Способ определения объема смеси последовательно перекачиваемых по трубопроводам жидкостей, имеющих различные качественные характеристики

Название	Способ определения объема смеси последовательно перекачиваемых по трубопроводам жидкостей, имеющих различные качественные характеристики
Разработчик (Авторы)	Ляпин Александр Юрьевич, Хотничук Сергей Борисович, Дубовой Егор Сергеевич, Тимофеев Федор Владимирович, Вишневская Юлия Александровна, Макаров Михаил Владимирович, Иванов Дмитрий Евгеньевич
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2708473
Дата регистрации	09.12.2019
Правообладатель	Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть"), Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт трубопроводного транспорта" (ООО "НИИ Транснефть"), Общество с ограниченной ответственностью "Транснефть - Балтика" (ООО "Транснефть - Балтика")
Область применения (класс МПК)	F17D 3/05 (2006.01), F17D 3/18 (2006.01), G01F 1/708 (2006.01)

Описание изобретения

Изобретение относится к трубопроводному транспорту, а именно к способам перекачки жидкостей различного качества по одному трубопроводу с сохранением качества.

При последовательной перекачке жидкостей в зоне контакта последовательно движущихся партий образуется смесь перекачиваемых жидкостей, представляющая собой нетоварный продукт, поэтому необходимы мероприятия по точному определению объема смеси.

Известны способы последовательной перекачки нефтепродуктов с механическими разделителями, выполняющими роль подвижных перегородок между разносортными нефтепродуктами [Ишмухаметов И.Т., Исаев С.Л., Лурье М.В., Макаров С.П. 50 вопросов о последовательной перекачке нефтепродуктов. М.: Нефть и газ, 1997].

Указанные способы характеризуются большой трудоемкостью при их осуществлении.

Известен способ последовательной перекачки нефтепродуктов с размещением в зоне их контакта твердых частиц или газовых пузырьков [SU №272737, F17D 1/14, 1968 г.; SU №1603133, F17D 1/16, 1988 г.].

Однако такой способ технологически трудноосуществим и не получил реализации в практике.

Известны способы последовательной перекачки нефтепродуктов с жидкостными разделительными (буферными) пробками. Такие пробки помещаются между перекачиваемыми нефтепродуктами и, двигаясь вместе с ними, предотвращают попадание одного нефтепродукта в другой. Прежде всего, это перекачка нефтепродуктов с разделительной пробкой из смеси контактирующих нефтепродуктов, а также из третьего нефтепродукта, более совместимого по своим свойствам с каждым из нефтепродуктов, чем они сами между собой [Лурье М.В., Марон В.И, Шварц М.Э. Параметры последовательной перекачки с буферным нефтепродуктом. "Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов" №4, М.: ВНИИОЭНГ, 1973].

Однако этот способ имеет ограничение в применении и используется лишь в случаях, когда имеется достаточный объем смеси нефтепродуктов, образовавшейся на предыдущих участках трубопроводной системы.

Известен также способ последовательной перекачки нефтепродуктов с буферной пробкой, состоящей из продукта перегонки одного из двух перекачиваемых последовательно нефтепродуктов в интервале температур выкипания углеводородов, общих для обоих перекачиваемых нефтепродуктов [Патент RU №2156915, F17D 1/14, 2000].

Однако этот способ требует существенных затрат на изготовление дистиллятных пробок и может применяться только в исключительных случаях, как, например, для последовательной перекачки авиационных керосинов.

Известны также способы последовательной перекачки жидкостей [SU 272737 A, F17D 1/14, 1970 г.; SU 1464010 A1, F17D 3/08, 1989 г.], основанные на разделении перекачиваемых жидкостей введением твердых частиц или установкой разделителей в виде диэлектрических дисков.

Однако такие способы технологически трудноосуществимы и не получили реализации в практике.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является, раскрытый в документе RU 2277201 С2, F17D 3/03, 27.05.2006, способ перекачки нефти различного качества путем подачи в трубопровод основного потока нефти одного качества и перекачки его прямым контактированием с партией нефти другого качества. При этом осуществляют измерения параметра нефти, характеризующего ее качество, для отслеживания партии нефти и отбора нефти из трубопровода в пункте ее приема и по окончании отбора, дальнейшего прохождения основного потока нефти по трубопроводу. При отборе нефти в пункте приема, отбор нефти из зон в начале и конце партии, содержащих смесь нефти основного потока сернистой нефти и нефти партии с промежуточным содержанием серы, осуществляют отдельно от нефти в средней зоне партии нефти другого качества с другим содержанием серы.

