Повышение безопасности эксплуатации оборудования для подготовки и хранения нефти в условиях накопления электростатических зарядов в водонефтяной смеси тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.26.03, кандидат технических наук Тюсенков, Антон Сергеевич

• Тюсенков, Антон Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Тюсенков, Антон Сергеевич

1 АНАЛИТИЧЕСКИМ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 Опасные факторы при эксплуатации емкостного оборудования нефтепромыслов.

1.2 Понятие о двойном электрическом слое, окислительно-восстановительном потенциале.

1.3 Статическое электричество в трубопроводах.

1.4 Методы и средства защиты от статического электричества.

2 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1 Лабораторная установка для проведения экспериментов.

2.2 Методика определения окислительно-восстановительного потенциала среды.

2.3 Определение рН промысловых и коррозионных сред.

2.4 Определение скорости коррозии трубной стали методом поляризационного сопротивления.

2.5 Определение скорости коррозии трубной стали методом снятия поляризационных кривых.

2.6 Определение скорости коррозии трубной стали гравиметрическим анализом.

3 РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОВЕДЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ, ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ.

3.1 Активация водной фазы при транспортировке водонефтяной смеси по трубопроводам.

3.2 Влияние антистатических составов на электризацию нефти.

3.3 Влияние деэмульгаторов на электризацию нефти.

3.4 Реализация парного регрессионного анализа «1-ЕЬ» в условиях различной обводненности нефти.

3.5 Описательная статистика скорости коррозии трубной стали.

4 МЕТОДИКА СНИЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЗАЦИИ НЕФТИ.

5.1 Расчет электризации нефти.

5.2 Влияние электростатических зарядов на свойства фаз.

5.3 Устройство для снятия электростатических зарядов с нефтепровода (УЭЗН).

5.4 Дозирование ПАВ в нефтедобывающую скважину.

5 РАСЧЕТ ПОЖАРНОГО И ТЕХНОГЕННОГО РИСКОВ.

5.1 Оценка вероятности реализации аварийных ситуаций и сценариев их дальнейшего развития.

5.2 Определение частоты реализации пожароопасных ситуаций.

5.3 Построение полей опасных факторов пожара для различных сценариев его развития.

5.3.1 Количественная оценка массы горючих веществ, поступающих в окружающее пространство в результате возникновения пожароопасных ситуаций.

5.3.2 Определение параметров волны давления при сгорании паровоздушного облака.

5.4 Вычисление расчетных величин пожарного риска на территории объекта.

5.5 Индивидуальный пожарный риск на территории объекта.

5.6 Расчет техногенного риска.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение безопасности эксплуатации оборудования для подготовки и хранения нефти в условиях накопления электростатических зарядов в водонефтяной смеси»

Актуальность работы

Согласно Федеральному закону № 116-ФЗ от 21.07.1997 «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» оборудование для подготовки и хранения нефти по условиям эксплуатации относится к категории опасных производственных объектов, что обусловлено воздействием на него ряда известных факторов, которые могут способствовать развитию аварийных отказов за счет ухудшения технологических свойств отдельных узлов и деталей, а также возникновению пожаровзрывоопасных ситуаций. К таким факторам, например, относится наличие физических и геометрических концентраторов напряжений в металле оборудования для подготовки и хранения нефти, его коррозионная усталость под воздействием эксплуатационных нагрузок, общая коррозия углеродистых и низколегированных сталей нижних поясов резервуаров, высокая вероятность возгорания паров нефтепродуктов при их аварийном разливе и ряд других. Изучению и разработке методов предотвращения возникающих при этом осложнений посвящено большое количество работ, которые способствовали достижению значительного прогресса в обеспечении безопасности эксплуатации данного вида оборудования.

Отметим, что еще одним негативным фактором, изучению которого до настоящего времени практически не уделялось внимания, является электризация водонефтяной смеси. Электростатические заряды, образующиеся в трубопроводах в процессе транспортировки нефти, накапливаются в объеме водонефтяной смеси и существенно изменяют коррозионную активность водной фазы, что значительно увеличивает аварийность оборудования для хранения и подготовки нефти, а также создает благоприятные условия для возникновения пожаров и взрывов в резервуарах.

В связи с этим проблема исследования влияния электростатических зарядов на коррозионную обстановку, складывающуюся в оборудовании для подготовки и хранения нефти, а также его пожаровзрывоопасность, имеет существенное научное и прикладное значение, так как разработка эффективных методов и средств борьбы с этим видом осложнений позволила бы значительно повысить безопасность эксплуатации производственных объектов на нефтяных промыслах.

Цель работы

Разработка научно обоснованного метода повышения безопасности эксплуатации оборудования для подготовки и хранения нефти при накоплении в водонефтяной смеси электростатических зарядов путем исследования влияния статического электричества на пожаровзрывоопасность и особенности коррозии емкостного оборудования нефтепромыслов.

Основные задачи исследований

1 Разработка методики и необходимого оборудования для лабораторного исследования процесса электризации водонефтяной смеси при ее транспортировке по промысловым нефтепроводам.

2 Исследование влияния водной фазы, активированной накопленными электростатическими зарядами, на особенности коррозии металла оборудования для подготовки и хранения нефти.

3 Разработка научно обоснованного метода снижения интенсивности накопления перераспределяющихся электростатических зарядов в водонефтяной смеси, а также технических средств для его осуществления.

4 Промышленная апробация разработанного метода и технических средств, а также их внедрение на нефтедобывающих предприятиях с целью повышения безопасности эксплуатации оборудования для подготовки и хранения нефти.

5 Оценка рисков аварий на резервуарах для хранения нефти при использовании разработанного метода и устройства для их защиты от статического электричества.

