СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ВЯЗКОСТИ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD FOR REDUCING VISCOSITY OF OIL AND PETROLEUM PRODUCTS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области нагрева высоковязкой нефти (нефтепродуктов) на объектах нефтегазового комплекса и может быть использовано при проектировании и эксплуатации промысловых и магистральных трубопроводов, на нефтебазах, а также при перевалке высоковязкой нефти (нефтепродуктов) на терминалах [F17D 1/16, Н05В 6/10, Н05В 6/64].
Известно УСТРОЙСТВО ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ВЯЗКОСТИ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ ПРИ ПОМОЩИ КОМПЛЕКСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ МИКРОВОЛНОВОЙ ЭНЕРГИИ И УЛЬТРАЗВУКОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ(RU 2382933, опубликовано: 27.02.2010), характеризующееся тем, что содержит микроволновую и ультразвуковую секции, образующие единый модуль обработки, при этом микроволновая секция содержит магнетронные генераторы, каждый из которых соединен через рупорные излучатели и окна связи с круглым волноводом, имеющим внутри коаксиально расположенную трубу из радиопрозрачного материала для транспортирования нефти, а ультразвуковая секция содержит охлаждаемые водой магнитострикционные излучатели с запрессованными внутри каждого, металлическими стаканами, сваренными между собой в цилиндрическую колонну, труба из радиопрозрачного материала и цилиндрическая колонна имеют одинаковый диаметр и соосно соединены через фланцы. Геометрия рупорных излучателей и их угол наклона к оси круглого волновода выбраны из условия минимального отражения микроволновой энергии от радиопрозрачной трубы, заполненной нефтью.
Однако известное устройство обладает недостатками:
- микроволновая энергия вводится в трубопровод в одной точке и в нефтяной среде, содержащей влагу;
- электромагнитная волна затухает на расстоянии до 10 см;
- низкая эффективность работы устройства при высоких скоростях потока нефтепродуктов;
- низкая эффективность работы устройства в трубопроводах диаметром более 10 см.
Известно УСТРОЙСТВО РАЗОГРЕВА ВЯЗКИХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРОДУКТОВ ПРИ ИХ ТРАНСПОРТИРОВКЕ ТРУБОПРОВОДАМИ(RU 2439863, опубликовано: 10.01.2012), содержащее источник микроволнового излучения, излучатели, волновод, коаксиально установленную внутри трубопровода трубу из радиопрозрачного материала. На внутренней поверхности трубы из радиопрозрачного материала расположен волновод, выполненный в форме спиралевидной металлической полосы, на которой расположены на одинаковом друг от друга расстоянии, обеспечивающем беспрепятственное прохождение токов излучения, выполненные в виде щелей излучатели. Источник микроволнового излучения соединен со спиралевидной полосой с излучателями через коаксиальный кабель. Расстояние между излучателями составляет λ/4 средней длины волны. Коаксиальный кабель и спиралевидная полоса с излучателями имеют одинаковое волновое сопротивление. Труба из радиопрозрачного материала плотно прилегает к трубопроводу. Коаксиально установленная внутри трубопровода труба выполнена из тефлона.
Однако известное устройство обладает недостатками:
- недостаточная эффективность устройства;
- наличие дополнительного сопротивления внутри трубопровода из-за применения спиралевидного волновода.
