Разработка методов расчета процессов электризации нефти в трубопроводах и хранилищах цилиндрического типа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.26.03, кандидат технических наук Путко, Александр Эвертович

• Путко, Александр Эвертович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Путко, Александр Эвертович

ГЛАВА 1. ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭЛЕКТРИЗАЦИИ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ.

1.1 Механизм возникновения двойного электрического слоя на границе жидкость-твердое тело.

1.2 Механизм электризации при движении жидкости в заземленной трубе

1.3 Механизм электризации нефти в резервуарах-хранилищах.

1.4 Выводы по главе 1. Задачи, решаемые в данной работе.

ГЛАВА 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРИЗАЦИИ НЕФТЕПРОДУКТА В ТРУБОПРОВОДАХ.

2.1 Цель и задачи экспериментального исследования.

2.2 Описание экспериментальной установки.

2.3 Метод проведения эксперимента и обработка результатов измерений.

2.4 Обработка и анализ результатов экспериментального исследования электризации нефтепродукта в трубопроводе.

2.5 Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЗАЦИИ НЕФТИ В ТРУБОПРОВОДАХ.

3.1 К теории электризации нефти в трубопроводах.

3.2 Метод экспериментального определения показателя экспоненты к, характеризующего интенсивность электризации.

3.3 Метод расчета эффективной толщины диффузного слоя , объемной плотности электрического заряда, величины заряда в трубопроводе и силы тока электризации.

3.4 Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЗАЦИИ В РЕЗЕРВУАРАХ-ХРАНИЛИЩАХ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ.

4.1 К теории электризации нефти в нефтехранилищах.

4.2 Математическая модель электризации нефти и нефтепродуктов в резервуарах-хранилищах.

4.3 Метод расчета электризации в вертикальных цилиндрических резервуарах-хранилищах с конической крышей типа РВС-5000.

4.4 Метод расчета электризации в вертикальных цилиндрических резервуарах-хранилищах типа РВС-10000.

4.5 Определение безопасного значения объемной плотности статического электричества заряда в нефти, закачиваемой в резервуар.

4.6 Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методов расчета процессов электризации нефти в трубопроводах и хранилищах цилиндрического типа»

ПРИЛОЖЕНИЕ А.131

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

Проблема обеспечения надежной эксплуатации и врзыво- и пожаробезопасной работы трубопроводов и систем хранения нефти и нефтепродуктов является важнейшей задачей на сегодня.

В настоящее время происходит интенсивное увеличение производительности перекачивающих систем и трубопроводов, а также объемов нефтепродуктов, перекачиваемых по этим трубопроводам (системам). С каждым годом объем экспортируемой из нашей страны нефти и нефтепродуктов увеличивается, строятся новые линии трубопроводов, увеличиваются объемы нефтепродуктов, перекачиваемых через существующие трубопроводы.

Для обеспечения надлежащего качества нефтепродуктов в системах трубопроводов используются различные фильтры и системы очистки конечного продукта - нефтепродуктов, используются также различные присадки и сорбенты. Все это вместе с увеличением производительности систем перекачки выводит на первое место проблему возникновения статического электричества в трубопроводах и системах хранения нефти и нефтепродуктов.

Статическое электричество порождает в трубопроводном транспорте и системах хранения нефти и нефтепродуктов ряд проблем, среди которых главными являются защита от пожаров и взрывов.

С учетом повышения требований к экологической и промышленной безопасности объектов и технологических производств нефтегазовой отрасли, а также с учетом возрастания объема транспортировки и хранения нефтепродуктов, возникает необходимость разработки современной системы контроля и управления статической электризацией нефтепродуктов, протекающих по промышленным трубопроводам и загружаемых в резервуары и нефтехранилища. В данных условиях при эксплуатации промышленных объектов наиболее важной задачей является возможность эффективного прогнозирования аварийных ситуаций, предсказания возможности взрыва или пожара и контроля статической электризации нефтепродуктов в системах транспортировки нефти и нефтепродуктов.

