Технология очистки насосно-компрессорных труб от радиоактивных твердых солевых отложений

УДК 621.98.044

В.А.ГЛУЩЕНКОВ, С.Б.ГЕРБЕР, В.Ф.КАРПУХИН, Р.Ю.ЮСУПОВ

Самарский государственный аэрокосмический университет

ТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ ОТ РАДИОАКТИВНЫХ ТВЕРДЫХ СОЛЕВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

Очистка насосно-компрессорных труб от солевых отложений, часто обладающих повышенным радиоактивным фоном, является сложной экологической проблемой. На основании проведенных экспериментальных исследований установлено, что наибольшей эффективностью обладает схема электрогидроимпульсной очистки с разрядом на стенку трубы.

To clean pump-compressor tubes of salt deposits, which can have an elevated background, is a complicated ecological problem.

Relying on investigations conducted it was found that a scheme of electro-hydro-pulsed cleaning with discharge into the tube wall is most effective.

При эксплуатации нефтяных месторождений нефтедобывающие организации сталкиваются с проблемой выхода из строя на-сосно-компрессорных труб (НКТ), связанного с потерей проходного сечения в результате отложения на стенках различных солей. Часто эти соли обладают повышенным радиоактивным фоном, что затрудняет повторное использование труб, а также их утилизацию. Используемый в настоящее время гидродинамический метод удаления солевых отложений обеспечивает удаление далеко не всех видов отложений. В связи с этим задача разработки технологии очистки НКТ от солевых отложений является актуальной.

Для очистки поверхности металлов от различного рода наслоений обычно используется электроимпульсная технология [4]. Попытки использовать оборудование и технологии, применяемые для электрогидро-импульсной очистки труб от накипи, не дали положительных результатов, так как солевые отложения в НКТ обладают более высокими механическими и адгезионными характеристиками.

Целью настоящей работы является определение возможности очистки НКТ с помощью электроразрядной технологии.

Существует две разновидности электроразрядной технологии: магнитно-импульсная и электрогидроимпульсная. В магнитно-

импульсной технологии нагружение обрабатываемого объекта производится давлением импульсного магнитного поля, создаваемым индуктором при прохождении по нему импульса тока [1], а в электрогидроимпульсной - гидродинамическими силами, возникающими при высоковольтном разряде в жидкости [3].

Магнитно-импульсная обработка труб производилась цилиндрическим индуктором, расположенным снаружи трубы. При проведении экспериментов изменялась энергия, запасаемая генератором импульсных токов, и частота разрядного тока за счет изменения числа витков индуктора. В результате экспериментов установлено, что наиболее прочные солевые отложения разрушаются при параметрах нагружения, близких к величинам, вызывающих пластическую деформацию трубы, и не зависящих от частотных характеристик нагружения. Для надежной очистки необходимо на каждом обрабатываемом участке трубы производить два-три импульса нагружения. Следовательно, разрушение солевых отложений происходит в результате упругих колебаний стенки трубы.

При электрогидроимпульсной обработке труб разряд можно осуществлять снаружи или внутри трубы. В случае наружного расположения канала разряда труба нагружается импульсным давлением, что приво-

дит к формированию в ее стенке ударных волн и вызывает упругие колебания стенки трубы. Такая схема нагружения приближается к схеме магнитно-импульсного воздействия, эффективность ее низка, особенно при заполнении внутренней полости трубы жидкостью.

При разряде внутри трубы, заполненной жидкостью, канал разряда может быть сформирован между двумя электродами или между потенциальным электродом и стенкой трубы. При двухэлектродной схеме на соляные отложения воздействуют ударные волны, упругие колебания стенки трубы и гидропоток, обусловленный колебаниями объема газового пузыря, который образуется вокруг канала разряда, а при разряде на стенку трубы к ним добавляются откольные явления, связанные с электрическим пробоем соляных отложений. Все эти факторы положительно влияют на процесс разрушения соляных отложений.