кн
кв
0
0
кн
вых
вых
кв
Наиболее близким по технической сущности является СПОСОБ И УСТРОЙСТВО НАГРЕВА ВЫСОКОВЯЗКИХ НЕФТЕЙ В ТРУБОПРОВОДАХ ВЫСОКОЧАСТОТНЫМИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ ПОЛЯМИ (RU 2589741, опубликовано: 10.07.2016), включающий непрерывное воздействие электромагнитного поля на поток нефти в трубопроводе. Для продукции трубопровода определяют низшую критическую температуру Т, ниже которой температура продукции не должна снижаться, и высшую критическую температуру Т, выше которой нагрев продукции нецелесообразен, на блоке измерения температуры регистрируют начальную температуру продукции трубопровода T; если Т<Т, через блок управления открывают первый электромагнитный клапан, а второй электромагнитный клапан закрывают; включают высокочастотный генератор, в блоке согласования сопоставлением значений волновых сопротивлений согласуют высокочастотный генератор с излучателем, через блок измерения температуры измеряют температуру на выходе из байпаса Т, через блок управления регулируют мощность высокочастотного генератора до выполнения условия Т=Т. Устройство содержит также генератор электромагнитных волн, коаксиальный кабель для соединения генератора с излучателем, трубопровод. В трубопровод врезается байпас со встроенным излучателем. Излучатель устанавливается внутри байпаса при помощи центраторов из радиопрозрачного материала и длина излучателя составляет половину длины электромагнитной волны. Наружная поверхность излучателя изолируется радиопрозрачным материалом.
Основной технической проблемой прототипа являются:
- нагрев нефти/нефтепродуктов по предложенному способу осуществляется за счет встроенного байпаса с излучателем;
- отсутствие ультразвукового воздействия на нефть/нефтепродукты.
Технический результат изобретения заключается в обеспечении снижения энергозатрат на транспортирование нефти/нефтепродуктов путем их объемного нагрева и снижения вязкости.
Указанный технический результат достигается за счет того, что способ снижения вязкости нефти и нефтепродуктов,включающий воздействие на поток нефти/нефтепродуктов в трубопроводе, отличающийся тем, что воздействие на поток нефти/нефтепродуктов осуществляют последовательно индукционным нагревом электромагнитным полем высокой частоты от излучателя, смонтированного на трубопроводе и подключенного к генератору поля, ультразвуковым, разрушающем парафины, воздействием, излучателем, смонтированным в трубопроводе, подключенным к ультразвуковому генератору и воздействием для объединения взвешенных частиц парафинов и асфальтенов в короткие цепочки электромагнитным излучением радиочастотного диапазона излучателем, смонтированным в трубопроводе и подключенного к генератору электромагнитного излучения.
В частности, устройство для реализации способа снижения вязкости нефти и нефтепродуктов, включающее трубопровод и излучатели, отличающееся тем, что содержит модуль индукционного воздействия, модуль ультразвукового воздействия и модуль электромагнитного воздействия, модуль индукционного воздействия содержит высокочастотный генератор электромагнитного поля и спиральный излучатель, смонтированный на трубопроводе, при этом продольная ось симметрии спирального излучателя расположена вдоль продольной оси симметрии трубопровода, модуль электромагнитного воздействия содержит высокочастотный генератор электромагнитного поля и электромагнитный излучатель, выполненный в виде пластины, смонтированной во внутренней полости трубопровода, модуль ультразвукового воздействия содержит ультразвуковой генератор и излучатель, смонтированный в трубопроводе, по направлению перемещения нефти/нефтепродуктов перед спиральным излучателем и электромагнитным излучателем смонтированы датчики температуры жидкости, перед излучателем модуля ультразвукового воздействия смонтирован датчик расхода жидкости, а за электромагнитным излучателем модуля электромагнитного воздействия смонтированы датчик вязкости и клапан, причем датчики температуры жидкости, датчик расхода жидкости, датчик вязкости, клапан и генераторы подключены к узлу регулирования.
Краткое описание чертежей.
На чертеже схематично показано устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов, на которой обозначено: 1 - трубопровод, 2 - фланец, 3 - модуль индукционного воздействия, 4 - модуль электромагнитного воздействия, 5 - модуль ультразвукового воздействия, 6, 8 - высокочастотный генератор электромагнитного поля, 7 - спиральный излучатель, 9 - электромагнитный излучатель, 10 - ультразвуковой генератор, 11 - излучатель, 12 - датчик температуры жидкости, 13 - датчик расхода жидкости, 14 - датчик вязкости, 15 - клапан, 16 - узел регулирования
Осуществление изобретения.