На данный момент существуют программно-алгоритмические комплексы, оснащенные средствами моделирования, анализа и прогнозирования, позволяющие быстро и эффективно определить по заданным параметрам состояние системы и ее поведение в будущем. Данные программно-алгоритмические комплексы позволяют выявить критические значения параметров системы, влияющие на стабильное состояние работы системы и ответственные за возможные аварийные ситуации. Это является предпосылкой к созданию новых моделей и методик, наиболее полно отражающих процессы в системах транспортировки и хранения нефти и нефтепродуктов.

Повышение эффективности работы систем транспортировки и хранения нефти и нефтепродуктов, а также увеличение производительности транспортировки нефти и нефтепродуктов невозможно без научно-обоснованного определения и прогнозирования аварийных ситуаций.

Увеличение производительности напрямую связано с интенсивностью электризации нефти и нефтепродуктов, так как чем выше производительность систем перекачки, тем выше интенсивность электризации нефти и нефтепродуктов и больше возможность возникновения взрывов и пожаров.

Таким образом, для обеспечения взрывобезопасности трубопроводов требуется анализировать негативные факторы электризации нефтепродуктов, развивать методы оценки интенсивности этого процесса, величин объемной плотности электрического заряда, самого электрического заряда, напряжения и т.д. А также совершенствовать конструкции трубопроводов и хранилищ, основываясь на результатах современных экспериментальных и теоретических исследований. Решение этих задач позволит: обеспечить взрывобезопасность эксплуатации в течение всего срока, определить наиболее эффективные пути обеспечения их эксплуатационной надежности.

Электризация нефти при ее движении в трубопроводах является причиной попадания зарядов статического электричества в резервуары и хранилища нефтепродуктов. Это способствует возникновению искрового разряда в парогазовой атмосфере хранилища и, в конечном счете, может привести к тяжелейшей аварии. Отсюда вытекает важность прогнозирования возникновения опасных ситуаций в резервуарах-хранилищах и обеспечения нужного уровня безопасности и надежности эксплуатации последних.

В связи с этим весьма актуальными являются работы по совершенствованию методов расчета процессов электризации нефти в трубопроводах и, в частности, повышению точности расчета.

В настоящее время на территории Западной Сибири находятся магистральные трубопроводы общей протяженностью около 17 тыс. км., из них в Тюменской области 8 тыс. км, 83 нефтеперекачивающие станции, резервуарные парки общей вместимостью более 2,5 млн. м3.

Несмотря на снижение объемов перекачки в последнее время, вызванное сокращением добычи нефти, основная часть резервуарного парка продолжает активно эксплуатироваться и развиваться. Наличие большого запаса резервуарных емкостей позволяет в новых экономических условиях получать дополнительные прибыли от товарно-транспортных операций и дает преимущества в сфере управления и принятия решений руководством фирмы. Поэтому вопросам обеспечения эксплуатационной надежности резервуарных парков в настоящее время придается важное значение.

Учитывая такую протяженность трубопроводов и объем хранилищ нефти и нефтепродуктов исследования в данном направлении крайне актуальны.

На основании выше изложенного была сформулирована следующая цель работы - разработать универсальный метод расчета параметров электризации внутри цилиндрических резервуаров любых объемов, а также разработать метод и устройство для измерения параметров электризации непосредственно в трубопроводах.

Основные задачи, решаемые в диссертационной работе:

1) Создать экспериментальный комплекс, позволяющий в реальном времени давать оценку степени электризации нефтепродуктов в трубопроводе;

2) Исследовать механизм возникновения статического электричества в трубопроводах и системах хранения нефти и нефтепродуктов;

3) Разработать метод расчета процессов электризации в нефти и нефтепродуктов в трубопроводах, обеспечивающий возможность уточненной оценки этих процессов с точки зрения возможности увеличения скорости прокачки нефтепродукта;

4) Разработать метод расчета электрических потенциалов электростатического поля, образующегося в цилиндрических резервуарах.

