СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ
METHOD OF INCREASING OPERATING EFFICIENCY OF MAIN OIL PIPELINES

Изобретение относится к области нефтяной промышленности и может быть использовано при прогнозировании работы магистральных нефтепроводов, работающих не на проектных мощностях.
На существующем уровне развития техники известны способы разработки методов энергоэффективной эксплуатации магистральных нефтепроводов с оптимизацией технологических режимов: автореф. дис. канд. тех. наук: 25.00.19/ Бархатов Александр Федорович. - Москва, 2017. – С. 160 с., в которых энергоэффективность достигается:
- оптимизацией технологических режимов перекачки нефти и нефтепродуктов;
- повышением КПД МНА;
- совместным использованием противотурбулентных и депрессорных присадок.
Недостатками подходов оптимизации этими способами являются: не всегда рациональное использование энергоемкого оборудования МНА, отсутствие обобщенного показателя эффективности эксплуатации магистрального нефтепровода, который показывает эффективность использования насосного оборудования нефтеперекачивающих станций.
Наиболее близким к заявляемому способу оценки эффективности эксплуатации насосного оборудования является метод мониторинга энергоэффективности работы технологического участка магистрального нефтепровода по критерию оценки величины КПД участка (Ревель-Муроз, П.А. Разработка методов повышения энергоэффективности нефтепроводного транспорта с внедрением комплекса энергосберегающих технологий: автореф. дис. канд. тех. наук: 25.00.19/ Ревель-Муроз Павел Александрович. - Уфа, 2018. – С. 47-85 с.).
Алгоритм предусматривает расчет фактических и максимально возможных КПД каждого технологического участка магистрального нефтепровода и КПД магистральных насосных агрегатов, входящих в данные участки, с дальнейшим сравнением фактического КПД технологического участка с плановыми показателями КПД технологического участка, заданными на текущий год реализации. Технологический участок магистрального нефтепровода  при достижении фактического показателя КПД технологического участка целевому показателю считается энергоэффективным.
Недостатком данного способа являются: отсутствие обобщенного показателя оценки эффективности эксплуатации установленного насосного оборудования в целом на текущий момент и для планируемого периода поставки, что усложняет планирование и контроль перекачки и может приводить к нерациональным действиям при отклонении объемов поставки от плановых.
Указанные выше недостатки преодолеваются введением в алгоритмы оптимизации работы технологического участка обобщенного показателя оценки эффективности эксплуатации установленного насосного оборудования.
Обобщенный показатель эффективности использования насосного оборудования связан  с эффективностью работы магистрального нефтепровода в целом и рассчитывается для разного уровня загрузки нефтепровода по формуле (1).
, (1)
нi
где Σ N- суммарная гидравлическая мощность, необходимая для перекачки требуемого объема нефти по технологическому участку нефтепровода, кВт;
i
Σ N - суммарная электрическая мощность, потребляемая всеми работающими магистральными насосами на технологическом участке при работе режимом, обеспечивающим требуемую производительность перекачки, кВт.
На фиг. 1 показаны линии гидроуклона реализуемых режимов для разных производительностей.
На фиг. 2 показаны зависимость коэффициента эффективности использования насосного оборудования при различных требуемых производительностях для конкретного технологического участка трубопровода.
Способ повышения эффективности эксплуатации магистральных нефтепроводов заключается в следующем.
Для определения рационального использования существующего насосного оборудования перекачивающих станций, при изменении производительности конкретного магистрального нефтепровода выполняются следующие действия.
На начальном этапе выбирают конкретный существующий трубопровод, определяют какую жидкость с какими свойствами, в каком количестве и за какое время необходимо прокачать.
Далее включением различных комбинаций магистральных насосов, соединенных последовательно или параллельно на головной и промежуточных насосных станциях и регулированием трубопроводной системы с помощью подключения лупингов, введения противотурбулентных присадок или использованием регуляторов давления на станциях получают рабочую точку, соответствующую требуемой производительности (точка пересечения расходно-напорной характеристики трубопровода и суммарной расходно-напорной характеристики работающих насосов). Подбор количества насосов производят в зависимости от уровня загрузки трубопровода в каждом конкретном случае, для чего на каждой станции определяют последовательным включением количество насосов, необходимых для осуществления требуемой производительности транспортировки нефти или нефтепродукта.
Безопасность и работоспособность получаемого таким образом режима проверяют с помощью построения линии гидроуклона [Коршак А.А., Нечваль А.М. Проектирование и эксплуатация газонефтепроводов. СПб.: Недра, 2008. – 73-107 с.]. Линия гидроуклона должна оказаться в разрешенном коридоре между линией сжатого профиля трубопровода и линией напора, характеризующей несущую способность трубы. Если линия гидроуклона выходит за границы коридора, такой режим бракуется. Для дальнейшего рассмотрения оставляют только режимы с комбинациями включенных насосов и особенностями настройки трубопровода, линии гидроуклона которых вписываются в разрешенный коридор. Таких реализуемых режимов может быть достаточно много. На фиг. 1. показан пример реализации проверки с помощью построения линий гидроуклона реализуемых режимов для разных производительностей.