Сущность технического решения состоит в воздействии на протекающие по участку трубопровода 1 нефть или нефтепродукты для снижения их вязкости. Этот участок трупровода 1 содержит устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов и смонтирован на линии с помощью фланцев 2.
С внешней стороны трубопровода 1 смонтированы модуль индукционного воздействия 3 и модуль электромагнитного воздействия 4. Между модулем индукционного воздействия 3 и модулем электромагнитного воздействия 4 смонтирован модуль ультразвукового воздействия 5.
Модуль индукционного воздействия содержит высокочастотный генератор электромагнитного поля 6 и спиральный излучатель 7, смонтированный с внешней стороны трубопровода 1, подключенный к высокочастотному генератору электромагнитного поля 6 и смонтированный на внешней стенке трубопровода 1. Продольная ось симметрии спирального излучателя 7 расположена соосно продольной оси симметрии трубопровода 1.
Модуль электромагнитного воздействия 4 содержит высокочастотный генератор электромагнитного поля 8 и электромагнитный излучатель 9, выполненный в форме пластин. Электромагнитный излучатель 9 смонтирован во внутренней полости трубопровода 1 и подключен к высокочастотному генератору электромагнитного поля 8.
Модуль ультразвукового воздействия 5 содержит ультразвуковой генератор 10 и излучатель 11. Излучатель 11 подключен к ультразвуковому генератору 10 и смонтирован на внутренней стенке трубопровода 1.
В трубопроводе 1 по направлению перемещения нефти/нефтепродуктов перед модулем индукционного воздействия 3 и модулем электромагнитного воздействия 4 смонтированы датчики температуры жидкости 12. Перед модулем ультразвукового воздействия 5 смонтирован датчик расхода жидкости 13, а за модулем электромагнитного воздействия смонтированы датчик вязкости 14 и клапан 15, причем датчики температуры жидкости 12, датчик расхода жидкости 13, датчик вязкости 14, клапан 15, высокочастотные генераторы электромагнитного поля 6, 8 и ультразвуковой генератор 10 электрически связаны с узлом регулирования 16.
Способ снижения вязкости нефти и нефтепродуктов с применением заявленного устройства реализуют следующим образом.
Устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов посредством фланцев 2 монтируют на линиях нефтеперекачивающих станций, трубопроводах нефтебаз и перегрузочных терминалах.
Воздействие на поток нефти/нефтепродуктов в трубопроводе осуществляют последовательно в три этапа.
На первом этапе уменьшают вязкость нефти/нефтепродуктов путем ее индукционного нагрева частотой 100-200 МГц до температуры 30-60°С спиральным излучателем 7, смонтированным с внешней стороны трубопровода 1, и подключенным к высокочастотному генератору электромагнитного поля 6.
Показатели температуры нефти/нефтепродуктов в трубопроводе 1, измеряют датчиками температуры жидкости 12, передают на узел регулирования 16. В зависимости от установленной температуры нефти/нефтепродуктов с узла регулирования 16 направляют сигнал на высокочастотный генератор электромагнитного поля 6 модуля индукционного воздействия 3 для регулировки температуры нагрева нефти/нефтепродуктов.
На втором этапе разрушают парафины в нефти/нефтепродуктах ультразвуковым воздействием частотой от 100 кГц до 3 МГц излучателя 11, подключенным к ультразвуковому генератору 10.
Посредством воздействия ультразвука на нефть/нефтепродукты, перемещающуюся в трубопроводе 1, кроме разрушения в ней парафинов, также снижается ее вязкость.
