Универсальный лабораторный стенд “Модельный трубопровод”

(51) 01 3/24 (2006.01) 09 23/16 (2006.01) 17 1/16 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ термостатирующей жидкостью, сопло, термостаты и мешалки, при этом в емкость для нефти встроена мешалка с перфорированными лопастями, а сама емкость установлена в ванне с термостатирующей жидкостью и соединена со спиралью модельного трубопровода, установленного в другой ванне с термостатирующей жидкостью спираль модельного трубопровода соединена с емкостью для нефти трубками для перекачки нефти, на которых установлено сопло и блок для физической обработки нефти. Техническим результатом предлагаемого устройства является расширение его функциональных возможностей за счет обеспечения оценки эффективности действия физических(ввод депрессорных присадок,ингибиторов парафиноотложения и противотурбулентных присадок) способов улучшения транспортных характеристик нефти, путем получения значений давления перезапуска, статического предельного напряжения сдвига и параметра гидравлической эффективности в условиях,максимально приближенных к реальным условиям трубопроводной транспортировки нефти.(72) Алдыяров Тимур Кубаисович Дидух Александр Геннадьевич Боранбаева Лаура Ергалиевна Габсаттарова Гульнара Амангельдиевна Насибулин Марат Давлетович(54) УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ СТЕНД МОДЕЛЬНЫЙ ТРУБОПРОВОД(57) Изобретение относится к устройствам,применяемым в нефтяных и нефтехимических лабораториях и может быть использовано для окончательной оценки эффективности того или иного метода обработки нефти, направленного на улучшение ее транспортных характеристик снижения значений статического предельного напряжения сдвига и увеличения гидравлической эффективности. Универсальный лабораторный стенд,содержащий емкость для нефти, трубки для перекачки нефти, задвижки для регулирования расхода, отличающийся тем, что он дополнительно содержит спираль модельного трубопровода, блок для физической обработки нефти, ванны с Изобретение относится к устройствам,применяемым в нефтяных и нефтехимических лабораториях и может быть использовано для окончательной оценки эффективности того или иного метода обработки нефти, направленного на улучшение ее транспортных характеристик снижение значений статического предельного напряжения сдвига и увеличение гидравлической эффективности. Известны установки для определения точки застывания,текучести и помутнения(//.////239.), модель 412, -530, которые обеспечивают контроль за температурой застывания и температурой текучести необработанной нефти и нефти, подвергнутой физико-химической обработке в соответствии с 97,5853-95, ГОСТ 20287-91, СТ РК 1530-2006. По снижению температуры застывания можно оценить эффективность того или иного метода воздействия на нефть. Однако данная установка не позволяет определить напряжение сдвига, а также не может быть применена для оценки эффективности действия противотурбулентных присадок. Известны так же ротационные вискозиметры различных моделей и производителей ,Реотест и др.(//.//11764) позволяющие проводить исследования влияния различных методов на снижение реологических параметров жидкостей (динамическая вязкость,напряжение сдвига). Исследуемая вязкая среда (до и после физико-химической обработки) помещается в зазор между двумя соосными телами правильной геометрической формы (цилиндры, конусы, сферы или их сочетания). Одно из тел, называемое ротором, приводится во вращение с постоянной скоростью,другое остатся неподвижным. Вращающийся с постоянной скоростью ротор вискозиметра при погружении в жидкость или расплав встречает сопротивление равномерному вращательному движению, на валу двигателя возникает тормозящий момент,прямо пропорциональный вязкости среды, что вызывает соответствующее изменение электрических регистрируемых характеристик двигателя. При измерениях на ротационном вискозиметре также определяется предельное напряжение сдвига(величина такого касательного напряжения сдвига,при котором жидкость выводится из состояния равновесия и начинает двигаться), которое может быть найдено в результате экстраполяции прямой части кривой значений напряжений сдвига. Эффективность того или иного физико-химического метода обработки нефти оценивается по снижению значения предельного динамического напряжения сдвига. Наиболее важной характеристикой является статическое предельное напряжение сдвига значение, характеризующее начало движения нефти после длительного пребывания в неподвижном состоянии. Так, в работах ГУП Институт проблем транспорта энергоресурсов (Россия) используется методика определения динамического и 2 статического предельного напряжения сдвига по реовискограмам,полученным в диапазоне изменения скоростей сдвига при прямом(постепенное увеличение скорости сдвига от минимального значения) и обратном (постепенное уменьшение скорости сдвига от максимального значения) ходе. Общим недостатком известных устройств является- отдаленность условий испытаний от реальных условий транспортировки нефти по нефтепроводу по значениям температуры потери текучести или температуры застывания невозможно определить предельное напряжение сдвига, а определяемые на ротационном вискозиметре значения предельного напряжения сдвига сильно зависят от скорости снятия кривых и не могут быть показателями при определении состояния нефти в случае остановки трубопровода на 24 - 72 часа.