Противотурбулентная присадка чем отмыть
Библиографическое описание:
Чурикова, Л. А. Эффективность применения противотурбулентных присадок при перекачке газового конденсата по магистральному трубопроводу / Л. А. Чурикова, М. М. Рамазанов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2015. — № 7 (87). — С. 213-216. — URL: https://moluch.ru/archive/87/16725/ (дата обращения: 24.06.2020).
Статья посвящена вопросам эффективности применения противотурбулентных присадок при перекачке газоконденсата, описаны механизм действия присадки, факторы, обуславливающие эффективность ее применения. Авторы обосновывают преимущества использования противотурбулентных присадок.
Ключевые слова: противотурбулентная присадка, гидравлическое сопротивление, газоконденсат, деструкция, турбулизация, экономия энeргозатрат.
В Западной территории Казахстана разрабатывается месторождение Карачаганак. Карачаганакское месторождение является одним из крупнейших нефтегазоконденсатных месторождений в мире. Трубопровод «Карачаганак — Атырау» соединяет Карачаганакский Перерабатывающий Комплекс с населенным пунктом БольшойЧаган (1 секция) и далее до НПС «Атырау» (2 секция), где производится его подключение к трубопроводу КТК. Данная транспортная система длиной 635,5 км является экспортным трубопроводом, поставляющий газовый конденсат.
Проблему повышения производительности трубопроводного транспорта можно решить увеличением мощности силовых установок, используемых на насосных станциях. Однако это обуславливается техническими трудностями и большими объёмами капиталовложений. Поэтому снижение гидродинамических затрат при перекачке нефти и конденсата, приводящие к увеличению производительности трубопровода при тех же мощностях силовых установок, представляет значительный интерес.
Потери напора на трение являются основной причиной затрат электроэнергии на перекачку жидкостей и газов по трубопроводам. Они обусловлены силами внутреннего трения между слоями движущейся жидкости. И в ламинарном и в турбулентном потоке происходит диссипация (рассеивание) механической энергии упорядоченного движения и переход ее в энергию хаотичного движения частиц жидкости. Для турбулентных течений этот переход носит многостадийных характер.
Механическая энергия движения переходит сначала в энергию крупномасштабных вихрей турбулизованной среды, затем в энергию пульсационного движения мелкомасштабных вихрей и, наконец, за счет сил вязкости — в тепловую энергию жидкости. Поэтому важной задачей является вмешательство в структуру турбулентных течений с целью снижения потерь энергии.
Противотурбулентные присадки — высокомолекулярные полимерные вещества, позволяющие уменьшить коэффициент гидравлического сопротивления перекачиваемой при турбулентном режиме жидкости.
В настоящее время областью применения противотурбулентных присадок являются трубопроводные системы с ограничением по пропускной способности или по давлению.
Их использование позволяет экономить капиталовложения, необходимые для строительства лупингов или дополнительных насосных станций. Применение противотурбулентных присадок при заданном расходе дает возможность снизить рабочее давление в трубопроводе, а это — повышение эксплуатационной надежности и экономия затрат на перекачки.
Принцип действия противотурбулентных присадок основан на эффекте Б. А. Томса [3], проявляющегося при введении в турбулентный поток жидкости очень малых количеств высокомолекулярных полимеров.
Пропускная способность страдает также при добыче и перекачке тяжелых, высоковязких нефтей. Увеличиваются энергозатраты на подъем и дальнейшую транспортировку жидкости, возможна полная остановка потока при застывании продукции.
Однако даже в отсутствие перечисленных выше факторов пропускная способность нефтепроводов и нефтепродуктопроводов может в ряде случаев значительно снижаться за счет турбулизации потока безводной нефти, вызывающей резкий рост гидравлического сопротивления и повышение энергозатрат. Применение специальных противотурбулентных присадок (ПТП) позволяет увеличить объем прокачки и снизить рабочее давление на большинстве трубопроводов, транспортирующих нефть и в том числе газовый конденсат в турбулентном режиме.
