Разработка методики гидравлического расчета устройства размыва и предотвращения образования нефтяных донных осадков в вертикальных стальных резервуарах

УДК 622.692.2.07:532.5

В.О. Некрасов, ассистент кафедры «Транспорт углеводородных ресурсов», Тюменский государственный нефтегазовый университет (ТюмГНУ); С.М. Дудин, ассистент кафедры «Транспорт углеводородных ресурсов», ТюмГНУ; Ю.Д. Земенков, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Транспорт углеводородных ресурсов», ТюмГНУ; Р.Е. Левитин, к.т.н., доцент кафедры «Транспорт углеводородных ресурсов» ТюмГНУ

разработка методики гидравлического расчета устройства размыва и предотвращения образования нефтяных донных осадков в вертикальных стальных резервуарах

в статье говорится об эксплуатации резервуарных парков как о сложном комплексе технологических операций, включающих предотвращение накоплений и размыв донных отложений в вертикальных стальных резервуарах. подчеркиваются недостатки у известных и наиболее распространенных устройств, сохраняющих полезный объем резервуара на заданном уровне, а также кратко перечисляются преимущества разработанной системы воронкообразного размыва донных отложений. производится описание разработанной методики гидравлического расчета запатентованного устройства, которая базируется на соблюдении условий электростатической безопасности при заполнении резервуара, а также допустимых циклических воздействий на его стенки в процессе эксплуатации в совокупности с обеспечением максимальной эффективности размыва (предотвращения образования) нефтяных донных осадков.

ключевые слова: эксплуатация резервуаров, вертикальные стальные резервуары, очистка и предотвращение образования донных осадков.

Тюменская область добывает более 80% нефти от общего объема добычи в РФ. На ее территории сосредоточено 2,5 млн м3 резервуарных емкостей, 95% которых представлены вертикальными стальными резервуарами. Эксплуатация этих резервуаров - сложный комплекс технологических операций, представляющий собой совокупный ряд таких последовательных процессов, как прием, хранение и сдача нефти или нефтепродуктов, испытание и прием резервуаров в эксплуатацию, техническое обслуживание и ремонт. Техническое обслуживание резервуаров включает в себя ряд таких мероприятий, как определение вместимости и базовой высоты резервуаров, обслуживание средств измерения уровня отбора проб нефти, кон-

троль за осадкой основания резервуаров, обслуживание производственной канализации, содержание территории и т.д. Но одной из важнейших операций, непосредственно влияющих на эксплуатационные свойства резервуаров, таких как рабочий объем, является предотвращение накоплений и размыв донных отложений в вертикальных стальных резервуарах [1].

Для размыва донных отложений в резервуарах наибольшее практическое применение получили устройства для размыва «Диоген-500/700» и «Тайфун». Это своего рода электромеханические мешалки различного конструктивного исполнения. Также известны раз-мывочные головки ^и № 59449 и1, МПК В05В1/06, опублик. 27.12.2006; № 39286, МПК В05В1/06, 2004; № 48485, МПК В05В1/06, 2005). Но все вышеперечисленные устройства имеют ряд существенных недостатков. С целью повышения эффективности, надежности и снижения энергоемкости размыва и предотвращения нефтяных донных отложений в вертикальных стальных резервуарах авторами было разработано устройство, описанное в [2].

ТРАНСПОРТ, ХРАНЕНИЕ И ПЕРЕРАБОТКА НЕФТИ И ГАЗА

Таблица. Максимально допустимая скорость истечения нефти в резервуары для обеспечения электростатической безопасности

Диаметр приемо-раздаточного патрубка, мм Максимально допустимая скорость, м/с

200 10,9

300 10,3

500 9,4

600 9,1

700 8,8

В результате внедрения изобретения размыв и предотвращение образования донных отложений в нефтяных резервуарах производится без вывода их из эксплуатации. При этом функционирование устройства обеспечивает высокую эффективность размыва донных отложений вне зависимости от объема резервуара, его геометрических размеров и типа хранимого продукта. За счет того что размыв и предотвращение донных отложений производится самим закачиваемым продуктом без привлечения дополнительных технических устройств, потребляющих электроэнергию, снижается общая энергоемкость размыва донных отложений.

Для количественной оценки эффективности работы описанной системы создана методика гидравлического расчета.

Разработка методики гидравлического расчета устройства размыва и предотвращения образования донных осадков базируется на соблюдении условий электростатической безопасности при заполнении резервуара, а также допустимых циклических воздействий на его стенки в процессе эксплуатации в совокупности с обеспечением максимальной эффективности размыва (предотвращения образования) нефтяных донных осадков.

[V <V

nam эл.доп

°СТ<ОД0П

/(к эфНтах

При этом наибольшая эффективность размыва донных осадков характеризуется максимальной скоростью вращательного движения нефти в резервуаре

при работе устройства, а также временем и периодичностью его работы.

/(^эф)->ГТ,аХ

/од-тах

/(Т,п)—шах

При внедрении разработанного устройства в резервуары РВС, эксплуатируемые в условиях Крайнего Севера, целесообразно говорить не о максимальном времени работы системы, а об оптимальном количестве циклов производимых очистных операций ^опт). Оптимальное количество циклов производимых очистных операций зависит от многих параметров, основными из которых являются реологические свойства хранимой нефти, температура и эксплуатационные характеристики резервуаров. Определение оптимального количества циклов очистки устройством для повышения эксплуатационных свойств вертикальных стальных резервуаров также входило в задачу гидравлического расчета данного устройства. Согласно РД 153-39.4-078-01 «Правила технической эксплуатации резервуаров магистральных нефтепроводов и нефтебаз», максимально допустимая скорость истечения нефти в резервуары для обеспечения электростатической безопасности обусловлена диаметром приемо-раздаточного патрубка (табл.) [3].