От действия ультразвука на нефть/нефтепродукты происходит модификация и необратимые изменения химических компонентов высоковязкой жидкости, что способствует изменению реологических свойств жидкости и дальнейшему снижению вязкости нефти/нефтепродуктов. Частота ультразвукового излучения, создаваемого модулем ультразвуковой обработки 5, изменяется узлом регулирования 16 по сигналу, поступающему в узел регулирования 16 от датчика вязкости 14 и датчика расхода жидкости 13, что способствует повышению эффективности работы модуля ультразвуковой обработки 5.
На третьем этапе уменьшают вязкость нефти/нефтепродуктов путем объединения взвешенных частиц парафинов и асфальтенов в короткие цепочки воздействием на нефть/нефтепродукты электромагнитных излучений радиочастотного диапазона в диапазоне частот от 300 МГц до 300 ГГц, создаваемых электромагнитным излучателем 9, подключенным к высокочастотному генератору электромагнитного поля 8.
Узел регулирования 16, с учетом сигналов от датчика расхода жидкости 13 и датчика вязкости 14, направляет сигнал на высокочастотный генератор электромагнитного поля 8 для изменения напряженности электромагнитного поля в трубопроводе 1.
Изменение реологических свойств (вязкости) нефти/нефтепродуктов заявленными способом и устройством осуществляется за счет непрерывного комбинированного воздействия, создаваемого высокочастотными генераторами электромагнитного поля 6, 8 и излучателей 7, 9, а также ультразвукового излучения, создаваемого ультразвуковым генератором 10 и излучателем 11, что уменьшает гидравлическое сопротивление трубопроводной сети и уменьшает энергозатраты на перекачку.
Датчики температуры жидкости 12, датчик расхода жидкости 13 и датчик вязкости 14 непрерывно подают сигналы на узел регулирования 16, который, в свою очередь, подает сигнал на открытие клапана 15 и подключает высокочастотный генератор электромагнитного поля 6, осуществляя подогрев прокачиваемой нефти/нефтепродуктов до заданной температуры посредством излучателя 7. В результате такого воздействия снижается вязкость нефти/нефтепродуктов и происходит термическое воздействие на парафины и асфальтены, содержащиеся в нефти/нефтепродуктах. Перемещающийся поток обрабатываемой нефти/нефтепродуктов при прохождении через модуль индукционного воздействия 3 разогревается под воздействием микроволнового излучения заданной частоты. Это обусловлено воздействием энергии электромагнитного поля на полярные молекулы среды, происходит их дипольная переориентация. Молекулы начинают совершают колебательные движения, что способствует выделению из нефти/нефтепродуктов тепла и, соответственно, уменьшению вязкости обрабатываемой жидкости.
Далее, для дополнительной обработки нефти/нефтепродукта, узел регулирования 16 подключает модуль электромагнитного воздействия 4. Сигнал от высокочастотного генератора электромагнитного поля 8 поступает на электромагнитный излучатель 9, выполненный в форме пластин. Электромагнитный излучатель 9 генерируют сверхвысокочастотное излучения, изменяющиеся в диапазоне частот от 300 МГц до 300 ГГц (длина волны от 1 м до 1 мм). Излучение заданной частоты от электромагнитного излучателя 9 объединяет взвешенные частицы парафина и асфальтена внутри нефти/нефтепродукта в цепочки, направление витков которых совпадает с направлением распространения волн электромагнитного поля. Вследствие этого, агрегация взвешенных частиц парафина и асфальтена изменяет реологические свойства нефти/нефтепродуктов и способствует ее снижению вязкости.
Установка с внешней стороны трубопровода 1 модуля индукционного воздействия 3 позволяет исключить дополнительные сопротивления, изменяющие скорость потока жидкости.
Наличие спирального излучателя 7, смонтированного с внешней стороны трубопровода 1, и подключенного к высокочастотному генератору электромагнитного поля 6, причем продольная ось симметрии спирального излучателя 7 расположена соосно продольной оси симметрии трубопровода 1, позволяет максимально эффективно сгенерировать индукционные излучения через трубопровод 1 на перемещающийся поток нефти/нефтепродуктов и эффективно нагреть ее до требуемой температуры.