Как правило, турбулизация потока жидкости в трубопроводе возникает при определенных условиях. В первую очередь это плотность и вязкость перекачиваемой жидкости. Чем ниже плотность и вязкость углеводородной фазы, тем проще потоку перейти из ламинарного в турбулентный режим, что и происходит при перекачке легких нефтей и нефтепродуктов.
Во-вторых, важную роль играют объем перекачиваемой жидкости и скорость движения потока. Чем выше объем и скорость потока, тем выше число Рейнольдса.
И, наконец, характеристики самого трубопровода. Основной фактор в данном случае — это диаметр трубопровода: чем он меньше, тем больше вероятность турбулизации потока.
При наличии условий турбулизации потока (например, при перекачке газового конденсата по трубам недостаточного диаметра с большим расходным коэффициентом) в пристеночной области возникают пульсации, направленные не вдоль потока, а преимущественно перпендикулярно ему. Когда ламинарное течение переходит в турбулентное, резко возрастает дополнительное гидравлическое сопротивление (до 80 % от общего), что требует повышенных затрат энергии на перекачку.
При выборе противотурбулентной присадки необходимо принимать во внимание такие ее эксплуатационные характеристики как товарная форма, деструкция в турбулентном потоке, скорость растворения в нефтяных системах и ее эффективность.
Для снижения гидравлического сопротивления турбулентного потока нефти используются два типа товарных форм противотурбулентных присадок — гелеобразные и дисперсионные.
В присадках первого типа высокомолекулярный полимер растворен в углеводородном растворителе. Это такие присадки, как CDR-102, Виол, FLО (Бейкер Пайплайн Продактс) и Necаdd-547 (АО «Фортум Ойл энд Гэз»).
В дисперсионных присадках Liquid Pоwer (Коноко Спешиалити Продактс Инк.), M-FLОWTREАT (ООО «Миррико Ceрвиc»), FLО XL (Бейкер Пайплайн Продактс) и Necаdd-447 (АО «Фортум Ойл энд Гэз») гидравлически активная часть находится в виде суспензии на водной или углеводородной основе. Такая товарная форма позволяет получить добавки с большим содержанием полимера (до 25 %). Однако в их состав входят стабилизаторы и другие химические добавки (10–15 %).
В качестве ПТП применяют карбоцепные полимеры (полиметилметакрилаты, полиметоакрилаты, поли-α-олефины, полибутадиены, полистиролы) молекулярной массой более 106, которые при вводе в нефть в количестве 10–50 г/т уменьшают турбулентность потока, что снижает гидравлическое сопротивление нефтепровода. Эффективность присадки определяется природой молекулярной массой полимера эксплуатационными параметрами работы трубопровода (скоростью течения, диаметром трубопровода, температурой и вязкостью нефти и др.) [1].
При экcплуатации магиcтральных трубопроводов рeшаeтcя задача по опрeдeлeнию эффeктивноcти противотурбулeнтной приcадки в завиcимоcти от ee концeнтрации. В качестве ПТП предлагается выбрать M-FLОWTREАT, как наиболее приемлемую в условиях эксплуатации трубопроводной системы.
В уcловиях промышлeнного примeнeния ПТП «M-FLОWTREАT» ee эффeктивноcть (отноcитeльноe cнижeниe турбулeнтного cопротивлeния) опрeдeляeтcя по формулe [2]:
гдe 
, 
— коэффициeнты гидравличecкого cопротивлeния потока c приcадкой и бeз нee (базовый рeжим соответственно)
Риc. 1. Завиcимоcть cнижeния cопротивлeния потока кондeнcата от концeнтрации приcадки «М-FLОWTREАT»
Риc. 2. Графичecкоe опрeдeлeниe эффeктивноcти противотурбулeнтной приcадки «М-FLОWTREАT»
Таким образом, без технологии введения ПТП не обойтись как минимум в трех случаях. Во-первых, при перекачке газоконденсата на предпиковых и пиковых уровнях добычи природного газа. В данном случае применение противотурбулентных присадок дает существенную экономию капитальных затрат за счет отказа от строительства дополнительных трубопроводов, мощности которых не будут востребованы после прохождения пика добычи.
Во-вторых, при перекачке газоконденсата по магистральным трубопроводам. Применение противотурбулентных присадок дает экономию энергозатрат для перекачки больших объемов газоконденсата.
