Способ определения объема смеси последовательно перекачиваемых по трубопроводам жидкостей, имеющих различные качественные характеристики
METHOD OF DETERMINING VOLUME OF A MIXTURE OF FLUIDS IN SERIES PUMPED THROUGH PIPELINES, HAVING DIFFERENT QUALITY CHARACTERISTICS

Изобретение относится к трубопроводному транспорту, а именно к способам перекачки жидкостей различного качества по одному трубопроводу с сохранением качества.
При последовательной перекачке жидкостей в зоне контакта последовательно движущихся партий образуется смесь перекачиваемых жидкостей, представляющая собой нетоварный продукт, поэтому необходимы мероприятия по точному определению объема смеси.
Известны способы последовательной перекачки нефтепродуктов с механическими разделителями, выполняющими роль подвижных перегородок между разносортными нефтепродуктами [Ишмухаметов И.Т., Исаев С.Л., Лурье М.В., Макаров С.П. 50 вопросов о последовательной перекачке нефтепродуктов. М.: Нефть и газ, 1997].
Указанные способы характеризуются большой трудоемкостью при их осуществлении.
Известен способ последовательной перекачки нефтепродуктов с размещением в зоне их контакта твердых частиц или газовых пузырьков [SU №272737, F17D 1/14, 1968 г.; SU №1603133, F17D 1/16, 1988 г.].
Однако такой способ технологически трудноосуществим и не получил реализации в практике.
Известны способы последовательной перекачки нефтепродуктов с жидкостными разделительными (буферными) пробками. Такие пробки помещаются между перекачиваемыми нефтепродуктами и, двигаясь вместе с ними, предотвращают попадание одного нефтепродукта в другой. Прежде всего, это перекачка нефтепродуктов с разделительной пробкой из смеси контактирующих нефтепродуктов, а также из третьего нефтепродукта, более совместимого по своим свойствам с каждым из нефтепродуктов, чем они сами между собой [Лурье М.В., Марон В.И, Шварц М.Э. Параметры последовательной перекачки с буферным нефтепродуктом. "Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов" №4, М.: ВНИИОЭНГ, 1973].
Однако этот способ имеет ограничение в применении и используется лишь в случаях, когда имеется достаточный объем смеси нефтепродуктов, образовавшейся на предыдущих участках трубопроводной системы.
Известен также способ последовательной перекачки нефтепродуктов с буферной пробкой, состоящей из продукта перегонки одного из двух перекачиваемых последовательно нефтепродуктов в интервале температур выкипания углеводородов, общих для обоих перекачиваемых нефтепродуктов [Патент RU №2156915, F17D 1/14, 2000].
Однако этот способ требует существенных затрат на изготовление дистиллятных пробок и может применяться только в исключительных случаях, как, например, для последовательной перекачки авиационных керосинов.
Известны также способы последовательной перекачки жидкостей [SU 272737 A, F17D 1/14, 1970 г.; SU 1464010 A1, F17D 3/08, 1989 г.], основанные на разделении перекачиваемых жидкостей введением твердых частиц или установкой разделителей в виде диэлектрических дисков.
Однако такие способы технологически трудноосуществимы и не получили реализации в практике.
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является, раскрытый в документе RU 2277201 С2, F17D 3/03, 27.05.2006, способ перекачки нефти различного качества путем подачи в трубопровод основного потока нефти одного качества и перекачки его прямым контактированием с партией нефти другого качества. При этом осуществляют измерения параметра нефти, характеризующего ее качество, для отслеживания партии нефти и отбора нефти из трубопровода в пункте ее приема и по окончании отбора, дальнейшего прохождения основного потока нефти по трубопроводу. При отборе нефти в пункте приема, отбор нефти из зон в начале и конце партии, содержащих смесь нефти основного потока сернистой нефти и нефти партии с промежуточным содержанием серы, осуществляют отдельно от нефти в средней зоне партии нефти другого качества с другим содержанием серы.