Заключение диссертации по теме «Пожарная и промышленная безопасность (по отраслям)», Путко, Александр Эвертович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Одним из наиболее эффективных путей снижения количества аварий и обеспечения взрыво- и пожаробезопасной эксплуатации трубопроводов и систем нефтехранилищ являются развитые методы диагностики основных параметров хранения и перекачки нефти, для обоснования которых весьма важно, в числе прочего, создание и совершенствование методов прогнозирования электризации нефти при ее перекачке и хранении на основе математического моделирования. Упомянутые параметры необходимы также для автоматизированного анализа и управления объектами перекачки и хранения нефти.

По результатам работы могут быть сделаны следующие основные выводы:

1) Разработаны экспериментальный способ и устройство, позволяющие определять по электрическому сопротивлению жидкости концентрацию потенциалопределяющих ионов.

2) Разработан метод расчета процессов электризации нефти в трубопроводах, использующий значение предварительно измеренной концентрации потенциалопределяющих ионов с учетом изменения скорости протекания жидкости в различных слоях в функции радиуса, что повышает достоверность результатов.

3) Разработан метод расчета электрических потенциалов в нефти и значений напряженностей электростатического поля в паровоздушной среде в цилиндрических резервуарах. Метод основан на решении уравнения Пуассона в виде интеграла.

4) Способ и устройство для определения концентрации ионов в объеме нефти в трубопроводах, позволили создать уточненный метод расчета процесса электризации нефти в трубопроводе. Метод позволяет на стадии проектирования прогнозировать возможность возникновения взрывоопасных ситуаций и соответственно корректировать скорость закачки нефти с целью получения экономического эффекта.

1) Антропов Л.И. Теоретическая электрохимия: Учебник для студентов хим. и химико-технологических вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк, 1984.-519с., ил.

2) Boumans A.A. The theory of electrification in low conductivity fluids.-Physika 23, 1957, p. 1038-1047.

3)Dukek W. G., Bachan К. C. Erdol u. Kohle-Erdgas-Petrochem. Ver. Brenst.-Chem., 1972, Jg. 25, N 3, S. 146-152.

4) Gavis J.,Koszman I. Development of charge in lowconductivity liguids flowing past surfaces; a theory of the phenomenon in tubes.-J.Coll. Sci., August 1961 ,vol. 16,p.375-391.

5) Gavis J.,Koszman I. Development of charge in lowconductivity liguids flowing past surfaces.-Chem. Eng. Sci., December 1962, v. 17, p. 1023-1040.

6)Guillou C. Revue General de Mechanique Electricite, 1959, v. 143, N 125, p. 121—132.

7) Rogers,D. Т., Schlukser C. R. S. La Rivista dei Combustibili, 1960, B. 14 N 4, S. 291-323

8) Адамчевский И. Электрическая проводимость жидких диэлектриков. Л., «Энергия», 1972. 296 с.

9)Базуткин В.В и др. Техника высоких напряжений: Изоляция и перенапряжения в электрических системах: Учебник для вузов/В.В. Базуткин, В.П. Ларионов, Ю.С. Пинталь; Под общ. ред. В.П. Ларионова. -3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1986 - 464 е.: ил.

10)Безопасность жизнедеятельности. Учебник для вузов/ С.В. Белов, А.В. Ильницкая, А.Ф. Козьяков и др.; Под. общ. ред. С.В. Белова. 2-е изд., испр. и доп. - М.: Высш. шк., 1999,448с.: ил.

11)Бобровский С. А. Автореферат диссертации. -М: МИНХ и ГП, 1969.

12)Бобровский С. А. Измерение плотности электрического заряда в резервуарах. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов, 1966, №1, с. 21-24.