И в-третьих, при перекачке газоконденсата по промысловым трубопроводам, эксплуатирующимся на предельном давлении. Применение противотурбулентных присадок для снижения рабочего давления снижает риск наступления аварии и экологических катастроф, а также предотвращает потери газоконденсата.
Литература:
1. Прохоров, А. А. Подбор наилучшей эмпирической зависимости/ А. А. Прохоров //Тезисы докладов на 53ой Межвузовской студенческой научной конференции «Нефть и Газ-99». М. — 1999. — с.23.
2. Результаты применения противотурбулентной присадки «M-FLОWTREАT» при трубопроводном транспорте газового конденсата / А. Г. Егоров, К. А. Лосев, Ю. В. Сулейманова и др. //Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. — 2013. –№ 1. — С.34–35
3. Муратова В. И. Оценка влияния противотурбулентных присадок на гидравлическую эффективность нефтепродуктопроводов: автореф. дисс. — Уфа, 2014. — 23 с.
4. Прохоров, А. А. Оптимизация режимов перекачки дизельных топлив с антифрикционными полимерными присадками/А. А. Прохоров //Тезисы докладов 56 межвузовской студенческой научной конференции. М., РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина. М. — 2002.- С.26.
Основные термины (генерируются автоматически): присадок, гидравлическое сопротивление, перекачка газоконденсата, рабочее давление, трубопровод, газовый конденсат, пропускная способность, товарная форма, турбулентный поток, турбулентный режим.
Тестируем очистители топливной системы. Подопытные — четыре препарата. Заодно мы сравнили эффект от использования этих средств и бензина с моющими присадками.
00 Wash zr01–15
Если двигатель потерял былую резвость, но нагулял аппетит и стал плохо пускаться, то диагност на СТО почти наверняка скажет, что засорились форсунки, — и посоветует их промыть или вовсе поменять. Но менять — дорого. Может, и правда промыть? Причем не на сервисе, а самостоятельно — залив в бак очиститель топливной системы.
Мы нашли четыре препарата: Liqui Moly и Autoprofi Line (Германия), Hi-Gear (США) и отечественный «Супротек».
Резонный вопрос: зачем покупать какое-то снадобье, если в продаже есть брендовые бензины, которые, как уверяет реклама, должны очищать двигатель? Да, бензин может содержать моющие присадки, хотя нормативные документы на топливо не содержат соответствующего требования. И не повсюду такие бензины продаются. К тому же они дороже. Да и задача моющих присадок вовсе не мыть, а препятствовать образованию отложений. Загрязненный двигатель при использовании этих присадок не должен загрязняться еще больше, а вот уменьшения уровня отложений никто не обещает. В общем, пятым в компанию снадобий попал бензин Лукойл Экто А95‑К5 — с моющими присадками.
01
Поршень после эталонного загрязнения.
Лохмотья сажи — типичный вид свечи после «поедания» мотором загрязняющей дряни.
Поршень после эталонного загрязнения.
Лохмотья сажи — типичный вид свечи после «поедания» мотором загрязняющей дряни.
А НЕ ИСПОРТИМ ЛИ БЕНЗИН?
Материалы по теме
Перед началом испытаний мы решили убедиться, что ввод дополнительных присадок в качественный бензин не приведет к его порче. Для этого подготовили контрольные пробы, введя препараты в бензин согласно рекомендации производителей, и отвезли их в сертифицированную лабораторию — чтобы выяснить, не содержится ли в очистителях чего-то запрещенного Техническим регламентом Таможенного союза. Кроме того, проверили, как влияет добавка очистителя на октановое число бензина.
Результаты — в таблице. Они оказались вполне положительными. Только очиститель Hi-Gear отличился: в бензине после его добавления появляется небольшое количество смол. Надо полагать, это смазывающая присадка: в описании препарата заявлено улучшение данной способности бензина. Кстати, в нормирующих документах для бензинов такого параметра нет — он важен только для дизтоплива.