Научная новизна

1 Установлено, что при транспортировке водонефтяной смеси по нефтепроводам происходит перераспределение электростатических зарядов между водой и нефтью с локализацией отрицательных зарядов в водной фазе, а положительных - в нефтяной. Научно обосновано, что причиной подобной локализации является протонирование молекул нефти с образованием в ней карбокатионов, которые сохраняют стабильность до пунктов хранения и подготовки. Показано, что в дальнейшем на стадиях хранения и подготовки нефти происходит миграция положительных зарядов из нефтяной фазы в остаточную водную фазу и промывочную водную фазу, что повышает их коррозионную активность и негативно сказывается на безопасности эксплуатации емкостного оборудования.

2 Экспериментально показано, что применение антистатических составов существенно снижает накопление электростатических зарядов в нефти и воде, уменьшая коррозионную активность водной фазы на стадии хранения нефти и препятствуя повышению кислотности водной вытяжки из нефти на стадии подготовки, в результате чего повышается безопасность эксплуатации технологического оборудования.

3 Научно обосновано и экспериментально подтверждено, что деэмуль-гаторы, повсеместно применяемые в нефтяной отрасли, увеличивают перераспределение электростатических зарядов между водной и нефтяной фазами, снижая, тем самым, безопасность эксплуатации технологического оборудования и повышая его пожаровзрывоопасность.

Практическая ценность

При участии соискателя в ООО «Раилан-Кеми» (г. Уфа) разработаны методические указания «Методика определения параметров устройства для снятия электростатических зарядов с нефтепровода (УЭЗН)», в соответствии с которыми в ЗАО «Нефтемонтаждиагностика» (г. Уфа) изготовлено данное устройство. УЭЗН было установлено на трубопроводе ОАО «Татнефть» перед входом в резервуар цеха первичной подготовки нефти. В процессе эксплуатации водородный показатель подтоварной воды в резервуаре повысился с 6,2 до 6,8; а окислительно-восстановительный потенциал уменьшился с 610 до 530 мВ (н.в.э.), что позволило снизить скорость коррозии трубной стали в водной фазе в среднем в 3 раза и, соответственно, уменьшить аварийность при эксплуатации емкостного оборудования на нефтепромысле в 2,7 раза. Метод дозирования антистатических составов апробирован и применяется в ООО «Регион-сервис» для повышения безопасности эксплуатации емкостного оборудования нефтепромыслов. Дозирование антистатика «Аминосилок-сан» на устье ряда скважин показало снижение скорости коррозии стали 20 в подтоварной воде нефтесборного резервуара в среднем с 1,7 до 0,5 мм/год. При этом аварийность оборудования цеха первичной подготовки нефти снизилась в 3,4 раза.

Апробация результатов исследований

Основные результаты работы доложены и обсуждались на научно-практической конференции «Энергоэффективность. Проблемы и решения» (г. Уфа, 2008); V международной учебно-научно-практической конференции «Трубопроводный транспорт - 2009» (г. Уфа, 2009); 60-й, 61-й и 62-й научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (г. Уфа, 2009, 2010, 2011); научно-практической конференции «Энергоэффективность. Проблемы и решения» (г. Уфа, 2010); международных научно-технических конференциях «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» (г. Уфа, 2011, 2012); 3-й международной студенческой научно-практической конференции «Oil and gas horizons 2011» (Москва, 2011); научно-практической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники» (г. Уфа, 2011); V научно-практической конференции «Промышленная безопасность на взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектах. Технический надзор, диагностика и экспертиза» (г. Уфа, 2011).

Публикации

Основные результаты исследований опубликованы в пятнадцати печатных работах, в том числе в трех статьях в рецензируемых изданиях.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и 3 приложений. Объем диссертации 166 страниц машинописного текста; приводится 35 таблиц, 53 иллюстрации, 3 приложения. Список литературы содержит 114 наименований.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Тюсенков, Антон Сергеевич, 2012 год

1. Стандарт «Порядок проведения лабораторных и опытно-промысловых испытаний химических реагентов для применения в процессах добычи и подготовки нефти и газа» СТ-17-03-02.

2. ГОСТ Р 51858-2002 «Нефть. Общие технические условия».

3. Куликов В.Д., Шибнев А. В., Яковлев А.Е., Антипьева В.Н. Промысловые трубопроводы. М: Недра, 1994. - 303 с.

4. Тюсенков А.С. Устройство для снятия статического заряда с нефтепровода. / 'Энергоэффективность. Проблемы и решения: материалы X Российского энергетического форума. Уфа: изд-во ГУП «ИПТЭР», 2010. - С. 209-210.

5. Антипин Ю.В., Валеев М.Д., Сыртланов А.III. Предотвращение осложнений при добыче обводненной нефти. Уфа: Башк. кн. изд-во, 1987. -168 с.

6. ГОСТ 9.502-82 «Единая система защиты от коррозии и старения. Ингибиторы коррозии металлов для водных систем. Методы коррозионных испытаний»

7. ГОСТ 9.506-87 «Единая система защиты от коррозии и старения. Ингибиторы коррозии металлов в водно-нефтяных средах. Методы определения защитной способности».

8. Жук Н.П. Курс коррозии и защиты металлов. М.: Металлургия, 1976.-472 с.

9. Саакиян JI.C., Ефремов А.П. Защита нефтегазопромыслового оборудования от коррозии. М.: Недра, 1982. - 227 с.

10. Газимов М.Г., Максутов P.A., Кадеев K.M. Электризация при освоении и эксплуатации скважин. Казань: «Таткнигоиздат», 1972. - 160 с.