Для резервуаров РВС номинальным объемом 10-50 тыс. м3 используются приемо-раздаточные патрубки условным диаметром 700 мм, которым соответствует максимально допустимая скорость истечения нефти в резервуар 8,8 м/с.

В результате расчета скорости выхода затопленной струи из каждого патрубка разработанной гидравлической системы установлено выполнение условий электростатической безопасности при заполнении резервуара, допустимых циклических воздействий на его стенки, а также эффективности размыва донных осадков (рис.). [4]

выводы

1. Разработка данной конструкции системы воронкообразования свидетельствует о перспективности гидрав-

Рис. Графическое представление физико-математических моделей эффективности размыва донных отложений в нефтяных резервуарах

78

№ 11 ноябрь 2014 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ

лического метода размыва и предотвращения образования донных отложений для повышения эксплуатационных свойств вертикальных стальных резервуаров вследствие повышения эффективности, надежности и снижения энергоемкости операций для поддержания на проектном уровне рабочих объемов резервуаров. 2. Внедрение разработанной системы предполагает изменение режимов эксплуатации резервуаров типа РВС, следовательно, представляется возможным дополнение и уточнение существующей в настоящее время методики определения величины донных парафинистых отложений в нефтяных резервуарах, благодаря чему возможно повышение точности теоретического определения высоты отложений, а также увеличение точности локализации мест наиболее

интенсивного образования донных отложений в резервуарах. 3. Разработана методика гидравлического расчета сложной гомогенной системы создания воронкообразного перемешивания нефти с многофазной и многоком-

понентной средой, а также рассчитаны элементы предлагаемой системы воронкообразного перемешивания с соблюдением условий обеспечения электростатической безопасности сливо-наливных операций в резервуарах РВС.

I

I

Литература:

1. Некрасов В.О., Земенков Ю.Д. Перспективные методы повышения эксплуатационных свойств нефтяных резервуаров // Трубопроводный транспорт [теория и практика]. - М.: ВНИИСТ, 2012. - № 6. - С. 24-26.

2. Пат. 2500486 RU, МПК B05C7/04, B65D88/74. Устройство для повышения эксплуатационных свойств вертикальных стальных резервуаров / В.О. Некрасов, Р.Е. Левитин, И.В. Тырылгин, Ю.Д. Земенков (RU). - № 2012125478/05, заявлено 10.12.2013.

3. Транспорт и хранение нефти и газа в примерах и задачах: Учебное пособие / Под общ. ред. Ю.Д. Земенкова. - СПб.: Недра, 2004. - 544 с.

4. Дудин С.М., Некрасов В.О., Земенков Ю.Д. Физико-математическое моделирование технологических режимов транспорта и хранения углеводородных сред в трубопроводных системах // Нефть и газ: отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического журнала). - М.: Горная книга, 2013. - № ОВ3. - С. 53-62.

UDC 622.692.2.07:532.5

V.O. Nekrasov, Assistant of Hydrocarbon Resources Transportation Department, Tyumen State Oil and Gas University (TyumSOU); S.M. Dudin, Assistant of Hydrocarbon Resources Transportation Department, TyumSOU; Yu.D. Zemenkov, Doctor of Science (Engineering), Head of Hydrocarbon Resources Transportation Department, TyumSOU; R.Ye. Levitin, Doctor of Science (Engineering), Assistant Professor of Hydrocarbon Resources Transportation Department, TyumSOU

Development of the methods for hydraulic calculation of the jetting device preventing oil bottom deposits formation in vertical steel tanks

The article describes operation of tanks fleet as a complex set of process operations including prevention of accumulations and jetting of bottom deposits in vertical steel tanks. The deficiencies of the well-known and the most common devices preserving the tank net volume at a preset level are highlighted, and the advantages of the developed system for funnel jetting of bottom deposits are summarized. The developed methods for hydraulic calculation of the patented device are described that are based on compliance with the electrostatic safety conditions when filling the tank, as well as with the permissible cyclic impacts on its walls during operation together with assurance of maximum efficiency during jetting (formation prevention) of oil bottom deposits. Keywords: tanks operation, vertical steel tanks, cleaning and prevention of bottom deposits formation.

References:

1. Nekrasov V.O., Zemenkov Yu.D. Perspektivnye metody povysheniya ekspluatatsionnykh svoistv neftyanykh rezervuarov (Prospective methods for enhancing the operational properties of oil tanks) // Pipeline transport [theory and practice]. - Moscow: VNIIST, 2012. - No. 6. - P. 24-26.

2. Patent 2500486 RU, International Patent Classification B05C7/04, B65D88/74. Ustroistvo dlya povysheniya ekspluatatsionnykh svoistv vertikal'nykh stal'nykh rezervuarov (Device for enhancing the operational properties of vertical steel tanks) / V.O. Nekrasov, R.Ye. Levitin, I.V. Tyrylgin, Yu.D. Zemenkov (RU). - No. 2012125478/05, applied on 10.12.2013.

3. Transport i khranenie nefti i gaza v primerakh i zadachakh (Oil and gas transportation and storage in problems and examples): Textbook / Under general editorship of Yu.D. Zemenkov. - SPb.: Nedra, 2004 - 544 p.

4. Dudin S.M., Nekrasov V.O., Zemenkov Yu.D. Fiziko-matematicheskoe modelirovanie tekhnologicheskikh rezhimov transporta i khraneniya uglevodorodnykh sred v truboprovodnykh sistemakh (Physical and mathematical simulation of the process modes of hydrocarbon media transportation and storage in pipeline systems) // Oil and Gas: fascicle of the Mining Information and Analytical Bulletin (research and scientific journal). - Moscow: Gornaya kniga, 2013. - No. 0B3. - P. 53-62.