Все препараты увеличили содержание связанного кислорода в бензине, но до предельной нормы (2,7%) еще очень далеко. Увеличение содержания кислорода говорит о наличии в составе очистителей дополнительных оксигенатов, предназначенных для улучшения горения топлива. А это и есть необходимое условие для высокотемпературной очистки деталей двигателя. В чуть большей степени данная особенность проявилась у очистителя «Супротек». Важно не перебрать с этим параметром: избыток связанного кислорода в топливе способен сбить с толку систему управления двигателем.
02
Поршень после работы двигателя на бензине с очистителем Супротек. Свеча — после того, как мотор поработал на топливе, в которое ввели препарат Liqui Moly
Поршень после работы двигателя на бензине с очистителем Супротек. Свеча — после того, как мотор поработал на топливе, в которое ввели препарат Liqui Moly
С отложениями в «холодной» части двигателя борются специальные растворители. И действительно, после добавления присадок уровень рН в бензине заметно повысился. Лидер тут — очиститель Hi-Gear, недаром он называется «быстрым». Но рост кислотности может повлиять на ресурс уплотнений в топливной системе. Поэтому его умеренное увеличение у очистителей Liqui Moly и «Супротек», видимо, более оправданно. Главное: ничего запрещенного подопытные препараты не содержат — ни метанола, ни металлов, ни бензола; изменение октанового числа не выходит за пределы погрешности измерения.
МОЮТ!
Моторные испытания показали: все проверяемые препараты работают. Масса отложений на деталях, сформированная при эталонном загрязнении, существенно уменьшилась. Для полной очистки, возможно, потребовалось бы больше времени. Поскольку обычные режимы эксплуатации двигателя жестче лабораторных, реальная эффективность очистителя должна быть выше. Но мы специально не выходили на предельные режимы: нужно проанализировать эффективность работы самих препаратов, исключив фактор температурной самоочистки, который работает самостоятельно.
В лидерах оказались Liqui Moly и наше «импортозамещение» — очиститель «Супротек». В нагрузочных режимах очистка этими препаратами снизила расход топлива в среднем на 3,5–4%, а в режимах холостого хода эффект возрос до 7–8%. В отработавших газах заметно снизилось содержание остаточных углеводородов, а это один из важных индикаторов степени загрязнения двигателя.
111
А что показал бензин? Длительные испытания на обычном бензине без всяких очистителей не выявили какой-то выраженной тенденции. А вот с бензином Лукойл Экто начало улучшаться качество сгорания: снизились расход топлива и содержание СН в контрольных точках. Следовательно, все-таки он моет. Однако улучшение идет лишь после определенного момента. В начале цикла испытаний мы вообще получили ухудшение работы мотора: из топливной системы стали активно вымываться отложения, что подпортило процесс смесеобразования. Но затем четко проявилась положительная динамика, а к концу испытаний показатели стабилизировались на существенно лучшем уровне, чем перед началом испытаний загрязненного двигателя.
Бензин Лукойл Экто работает примерно как присадки, но значительно мягче. Похоже, принцип действия очистителей тот же, что у моющих присадок товарных бензинов, но эффект усилен более высокой концентрацией.
Весовой анализ деталей подтверждает эти выводы: очистители обеспечили более заметное снижение массы отложений, нежели бензин Лукойл Экто. Большая часть отложений за время испытаний ушла в выпускную трубу, а лучшие результаты показали лидеры по моторным показателям — Liqui Moly и «Супротек».
ЛИТЬ ИЛИ НЕ ЛИТЬ ОЧИСТИТЕЛИ В БЕНЗИНОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ?
Вывод: препараты действительно работают, их можно применять. Но червоточинка сомнений все же есть: а не навредят ли как-то эти средства мотору?
Материалы по теме
Давайте размышлять. Ввод препаратов в топливо повышает содержание связанного кислорода. Основная масса товарных бензинов имеет большой запас по этому параметру, поэтому проблем возникнуть не должно. Но у нас часто встречается бодяжное топливо с десятками процентов метанола. Вот там кислород либо на пределе, либо вообще зашкаливает. В этом случае добавление дополнительных оксигенатов нежелательно. Потому принцип первый: используйте очистители только в сочетании с качественным бензином.