Объем смеси, образующейся в процессе движения партии малосернистой нефти в потоке с сернистой, рассчитывают по формуле Съенитцера:
1
2
где Re и Re - числа Рейнольдса, соответственно для малосернистой и сернистой нефти;
D - диаметр трубопровода;
L - длина трубопровода;
тp
V - объем трубопровода.
Этот способ имеет ограничение в применении и используется лишь в случаях, когда перекачиваемые жидкости различаются лишь содержанием серы и имеют различную плотность. Формула для определения объема смеси в данном случае очень сложная для расчета, что увеличивает трудоемкость данного способа.
Технический результат изобретения заключается в обеспечении сохранения качества жидкостей с различными качественными характеристиками при их последовательной перекачке за счет повышения уровня точности определения границ зоны их смеси.
1
2
Технический результат достигается тем, что в способе определения объема смеси последовательно перекачиваемых по трубопроводам жидкостей, имеющих различные качественные характеристики, осуществляют последовательную перекачку вытесняемой и вытесняющей жидкостей, выбор качественных характеристик и их значений, индивидуально характеризующих, вытесняемую и вытесняющую жидкости и определение объема смеси, при этом осуществляют определение границ зоны смеси последовательно перекачиваемых жидкостей путем фиксации времени изменения качественных характеристик перекачиваемых жидкостей определяемого по репрезентативным пробам, отбираемым последовательно с временным интервалом с разных слоев перекачиваемых жидкостей, при этом фиксируют время начала изменения выбранного значения качественной характеристики для вытесняемой жидкости и/или начало фиксирования качественных характеристик, характерных только для вытесняющей жидкости - точка t, затем фиксируют время стабилизации значений качественных характеристик, характерных для вытесняющей жидкости, и/или прекращение фиксирования качественных характеристик, характерных только для вытесняемой жидкости - точка t, а определение объема смеси осуществляют по формуле:
2
V=π (D/2)*L,
3
где V - объем смеси последовательно перекачиваемых по трубопроводам жидкостей, м;
π=3,14;
D - внутренний диаметр трубопровода в точке отбора проб, м;
L - длина смесевой зоны, м,
при этом L=υ*Δt,
где υ - скорость движения потока жидкости, м/с;
1
2
Δt - дельта времени, с, между зафиксированными точками t и t
2
1
Δt=t - t.
При этом качественными характеристиками могут являться состав жидкости, в том числе углеводородный, элементный и показатели качества, характеризующие физико-химические свойства жидкости.
1
2
Точку t определяют при фиксировании времени первого изменения значений качественных характеристик, характерных для вытесняемой жидкости, и/или начало фиксирования качественных характеристик, характерных только для вытесняющей жидкости, подтвержденное не менее двух раз, а точку t определяют при фиксировании времени стабилизации значений качественных характеристик, характерных для вытесняющей жидкости, и/или прекращение фиксирования качественных характеристик, характерных только для вытесняемой жидкости, подтвержденное не менее пяти раз.
Для определения границ зоны смеси последовательно перекачиваемых жидкостей дополнительно могут быть использованы маркеры, добавляемые в поток вытесняемой и вытесняющей жидкостей.
Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг. 1 и 2), на которых представлена схема с расположением точки отбора проб последовательно перекачиваемых жидкостей для контроля выбранных качественных характеристик при определении границ зоны смеси.