13)Бобровский С.А. Определение наибольшей величины электрического заряда в трубопроводах., Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов, 1969, №5, с. 14-17

14)Бобровский С.А. Электризация продуктов нефтепереработки и нефтехимии. - М. ЦНИИТЭнефтехим, 1967,45с.

15)Бобровский С.А., Яковлев Е.И. Защита от статического электричества в нефтяной промышленности. - М., Недра, 1983, 160с.

16)Бондаренко П.М., Сафиуллин В.М. Расчет электростатических полей в нефтяных и нефтепродуктовых резервуарах. «Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов», 1971, №8, с.9.

17)Бондаренко П.М., Сафиуллин В.М. Расчет электростатического поля в прямоугольных заземленных емкостях, заполненных неоднородной диэлектрической средой. «Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов», 1972, №2, с. 19-20

18)В.В. Гогосов, Е.И. Никифирович, В.В. Толмачев Электризация слабопроводящей жидкости, текущей по металлической трубе. -Магнитная гидродинамика, 1979,2, с. 59-62.

19)Галка В.Л., Щигловский К.Б. Нормативные документы по обеспечению электростатической искробезопасности. Материалы VII Международной научно-технической конференции «Проблемы повышения технического уровня электроэнергетических систем и электрооборудования кораблей, плавучих сооружений и транспортных средств». ФГУП "ЦНИИ СЭГ'Санкт-Петербург, 2000г.

20)ГОСТ 12.1.018-93 Пожаровзрывобезопасность статического электричества. Общие требования.

21)Дьяконов В., МаШСАЭ 2001: Специальный справочник. СПб.:Питер.2002. - 832 с.:ил.

22)ЖигулинС.П. Оценка опасности статического электричества на объектах нефтегазовой отрасли // Вестник Академии ГПС МЧС России, №5, 2006.

23)Эахарченко В.В., Крячко Н.И., Мажара Е.Ф., Севриков В.В, Гавриленко Н.Д. Электризация жидкостей и ее предотвращение. - М., «Химия», 1975г, 128с.

24)Изгабышев Н. А., Горбачев С, В. Курс теоретической электрохимии. М. —J1., Госхимиздат, 1951. 504 с.

25)Иоссель Ю. Я., Щигловский К. Б. На борту янтарное электричество. J1. «Судостроение», 1966. 140 с.

26)Кицис С.И. , Путко А.Э. Распределение электрических потенциалов в заполненном нефтью резервуаре. Нефть и Газ: проблемы недропользования, добычи и транспортировки. Материалы научно-технической конференции, посвященной 90-летию со дня роэвдения В.И. Муравленко. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2002.- 245с.

27)Кицис С.И., Путко А.Э. Закономерности строения электрического поля в газовом пространстве нефтехранилища цилиндрического типа при различном его заполнении. «Нефть и газ», 2004, №4, с.87-93.

28)Кицис С.И. , Путко А.Э. К теории электризации нефти в нефтехранилищах. «Известия вузов. Нефть и газ», 2004, №1, с.74-82.

29)Кицис С.И. , Путко А.Э. Методика расчета электризации нефти в трубопроводах по значению концентрации потенциалоопределяющих ионов. «Нефтепромысловое дело», 2005, №10, с.52-59.

30)Кицис С.И., Власова Е.П., Методика расчета электризации нефти в промысловых и магистральных нефтепроводах. «Нефть и газ», 2001, №2, с.62-63

31)Кицис С.И., Власова Е.П., Путко А.Э. Методика расчета электризации нефти в промысловых и магистральных нефтепроводах. Электроэнергетика и применение передовых современных технологий в нефтегазовой промышленности. Материалы областной научнопрактической конференции. - Тюмень: Изд-во: «Нефтегазовый университет», 2003, с.64-66.