Ухудшение параметров работы на начальной стадии «банной процедуры» будет более выраженным для очень сильно загрязненных моторов. В практике бывали случаи, когда двигатель начинал работать неустойчиво и даже вообще глох — грязь, смытая в топливной системе, забивала дозирующие элементы системы подачи топлива. Потому надо помнить еще один принцип использования автохимии: это средство профилактики, а не лечения. Если мотор сильно загрязнен, лучше сразу ехать на сервис.
Эффективность работы очистителей зависит и от того, в каких режимах эксплуатируется двигатель. Худший вариант — залить присадку и застрять в пробке. Лучшее решение — совместить очистку химическую с температурной: залить состав и побыстрее выработать бак, покатавшись на свободе за городом. Согласитесь, постоянное использование хорошего бензина с моющими присадками предпочтительнее шоковой терапии. Тем же, кому фирменный бензин не по карману, рекомендуем пару-тройку раз в год использовать проверенные нами очистители. Профилактики ради.
ОТКУДА ГРЯЗЬ И КАК С НЕЙ БОРОТЬСЯ
Двигатель сам по себе — «грязнуля». Отложения в камере сгорания — следствие неполного сгорания топлива и масла; они нарушают тепловое состояние, изменяют степень сжатия, уменьшая объем камеры сгорания. Так и до детонации недалеко. Во впускной системе грязь образуется на внутренней части тарелок клапанов и на стенках впускных каналов. Они мешают наполнению цилиндров и тем самым крадут часть мощности. Отложения в топливной системе, особенно в форсунках, нарушают процессы смесеобразования.
Проблемы в разных зонах двигателя имеют различную природу. В камере сгорания и на клапанах мы найдем преимущественно твердые частицы (типа кокса), склеенные органикой и образующие черную «шубу». В топливной системе, где рабочие температуры низкие, коксам взяться неоткуда, и там отложения формируются в виде лаковых пленок разной толщины.
Отсюда два разных принципа удаления отложений. В топливной системе лак надо растворить, а в камере сгорания кокс удаляют выжиганием органической связующей, которая удерживает нагар на поверхности. Для этого надо использовать добавку в топливо, которая кратковременно повысит температуру сгорания. Или выехать за город и промчать сотню километров на хорошей скорости — высокотемпературная очистка гарантирована.
МЕТОДИКА
Стенд 3 (1)
Стенд 3 (1)
За основу мы взяли методику, отработанную для оценки качества работы «улучшенных» бензинов. Стендовым двигателям обеспечили так называемое эталонное загрязнение. В изначальном моторе, с новыми форсунками и свечами зажигания, вымытой камерой сгорания и чистыми клапанами, в специально подобранных режимах, обеспечивающих повышенный темп образования отложений, выжигали несколько десятков литров смеси бензина, дизтоплива и минерального моторного масла. После этого такой параметр, как остаток в колбе, характеризующий склонность к образованию отложений, повысился с исходных 1–2 до 7%, а содержание смол выросло практически с нуля до 12 мг на 100 см³ бензина (при норме 5 мг/100 см³, сохраненной в древнем ГОСТе).
После испытаний мотор частично разбирали, взвешивали форсунки, впускные клапаны, свечи зажигания. Затем — сборка и снятие характеристик в нескольких режимах. При этом использовали холостой ход и малые нагрузки, чтобы избежать температурной самоочистки двигателя. Загрязнение привело к росту расхода топлива и токсичности, причем больше всего — в режиме холостого хода. При проверке моющих свойств в строго фиксированных режимах вырабатывали 80 л топлива, содержащего испытуемые препараты. Кроме того, провели аналогичный цикл испытаний для «обычного» базового топлива Лукойл А95‑К5 и «улучшенного» бензина Лукойл Экто. Периодически снимали контрольные характеристики двигателя, чтобы отследить динамику работы препаратов. Затем мотор разбирали, детали взвешивали и фотографировали. Сравнение с исходными данными позволяло судить о наличии или отсутствии моющего эффекта. Далее мотор снова собирали и снимали его характеристики при работе на чистом бензине, без каких-либо дополнительных присадок.