1
2
2
1
Для каждой из последовательно перекачиваемых по трубопроводу жидкостей выбирают качественные характеристики, присущие соответствующей жидкости. Качественными характеристиками могут являться состав жидкости, в том числе углеводородный, элементный и др., наличие в жидкости присадок и маркеров, качественные показатели, характеризующие физико-химические свойства жидкости. Устанавливается значение вышеуказанных качественных характеристик, изменение которых позволяет определить начало изменения компонентного состава жидкости в потоке, которое означает изменение объемного соотношения жидкостей в потоке, когда вытесняемая (3) жидкость начнет замещаться на вытесняющую (2) жидкость. Аналогично, для вытесняющей (2) жидкости определяются качественные характеристики, значения которых в смеси вытесняющей (2) и вытесняемой (3) жидкостей будут значительно отличаться от значений качественных характеристик, выбранных для вытесняющей (2) жидкости. Переход к стабильным значениям выбранных качественных характеристик, характерных значениям, выбранным для вытесняющей (2) жидкости, будет свидетельствовать о полном замещении вытесняемой (3) жидкости. Для определения объема смеси последовательно перекачиваемых жидкостей в конце участка трубопровода (1), имеющего один диаметр и длину не менее пяти его диаметров, устанавливается устройство (5), позволяющее осуществлять репрезентативный отбор проб с разных слоев перекачиваемой по трубопроводу жидкости. Определяется внутренний диаметр трубопровода (1) в точке отбора проб (D (м)). Для точного определения объема смеси последовательно перекачиваемых жидкостей скорость их движения в точке замера должна быть постоянной. Осуществляется измерение значений, выбранных для контроля зоны смеси последовательно перекачиваемых жидкостей в потоке перекачиваемой жидкости с установленной дискретностью по времени. Измерение уровня значений качественных характеристик, выбранных для каждой из последовательно перекачиваемых жидкостей, осуществляется с использованием средств, в том числе поточных анализаторов, экспресс-методов анализа и стандартных методов контроля качества. Фиксируется время первоначального изменения значений выбранных качественных характеристик вытесняемой (3) жидкости и/или первоначального определения качественных характеристик, выбранных для вытесняющей (2) жидкости с подтверждением не менее чем в двух измерениях подряд, (t). По мере продвижения потока жидкости фиксируется время достижения измеряемыми качественными характеристиками стабильного значения показателя, характерного для вытесняющей (2) жидкости и/или прекращения определения качественных характеристик, выбранных для вытесняемой (3) жидкости (t). За точку перехода принимается время, после которого выбранное значение измеряемых качественных характеристик будет зафиксировано не менее чем в пяти измерениях подряд. Определяется дельта времени (Δt, с) между зафиксированными точками перехода (Δt=t - t).
По данным о скорости движения потока жидкости (υ, м/с) и времени между зафиксированными точками границ зоны смеси определяется длина смесевой зоны (L, м) последовательно перекачиваемых жидкостей:
L=υ*Δt.
Скорость движения потока жидкости может быть определена по значениям расхода перекачиваемых продуктов или показаниям установленных на трубопроводе (1) расходомеров.
3
По данным о длине смесевой зоны и диаметре трубопровода (D, м) определяется объем смеси (V, м) последовательно перекачиваемых по трубопроводу жидкостей:
2
V=π (D/2)*L.
Предложенный способ определения объема смеси последовательно перекачиваемых по трубопроводам жидкостей может быть использован для любых последовательно перекачиваемых жидкостей, например, нефтепродуктов и нефтей.
Пример конкретного выполнения предложенного способа:
По магистральному трубопроводу осуществляется последовательная перекачка автомобильного бензина и зимнего дизельного топлива. Партия бензина транспортируется первой, являясь при этом вытесняемой жидкостью, соответственно, дизельное топливо является вытесняющей жидкостью. Необходимо определить объем образовавшейся в ходе последовательной перекачки смеси.
Для определения границ зоны смесеобразования последовательно перекачиваемых жидкостей выбраны следующие качественные характеристики:
- для бензина - октановое число;
- для дизельного топлива - температура вспышки.
Исходные данные:
Расчет:
Длина смесевой зоны (L) определяется по формуле:
L=υ*Δt,
где υ - скорость движения потока жидкости, м/с;
1
2
Δt - дельта времени, с, между зафиксированными точками t и t
2
1
Δt=t - t.
Найдем:
2
1
Δt=t - t = 57 мин.=3420 с.
L=3 м/c*3420 с.=10260 м.
Объем смеси (V) при этом определяется по формуле:
2
V = π (D/2)*L,
π=3,14;
D - внутренний диаметр трубопровода в точке отбора проб, м.
2
3
То есть: V=3,14 * (0,35/2)*10260=986,6 м.
3
Таким образом, объем смеси последовательно перекачиваемых бензина и дизельного топлива, определенный при помощи вышеуказанного способа, составил 986,6 м.