- невозможность определения гидравлической эффективности в случае обработки нефти противотурбулентной присадкой. Наиболее близким заявленному стенду является лабораторный гидродинамический стенд (Белоусов Ю.П. Противотурбулентная присадка. Новосибирск. 1986. 143 с.), принцип работы которого основан на создании циркуляционного кольца. Установка состоит из емкости для нефти, центробежного насоса, задвижки для регулирования расхода,дозирующего насоса, емкости с присадкой,стального трубопровода, измерительного бака и трех сменных измерительных участков. По увеличению расхода нефти оценивают гидравлическую эффективность действия противотурбулентной присадки к нефти. Недостатком принятого за прототип технического решения является невозможность определения на данной установке предельного статического напряжения сдвига и оценки эффективности других физико-химических методов(например,тепловой обработки или ввод депрессорных присадок). Задача представленного изобретения обеспечить возможность оценки эффективности действия различных физико-химических методов улучшения транспортных характеристик нефти в условиях, максимально приближенных к реальным,а также обеспечить возможность дополнения полученных с использованием изобретения результатов другими данными, полученными с применением известных установок. Создание универсальной установки, позволит оценить эффективность действия как физических(термообработка, барообработка, электромагнитное воздействие, акустическая обработка), так и химических (ввод ингибиторов, депрессорных или противотурбулентных присадок) методов обработки нефти в условиях, максимально приближенных к реальным условиям транспортировки нефти по трубопроводу. Техническим результатом предлагаемого устройства является расширение его функциональных возможностей за счет обеспечения оценки эффективности действия физических(ввод депрессорных присадок,ингибиторов парафиноотложения и противотурбулентных присадок) способов улучшения транспортных характеристик нефти, путем получения значений давления перезапуска, статического предельного напряжения сдвига и параметра гидравлической эффективности в условиях,максимально приближенных к реальным условиям трубопроводной транспортировки нефти. Технический результат достигается тем, что универсальный лабораторный стенд содержит емкость для нефти трубки для перекачки нефти задвижки для регулирования расхода отличается тем, что он дополнительно содержит спираль модельного трубопровода, блок для физической обработки нефти, ванны с термостатирующей жидкостью, сопло, термостаты и мешалки, при этом в емкость для нефти встроена мешалка с перфорированными лопастями, а сама емкость установлена в ванне с термостатирующей жидкостью и соединена со спиралью модельного трубопровода, установленного в другой ванне с термостатирующей жидкостью спираль модельного трубопровода соединена с емкостью для нефти,трубками для перекачки нефти, на которых установлено сопло и блок для физической обработки нефти. На фиг. изображена схема универсального лабораторного стенда. Универсальный лабораторный стенд состоит из ванны с термостатирующей жидкостью (1, 2) мешалки термостатирующей ванны (3, 4) емкости для нефти(5) мешалки для нефти с перфорированными лопастями (6) трубки для перекачки нефти (7) баллона с газом (8) манометра (9, 10, 11) сопла(12) двухходового крана (13, 14) спирали модельного трубопровода (15) измерительной трубки (16) емкости для сбора нефти (17) термостата (18, 19) спирали теплообменника (20,21) соединительных шлангов (22) перегородки ванны (23) запорного крана (24, 25, 26) блока для физической обработки (27). Универсальный лабораторный стенд работает следующим образом. Для определения статического напряжения сдвига и давления перезапуска нефть заливают в емкость для нефти 5, доводят при медленном перемешивании до необходимой температуры (в зависимости от задач исследования),используя ванну 1, программируемый термостат 18 и мешалку 3. В зависимости от поставленной задачи производят химическую обработку нефти (в емкость для нефти 5) путем ввода в нее реагента - присадки(термообработка,барообработка, электромагнитное воздействие,акустическая обработка). Для этого предусмотрен блок для физической обработки 27, на который устанавливаются сменные стандартные устройства(ультразвуковое устройство, источник магнитного поля и т. п.). Барообработка производится путем подачи сжатого воздуха в емкость для нефти 5 и закрытием запорного крана 25, тем самым создавая определенное давление (в зависимости от задач исследования). После завершения стадии обработки нефть охлаждают в динамическом режиме, задавая соответствующие скорости движения в емкость для нефти 5 (частота вращения мешалки регулируется,имитируя реальную скорость движения нефти в трубопроводе) и охлаждения (скорость охлаждения регулируется, имитируя реальное температурное поле нефти в трубопроводе) с помощью термостата 18. После динамического охлаждения нефтью заполняют спираль 15 и продолжают охлаждение в статических условиях (имитируя реальные условия охлаждения нефти) с помощью термостата 19 и ванны 2. Заполнение спирали обычно проводится при температуре нефти на 6-9 выше температуры потери текучести нефти. При заполнении спирали нефть после динамического охлаждения, при необходимости, может быть пропущена через сопло(12) (круглая металлическая пластинка толщиной 2 мм с центральным отверстием диаметром 1,2 мм). Пропускание нефти через сопло моделирует прохождение нефти через центробежные магистральные насосы за счет возникновения сравнимых сдвиговых напряжений. Для определения давления перезапуска и статического предельного напряжения сдвига переключают кран 14 в направлении измерительной трубки 16. После этого открывают краны 25 и 13,используя газовый баллон, поэтапно повышают давление на 1 Па каждые 15 минут и определяют момент страгивания нефти по изменению уровня нефти в измерительной трубке 16. Значение давления, зафиксированное на манометре 10, в момент начала движения нефти в измерительной трубке соответствует давлению перезапуска. Статическое предельное напряжение сдвига рассчитывали по формуле где р - давление перезапуска на модельном трубопроводе, кПа-длина модельного трубопровода (м)- диаметр модельного трубопровода (м). Для определения эффективности действия противотурбулентной присадки нефть заливают в емкость для нефти 5, нагревают или охлаждают при медленном перемешивании до необходимой температуры,(в зависимости от задач исследования),используя ванну 1,программируемый термостат 18 и мешалку 3. Заполняют спираль исследуемой нефтью при помощи диафрагменного вакуум/насоса или сжатого инертного газа из газового баллона 8, а на выходе из трубки для перекачки нефти (7) устанавливается мерный цилиндр объемом 1000 мл, а так же зажимается двухходовой кран (14) на 20-40 для создания в трубопроводе определенного постоянного давления. 3 После проведения настройки аппаратуры и регулирования давления,через спираль пропускается определенный объем сырой нефти при постоянном заданном давлении за определенное время, отмеренное секундомером. Для частоты эксперимента необходимо повторить опыт 3-5 раз,после чего обработать нефть противотурбулентной присадкой и повторить опыт. В ходе эксперимента фиксируют изменение расхода нефти или давления в трубопроводе. По полученным данным определяют гидравлическую эффективность и оценивают действие противотурбулентной присадки. При этом используются формулы где ГЭ - гидродинамическое сопротивление Р снижение гидродинамического сопротивления Р 0, Рптп - средние значения по потерям давления на трение без применения и с применением присадки 0 - среднее значение расхода нефти без применения присадки птп - среднее значение расхода нефти с применением присадки. Расчет параметра гидравлической эффективности ПТП производился согласно 2 20 птп/ 01001 птп 0/ 0 птп 100 ,(4) 2 где- параметр гидравлической эффективности 0 -коэффициент гидравлического сопротивления без присадки птп коэффициент гидравлического сопротивления с присадкой в уравнении Дарси Вейсбаха. Использование данного устройства позволит оценить эффективность действия физических парафиноотложения,противотурбулентные присадки) способов улучшения транспортных характеристик нефти в условиях, максимально приближенных к реальным условиям транспортировки нефти по трубопроводу уточнить выводы по эффективности того или иного способа,полученные на основе лабораторных реологических исследований,проведенных по известным методикам ГОСТ, СТ РК и АСТМ, и выдать рекомендации для проведения опытнопромышленных испытаний исследованной технологии обработки нефти. Предлагаемое устройство универсально и может применяться как для оценки эффективности действия физических(депрессорные присадки,ингибиторы парафиноотложения,противотурбулентные присадки) способов улучшения транспортных характеристик нефти в условиях, максимально приближенных к реальным условиям транспортировки нефти по трубопроводу. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Универсальный лабораторный стенд,содержащий емкость для нефти, трубки для перекачки нефти, задвижки для регулирования расхода, отличающийся тем, что он дополнительно содержит спираль модельного трубопровода, блок для физической обработки нефти, ванны с термостатирующей жидкостью, сопло, термостаты и мешалки, при этом в емкость для нефти встроена мешалка с перфорированными лопастями, а сама емкость установлена в ванне с термостатирующей жидкостью и соединена со спиралью модельного трубопровода, установленного в другой ванне с термостатирующей жидкостью спираль модельного трубопровода соединена с емкостью для нефти,трубками для перекачки нефти, на которых установлено сопло и блок для физической обработки нефти.