Следующим этапом для каждого из реализуемых режимов рассчитывают обобщенный показатель эффективности использования  насосного оборудования. Затем выбирают режим с наибольшим значением показателя и, уже на его основе строятся планы перекачки. Чем больше значения обобщённого показателя эффективности использования насосного оборудования, тем наиболее эффективно подобраны комбинации включения насосного оборудования.
В силу дискретности включения насосного оборудования не всегда удается подобрать технологический режим под требуемую производительность перекачки. В этом случае выбирают один из лучших режимов, обеспечивающих ближайшую большую производительность и один из лучших режимов ближайшей меньшей производительности. Используя их комбинацию, осуществляют подбор промежутков времени, обеспечивающих необходимый объем поставки нефти или нефтепродукта. Для данного случая обобщённый показатель эффективности использования насосного оборудования определяется по формуле
.        (2)
где   τ – время работы соответствующим режимом;
нiмaкс
нiмин
N, N- суммарная гидравлическая мощность, необходимая для перекачки требуемого объема нефти по технологическому участку нефтепровода, максимальная и минимальная соответственно, кВт;
iмах
iмин
N, N,  - суммарная электрическая мощность, потребляемая всеми работающими магистральными насосами на технологическом участке при работе режимом, обеспечивающим требуемую производительность перекачки, максимальная и минимальная соответственно, кВт.
При изменении производительности поставки комбинации требуемых включений насосов предыдущие операции следует повторить.
Все возможные физически реализуемые производительности перекачки на технологическом участке магистрального трубопровода с использованием установленного оборудования определяют график зависимости максимальных коэффициентов эффективности использования магистрального насосного оборудования от производительности перекачки.
График обобщенного показателя эффективности использования насосного оборудования показывает, на какую максимальную эффективность преобразования энергии в насосном оборудовании можно рассчитывать при планировании перекачки. С помощью этого показателя можно определить, какие дополнительные затраты или экономия электроэнергии возникнут при изменении краткосрочных или долгосрочных планов поставки нефти, какие технологические режимы являются наиболее эффективными, существует ли необходимость менять или регулировать установленное оборудование, эффективно ли будет применение присадок и разбавителей. График обобщенного показателя эффективности использования насосного оборудования строится для каждого технологического участка, определяет его особенности, позволяет наиболее рациональным способом использовать магистральное насосное оборудование при разных производительностях перекачки нефти, сравнивать по эффективности преобразования энергии технологические участки между собой, прогнозировать работу магистральных  нефтепроводов при различных уровнях загрузки, определять целесообразность мероприятий по совершенствованию технологий перекачки. Пример графика обобщенного показателя эффективности использования насосного оборудования представлен на фиг. 2.
Предложенный способ повышения эффективности эксплуатации магистральных нефтепроводов позволяет обосновать необходимость:
- специальных технологий для изменения работы насосного оборудования;
- замены насосного оборудования, что является дорогостоящим мероприятием;
- спрогнозировать работу магистральных нефтепроводов при различных уровнях загрузки.
- выбрать наиболее экономичный и безопасный способ эксплуатации оборудования.
Рассмотрим конкретный пример реализации предложенного способа. Например, «Нефтепровод 1» был рассчитан на производительность 47 млн.т/год, необходимо осуществить поставку нефти 42 млн. т/год. Для того чтобы рассчитать на сколько изменится эффективность использования насосного оборудования, необходимо произвести подбор параметров совмещенной характеристики нефтепровода для нового уровня загрузки и определить количество насосов, необходимых для осуществления транспортировки.
Результаты подбора комбинаций включения насосов представлены в Таблице 1.
Наглядность правильности подбора  количества и места подключения насосов на станциях  представлены на Фиг. 1.
Результаты обобщенного показателя эффективности использования насосного оборудования представлены в Фиг. 2., из которой видно, что при изменении производительности нефтепровода с 47 млн.т/год до 42 млн. т/год эффективность использования насосного оборудования увеличится на 20 %.
Таким образом, за счет оптимизации работы технологического участка трубопровода, а именно за счет наиболее выгодного уровня загрузки при подборе комбинаций включения насосов на станциях можно повысить эффективность эксплуатации магистральных нефтепроводов и спрогнозировать работу магистральных  нефтепроводов при различных уровнях загрузки, тем самым заявляемое техническое решение позволяет повысить эффективность использования магистрального насосного оборудования в несколько раз, что наглядно показал конкретный пример реализации способа.