32)Кицис С.И., Путко А.Э. Оценка величин пробивных напряженностей, возникающих в верхней части заполняемых нефтехранилищ цилиндрического типа. Электроэнергетика и применение передовых современных технологий в нефтегазовой промышленности. Материалы областной научно-практической конференции. - Тюмень: Изд-во: «Нефтегазовый университет», 2003, с.69-71.

33)Кицис С.И., Путко А.Э. Расчеты электризации нефти в цилиндрических резервуарах. Электроэнергетика и применение передовых современных технологий в нефтегазовой промышленности. Материалы областной научно-практической конференции. - Тюмень: Изд-во: «Нефтегазовый университет», 2003, с.66-68.

34)Кучумов Р.Я.,Кучумов Р.Р. Моделирование надежности функционирования нефтепромысловых систем.-Тюмень: «Вектор Бук»,2004.-206 с

35)Лёб Л. Б. Статическая электризация. М — Л., Гостехиздат, 1963. 408 с.

36)Льюис Б., Эльбе Г. Горение, пламя и взрывы в газах. М., «Мир», 1968,

37)Максимов Б.К. и др. Электростатическая безопасность при заполнении резервуаров нефтепродуктами. - М.: Энергоатомиздат, 1989. -152 е., ил.

38)Максимов Б.К., Обух A.A. Статическое электричество в промышленности и защита от него. - М.: Энергоатомиздат, 2000. - 96с.: ил.

39)Нейман J1.P., Демирчян К.С. Теоретические основы электротехники. Часть 2. -М.- Л.: Изд. «Энергия», 1973

40)Пат. 2273022 Российская Федерация, МПК7 G01T 27/42. Способ определения концентрации ионов в объеме жидких нефтепродуктов, протекающих в трубопроводах и устройство для его осуществления. [Текст] / Кицис С.И., Путко А.Э.; - заявитель и патентообладатель Тюмен. гос. нефтегаз. ун-т. - № 2004107468, заявл. 11.03.04; опубл. 27.03.06, Бюл. № 9. - 5с.: ил.

41)Пожарная безопасность предприятия. Курс пожарно-технического минимума: Справочник . 5-е изда., доп. (с изм.). - М.:Спецтехника, 2001.448 с.,илл

42)Поляков А. М., Смолина Г. А. В сб.: «Исследования в области поверхностных сил». М., «Наука», 1967, с. 468—482.

43)Попов Б. Г., Веревкин В. Н., Бондарь В. А., Горшков В. И. Статическое электричество в химической промышленности. Л., «Химия», 1971. 208 с

44)Прибылов В.Н. Черный J1.T. Количественная теория электризации диэлектрических жидкостей при ламинарном течении. Коллоидный журнал, 1981, том XLIII, №1, с.71-77.

45)Прибылов В.Н. Черный J1.T. Электризация диэлектрических жидкостей при течении в трубах. Механика жидкости и газа, №6, 1979, с.41-47.

46)Прибылов В.Н., Макаров В.Н., Электризация органических жидкостей при постоянной скорости потока. Вестник Моск. Ун-та, сер.1, Математика и механика. 1998, №4,с.50-53.

47)Путко А.Э., Кицис С.И. Пристеночный электрический ток, возникающий при электризации нефти в трубопроводе. Нефть и газ Западной Сибири. Материалы международной научно-технической конференции, посвященной 40-летию Тюменского нефтегазового университета (Индустриального института). Т.2- Тюмень, ТюмГНГУ, 2003. с.93-94.

48)Путко А.Э., Кицис С.И. Физические основы явления электризации нефти в нефтепромысловых трубопроводах. Нефть и газ Западной Сибири. Материалы международной научно-технической конференции, посвященной 40-летию Тюменского нефтегазового университета (Индустриального института). Т.2-Тюмень, ТюмГНГУ, 2003. с.91-92.

49)Пчелинцев Ю.В.,Кучумов P.P. Эксплуатация и моделирование работы часто ремонтируемых наклонно направленных скважин.-М.: ОАО «ВНИОЭНГ»,2000.-520 с.