Результаты экспериментов показали, что электрогидроимпульсная технология с разрядом внутри трубы позволяет разрушать соляные отложения при энергии, запасаемой генератором импульсных токов, значительно меньшей, чем этого требует магнитно-импульсная технология. При этом процесс очистки с разрядом на стенку трубы более эффективен. Следует отметить, что электрогидроимпульсная очистка труб является более технологичной и экологически безопасной по сравнению с магнитно-импульсной технологией, так как она позволяет легко обеспечить поток жидкости внутри трубы, выносящий разрушенные солевые осадки из трубы, что значительно облегчает их утилизацию. Кроме того, элек-трогидроимпульсная технология позволяет проводить многоимпульсную обработку каждого участка трубы с производительностью до нескольких импульсов в секунду. При магнитно-импульсной обработке производительность ограничивается условиями охлаждения индуктора.

Количество импульсов, необходимых для надежной очистки участка трубы, составляет от трех до нескольких десятков в зависимости от энергии разряда. Увеличе-

176 _

ние энергии разряда возможно, пока не наблюдается пластической деформации трубы.

Минимальная величина давления, необходимая для пластического деформирования трубы в условиях импульсного нагру-жения, описывается известной формулой Лапласа:

P = 2ад.тS

D

где од.т - динамический предел текучести материала трубы, ад.т = о0,2Кд; а0,2 - статический предел текучести этого материала; Кд -коэффициент динамичности; D и £ - наружный диаметр и толщина стенки трубы, мм.

Согласно данным [2], зависимость коэффициента динамичности от предела текучести материала имеет вид

Кд = 3,006 ехр (-0,013 • 10-76ао,2).

Для того, чтобы труба не испытывала пластической деформации, необходимо, чтобы давление в жидкости при разряде не превышало значения, рассчитанное по выражению (1).

В работе [2] приводится формула для оценки давления в жидкости при разряде в замкнутой камере:

Рж * 2,45-104К^/ Уж ,

где К = 0,5^1,0 - поправочный коэффициент, зависящий от Уж; ¥ж - объем разрядной камеры; W0 - энергия разряда.

Совместное решение уравнений (1) и (2) при Рж < Р позволяет получить формулу для оценки уровня энергии разряда, превышение которого может привести к пластической деформации трубы:

W <

D

a02exp(-0,0136-10 7а0,2) 0,408 -104 K

.

Расчеты максимальных энергий Е разряда, которые могут привести к пластической деформации труб разных типоразмеров из стали 20, по формуле (3) дали следующие

результаты:

D, мм 48

60

73

89

102 114

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.158

2

мм 4,0 5,0 5,5 6,5 6,5 7,0 Е, кДж 5,1 8,5 10,4 14,4 15,4 18,1

Значение Уж для каждого диаметра вычислялось по формуле

ж 4

где Ов - внутренний диаметр трубы; И -длина разрядной камеры, И = 50 мм.

Для НКТ диаметром от 48 до114 мм коэффициент К изменяется от 0,5 до 0,55.

Эксперименты показали, что минимальная энергия заряда генератора импульсных токов для очистки НКТ от прочных солевых отложений при 10 импульсах

на каждом очищаемом участке составляет 4 кДж.

Результаты проекта планируются для внедрения на ряде нефтедобывающих объединений.

ЛИТЕРАТУРА

1. Белый И.В. Справочник по магнитно-импульсной обработке металлов / И.В.Белый, С.МФертик, Л.Т.Хименко. Харьков: Вища школа, 1977. 168 с.

2. Мазуровский Б.Я. Электрогидравлический эффект в листовой штамповке / Б.Я.Мазуровский, А.Н.Сизев. Киев: Наукова думка, 1983. 192 с.

3. Наугольный К.А. Электрические разряды в воде / К.А.Наугольный, Н.А.Рой. М.: Наука, 1971. 155 с.

4. Сысоев В.Г. Применение электрогидравлического эффекта для очистки поверхности металлов от нежелательных покрытий / В.Г.Сысоев, В.А.Стрельцов, П.П.Малюшевский // Разрядно-импульсная технология. Киев: Наукова думка, 1978. С.115-120.