменников от механических примесей и парафинистых отложений. Однако полного их удаления достичь не удается, так как для этого нужно повышение температуры нагрева нефти в теплообменнике выше температуры плавления парафинов, т.е. выше плюс 50°С. Поэтому периодически приходится проводить мероприятия по очистке (пропарке) отключенного и демонтированного теплообменника, что снижает безотказность работы пункта подогрева нефти. Кроме того, выбор момента включения линии реверсивной работы осуществляется оператором вручную, что снижает своевременность очистки.
Общими признаками с предлагаемым техническим решением являются пластинчатые теплообменники, трубопроводы подачи и отвода высокотемпературного теплоносителя, наличие линии реверсивной работы.
Пункт подогрева нефти согласно патенту RU 128281 U1 наиболее близок к заявленному техническому решению и принят за прототип.
Задачей полезной модели является повышение безотказности работы теплообменников пункта подогрева нефти.
Технический результат полезной модели заключается в снижении осаждения парафинов и механических примесей на стенках теплообменников за счет автоматического поддержания температуры нагрева в теплообменниках плюс 60°С.
Задача решается, а технический результат достигается за счет того, что пункт подогрева нефти магистрального трубопровода с регулированием температуры нагрева в теплообменниках содержит параллельно подключенные к общим коллекторам холодной и подогретой нефти и трубопроводам подачи и отвода теплоносителя теплообменники; трубопроводную арматуру, установленную на входе и выходе общих коллекторов и каждого теплообменника, между магистральными входом и выходом; трубопроводную арматуру линии реверсной подачи, соединяющей общий коллектор холодной нефти с магистральным выходом; регулятор расхода, подключенный к общим коллекторам холодной и подогретой нефти параллельно теплообменникам; датчики температуры, установленные на выходе каждого теплообменника и на выходе общего коллектора подогретой нефти, причем выходы датчиков температуры соединены с регулятором расхода с возможностью управления положением регулирующей заслонки.
Кроме того полезная модель характеризуется следующими особенностями:
- в качестве теплообменника используется сварной кожухопластинчатый теплообменник VAHTERUS;
- в качестве теплоносителя используется вода от внешнего источника, например, водогрейного котла, нагретая до температуры плюс 80-110°С;
- в качестве трубопроводной арматуры используются электроприводные задвижки, например шиберные;
- в качестве регулятора расхода используется электроприводная регулирующая заслонка, например, запорно-регулирующий дисковый затвор с электрическим приводом типа LTR-43;
- датчики температуры, установленные на выходе каждого пластинчатого теплообменника, выполнены с возможностью передачи управляющего сигнала на регулятор расхода для открытия регулирующей заслонки при достижении значения температуры плюс 60°С;
- датчик температуры, установленный на выходе общего коллектора подогретой нефти, выполнен с возможностью передачи управляющего сигнала на регулятор расхода для закрытия регулирующей заслонки при достижении значения температуры плюс 40°С.
Полезная модель поясняется чертежом (фиг), на котором представлена схема пункта подогрева нефти магистрального трубопровода с регулированием температуры нагрева в теплообменниках, где обозначены:
1, 5 - трубопроводная арматура (электроприводные задвижки в рабочем положении «Закрыто»);
2, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 10, 11 - трубопроводная арматура (электроприводные задвижки в рабочем положении «Открыто»);
12 - регулятор расхода;
13, 14, 15, 16 - датчик температуры;
17, 18, 19 - теплообменник;
20 - общий коллектор холодной нефти;
21 - общий коллектор подогретой нефти;
22 - магистральный вход;
23 - магистральный выход.
Пункт подогрева нефти магистрального трубопровода с регулированием температуры нагрева в теплообменниках обеспечивает подогрев всей входящей от фильтров-грязеуловителей (на фиг. не показаны) нефти от минимальной температуры плюс 15°С на магистральном входе 22 до расчетной температуры плюс 40°С на магистральном выходе 23.
Подача нефти в теплообменники 17, 18, 19 ведется параллельными потоками от общего коллектора холодной нефти 20, после нагрева нефть поступает в общий коллектор подогретой нефти 21, а затем на магистральную насосную (на фиг. не показана) через магистральный выход 23.
На входе и выходе общих коллекторов и каждого теплообменника, а также между магистральными входом и выходом установлена трубопроводная арматура, в качестве которой используются электроприводные задвижки, например шиберные.
В качестве теплоносителя используется вода от внешнего источника, нагретая до температуры плюс 80-110°С, например, от водогрейного котла и подаваемая в теплообменники 17, 18, 19 через трубопроводы подачи и отвода (на фиг. не показаны).
Теплообменниками служат сварные кожухопластинчатые теплообменники VAHTERUS (Финляндия).