50)Раздорожный A.A. Безопасность производственной деятельности: Учеб. пособ. - М.:ИНФРА-М, 2003, - 208с. - (Серия «Высшее образование»)

51)Русак О.Н., Малаян K.P., Занько Н.Г. Безопасность жизнедеятельности: Учебное пособие. 3-е изд., испр. и доп. / Под ред. О.Н. Русака. - Спб.: Издательство «Лань», 2000. - 448 е., ил.

52)Сафиуллин В.М. Определение электростатического поля в железнодорожных цистернах. «Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья», 1973, №9, с. 12-14.

53)Скубаческий В.Г. Влияние местных сужений трубопровода на электризацию топлив. «Транспорт и ранение нефти и нефтепродуктов», 1970, №12, с.18-21.

54)Собурь C.B. Пожарная безопасность предприятия. Курс пожарно-технического минимума: Справочник. - 5-е изд., доп. (с изм). - М.: Спецтехника, 2001. - 448 е., илл.

55)Староба Я., Шиморда И. Статическое электричество в промышленности. M. —JL, Госэнергоиздат, 1960. 248 с.

56)Степанчук К.Ф., Тиняков H.A. Техника высоких напряжений: Ученбое пособие для электроэнерг. спец. втузов,- 2-е изд., перераб. и доп.- Мн.: Выш. Школа, 1982,—367с., ил.

57)Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия: Учеб. для хим.-технол. спец. вузов/Под ред. А.Г. Стромберга. - 2-е изд. перераб. и доп. -М.: Высш. шк., 1988.-496 е.: ил.

58)Уэдзуки. Кобунсу, 1961, т. 10, №4, с. 355—357. (Перевод ВИНИТИ № 28190/2.)

59)Черкасов В.Н. Защита пожаро- и взрывоопасных зданий и сооружений от молнии и статического электричества. -М.: Стройиздат, 1993. ;

60)Электротехнический справочник. Том 2. Под общей редакцией И.Н.Орлова и др.: - М, Изд МЭИ,1998.

61)Яворский Б.М., Детлаф A.A. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов . М.: «Наука», 1965г. - 848 е., ил.

ВНЕДРЕНИЕ

НИЖНЕВАРТОВСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО ХИБНВФТЕПРОВОД' у // о Г г. Нижневартовск

СПРАВКА

Дана Путко А.Э. в том, что разработанный им метод расчета процессов электризации нефти в трубопроводах (промысловых и магистральных) при различных скоростях перекачки для оценки степени безопасности перекачки нефти и возможности повышения скорости перекачки нефти (опубликованный в журнале «Нефтепромысловое дело» 2005, №10) принят к использованию в Нижневартовском УМН ОАО «Сибнефтенровод» ю-РЕВ-04 06:56 мингыроз-ив-нор

ТЕ1:2270

Р: 01

ПАСПОРТ к'АЧКСТНА 11ВФТИ .Кч*^& от ¿суЬл. 2004г.

Лаборатория предприятия ЛИДС "Южный Балык"

Пуша приема сдачи нефти III 1С

РезервуарСИКН №

Дата и время отбора пробы t .

1. Темпратура сдаваемой нефти¿7 "С.Ос

2. Давление сдаваемой нефтимПа

3. Плотносто нефти при температуре и давления сдаваемой неф ти /кг/м' заполняется в случае или отсутствия или отказа маномера

4. Плотность ннефти при 20"С кг/мЗс при 15 кг/мЗ

5. Массовая доля воды0, %

6. Концентрация хлористых солей

Т мг/дмз %

7.Массовая доля мех примисей%

8. Суммарное содержание балласта£%

9. Массовая доля серы У; %

Ю.ДК'ПкПа ^ , -л .

Обозначение нефти но ЮС 1 'ГУ Лэе/^ГсК6/л/и* ¿¿о'с Лаборант хим.анализа