Наличие высокочастотных генераторов электромагнитного поля 6, 8 позволяет эффективно воздействовать на перемещающуюся в трубопроводе нефть/нефтепродукты электромагнитным полем, создаваемым излучателями 7, 9 и осуществить не только предварительный нагрев нефти/нефтепродуктов, но и изменить вязкость нефти/нефтепродуктов.
Наличие электромагнитного излучателя 9, выполненного в форме пластин, размещенных во внутренней полости трубопровода 1, также позволяет эффективно воздействовать на перемещающуюся в трубопроводе нефть/нефтепродукты электромагнитным полем, а также снизить вязкость и разрушить парафины, содержащиеся в нефти/нефтепродуктах.
Наличие модуля ультразвукового воздействия 5, действие ультразвука которого направлено на перемещающуюся нефть/нефтепродукты в трубопроводе 1, позволяет не только снизить вязкость в нефти/нефтепродуктах, но и разрушить содержащиеся в них парафины.
Наличие смонтированных перед модулями индукционного воздействия 3 и электромагнитного воздействия 4 датчиков температуры жидкости 12, а также смонтированных на трубопроводе 1 датчика расхода жидкости 13 и датчика вязкости 14, позволяет обеспечить мгновенный постоянный контроль параметров перемещающегося потока нефти/нефтепродуктов и оперативную передачу получаемых сигналов о состоянии потока на узел регулирования 16.
Наличие узла регулирования 16, электрически связанного с датчиками температуры жидкости 12, датчиком расхода жидкости 13, датчиком вязкости 14, клапаном 15, высокочастотными генераторами электромагнитного поля 6, 8 и ультразвуковым генератором 10 позволяет максимально эффективно без непосредственного участия рабочего персонала обеспечить высокую точность технологического процесса по снижению вязкости нефти и нефтепродуктов.
6
2
Исследования показали, что применение индукционного нагрева частотой 100-200 МГц, под воздействием которых происходит дипольная поляризация нефти, приводящая к объемному выделению тепла внутри потока, позволяет увеличить температуру нефти/нефтепродуктов до 30-60°С. Такой температуры достаточно для обеспечения кинематической вязкости нефти/нефтепродуктов до 600×10м/с.
Исследования также показали, что применение ультразвукового воздействия на нефть/нефтепродукты частотой от 100 кГц до 3 МГц позволяет эффективно разрушить парафины, содержащиеся в нефти/нефтепродуктах, а также дополнительно снизить ее вязкость.
Кроме того, исследованиями выявлено, что воздействие на нефть/нефтепродукты электромагнитных излучений радиочастотного диапазона в диапазоне частот от 300 МГц до 300 ГГц, создаваемых электромагнитным излучателем 9, подключенным к высокочастотному генератору электромагнитного поля 8, позволяет не только уменьшить вязкость нефти/нефтепродуктов путем объединения взвешенных частиц парафинов и асфальтенов в короткие цепочки воздействием, но и дополнительно увеличить температуру перемещающейся нефти/нефтепродуктов до 5°С, что также способствует уменьшению вязкости нефти/нефтепродуктов.
Применение заявленных способа и устройства на линиях нефтеперекачивающих станций, трубопроводах нефтебаз и перегрузочных терминалах, позволяет снизить вязкость транспортируемой нефти/нефтепродуктов путем их объемного нагрева воздействием высокочастотным электромагнитным полем и ультразвуковым излучением.
Применение комплексного способа снижения вязкости нефти\нефтепродуктов, обеспечивающего не только ее нагрев, но и разрушением парафином с последующим объединением взвешенных частиц парафинов и асфальтенов в короткие цепочки с помощью заявленного устройства позволяет непрерывно контролировать состояние нефти/нефтепродуктов, перекачиваемых по линии, своевременно изменять интенсивность воздействия и тем самым снизить энергозатраты на снижение вязкости.