Основными проблемами при эксплуатации данных теплообменников являются быстрое загрязнение парафинами пространства между пластинами теплообменной кассеты и отсутствие возможности разборки теплообменника для механической очистки. Для периодической промывки теплообменников используется линия реверсивной работы, сообщающая начало общего коллектора холодной нефти 20 с магистральным выходом 23 путем открытия трубопроводной арматуры 1, 3, 5 и закрытия трубопроводной арматуры 2, 4 и регулирующей заслонки регулятора расхода 12.
Обратный поток жидкости, имеющий температуру плюс 40°С позволяет частично отмывать механическим путем поверхности фильтров и теплообменников от примесей и парафинистых отложений. Однако полного их удаления достичь не удается, так как для этого нужно повышение температуры нагрева нефти в теплообменнике.
Наиболее оптимальным технологическим вариантом является повышение температуры нагрева нефти в теплообменнике выше температуры плавления парафинов, т.е. плюс 50°С. Поднятие температуры нагрева нефти с плюс 40°С до плюс 60°С позволяет снизить осаждение парафинов и механических примесей вплоть до их полного удаления на стенках теплообменных кассет, что предотвращает увеличение перепада давления на теплообменнике в период эксплуатации и выход их из строя.
Увеличение температуры нагрева нефти с плюс 40°С до плюс 60°С обеспечивает регулятор расхода 12, подключенный к общим коллекторам 20, 21 холодной и подогретой нефти параллельно теплообменникам 17, 18, 19. Регулятор расхода 12 снижает объем холодной нефти, проходящей через теплообменники, что обеспечивает ее нагрев до плюс 60°С при неизменных параметрах теплоносителя.
В качестве регулятора расхода используется электроприводная регулирующая заслонка, например, запорно-регулирующий дисковый затвор с электрическим приводом типа LTR-43 фирмы SAMSON с диаметром заслонки 400 мм.
Величина температуры нефти на выходе общего коллектора подогретой нефти 21, равная плюс 40°С, обеспечивается смешением нефти, нагретой в теплообменниках до 60°С, и холодной нефти, проходящей по общему коллектору холодной нефти 20 через регулирующую заслонку регулятора расхода 12.
Повышение температуры после пункта подогрева нефти выше плюс 40°С недопустимо по технологическим причинам, так как эксплуатация изоляции магистрального нефтепровода допускается с температурой не выше плюс 40°С.
Для регулирования температурного режима применены датчики температуры 13, 14, 15, установленные на выходе каждого из теплообменников 17, 18, 19 и датчик температуры 16, установленный на выходе общего коллектора подогретой нефти 21.
Выходы датчиков температуры 13, 14, 15, 16 соединены с регулятором расхода 12 для подачи управляющих сигналов на регулирующую заслонку.
Датчики температуры, установленные на выходе каждого пластинчатого теплообменника, выполнены с возможностью передачи управляющего сигнала на регулятор расхода для открытия регулирующей заслонки при достижении значения температуры плюс 60°С, а датчик температуры, установленный на выходе общего коллектора подогретой нефти, выполнен с возможностью передачи управляющего сигнала на регулятор расхода для закрытия регулирующей заслонки при достижении значения температуры плюс 40°С.
Заявленное устройство работает следующим образом.
Нефть по трубопроводу от фильтров - грязеуловителей через магистральный вход 22 направляется на пункт подогрева нефти через трубопроводную арматуру 2 общего коллектора холодной нефти 20 и трубопроводную арматуру 6, 8, 10 в теплообменники 17, 18, 19, где осуществляется ее нагрев.
Датчики температуры 13, 14, 15 и 16 передают данные на пульт оператору и формируют управляющий сигнал на исполнительный механизм управления регулирующей заслонки регулятора расхода 12.
Датчики температуры 13, 14, 15, настроенные на температуру плюс 60°С дают команду на открытие регулирующей заслонки регулятора расхода 12, через который часть нефти за счет меньшего сопротивления пойдет мимо теплообменников 17, 18, 19. Меньшее количество нефти, протекающее через теплообменники, нагревается до температуры плюс 60°С при тех же параметрах теплоносителя.
После теплообменников нагретая нефть смешивается с холодной нефтью в общем коллекторе подогретой нефти 21 и принимает температуру плюс 40°С.
Датчик температуры 16, настроенный на температуру плюс 40°С, являясь обратной связью, дает команду на прикрытие регулирующей заслонки регулятора расхода 12 при повышении температуры нефти выше плюс 40°С. В результате нефть, нагретая до оптимальной температуры плюс 40°С через трубопроводную арматуру 3 подается через магистральный выход 23 в магистральную насосную станцию.
Теплообменники 17, 18, 19, на выходе которых поддерживается температура плюс 60°С, остаются «чистыми», так как отсутствуют условия для осаждения парафинов и механических примесей.
В результате практической реализации полезной модели достигнуто повышение безотказности работы теплообменников пункта подогрева нефти, обусловленное снижением осаждения парафинов и механических примесей на стенках теплообменников за счет автоматического поддержания температуры нагрева в теплообменниках плюс 60°С.