Объем смеси, образующейся в процессе движения партии малосернистой нефти в потоке с сернистой, рассчитывают по формуле Съенитцера:

где Re₁ и Re₂ - числа Рейнольдса, соответственно для малосернистой и сернистой нефти;

D - диаметр трубопровода;

L - длина трубопровода;

V_тp - объем трубопровода.

Этот способ имеет ограничение в применении и используется лишь в случаях, когда перекачиваемые жидкости различаются лишь содержанием серы и имеют различную плотность. Формула для определения объема смеси в данном случае очень сложная для расчета, что увеличивает трудоемкость данного способа.

Технический результат изобретения заключается в обеспечении сохранения качества жидкостей с различными качественными характеристиками при их последовательной перекачке за счет повышения уровня точности определения границ зоны их смеси.

Технический результат достигается тем, что в способе определения объема смеси последовательно перекачиваемых по трубопроводам жидкостей, имеющих различные качественные характеристики, осуществляют последовательную перекачку вытесняемой и вытесняющей жидкостей, выбор качественных характеристик и их значений, индивидуально характеризующих, вытесняемую и вытесняющую жидкости и определение объема смеси, при этом осуществляют определение границ зоны смеси последовательно перекачиваемых жидкостей путем фиксации времени изменения качественных характеристик перекачиваемых жидкостей определяемого по репрезентативным пробам, отбираемым последовательно с временным интервалом с разных слоев перекачиваемых жидкостей, при этом фиксируют время начала изменения выбранного значения качественной характеристики для вытесняемой жидкости и/или начало фиксирования качественных характеристик, характерных только для вытесняющей жидкости - точка t₁, затем фиксируют время стабилизации значений качественных характеристик, характерных для вытесняющей жидкости, и/или прекращение фиксирования качественных характеристик, характерных только для вытесняемой жидкости - точка t₂, а определение объема смеси осуществляют по формуле:

V=π (D/2)²*L,

где V - объем смеси последовательно перекачиваемых по трубопроводам жидкостей, м³;

π=3,14;

D - внутренний диаметр трубопровода в точке отбора проб, м;

L - длина смесевой зоны, м,

при этом L=υ*Δt,

где υ - скорость движения потока жидкости, м/с;

Δt - дельта времени, с, между зафиксированными точками t₁ и t₂

Δt=t₂ - t₁.

При этом качественными характеристиками могут являться состав жидкости, в том числе углеводородный, элементный и показатели качества, характеризующие физико-химические свойства жидкости.

Точку t₁ определяют при фиксировании времени первого изменения значений качественных характеристик, характерных для вытесняемой жидкости, и/или начало фиксирования качественных характеристик, характерных только для вытесняющей жидкости, подтвержденное не менее двух раз, а точку t₂ определяют при фиксировании времени стабилизации значений качественных характеристик, характерных для вытесняющей жидкости, и/или прекращение фиксирования качественных характеристик, характерных только для вытесняемой жидкости, подтвержденное не менее пяти раз.

Для определения границ зоны смеси последовательно перекачиваемых жидкостей дополнительно могут быть использованы маркеры, добавляемые в поток вытесняемой и вытесняющей жидкостей.

Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг. 1 и 2), на которых представлена схема с расположением точки отбора проб последовательно перекачиваемых жидкостей для контроля выбранных качественных характеристик при определении границ зоны смеси.

Для каждой из последовательно перекачиваемых по трубопроводу жидкостей выбирают качественные характеристики, присущие соответствующей жидкости. Качественными характеристиками могут являться состав жидкости, в том числе углеводородный, элементный и др., наличие в жидкости присадок и маркеров, качественные показатели, характеризующие физико-химические свойства жидкости. Устанавливается значение вышеуказанных качественных характеристик, изменение которых позволяет определить начало изменения компонентного состава жидкости в потоке, которое означает изменение объемного соотношения жидкостей в потоке, когда вытесняемая (3) жидкость начнет замещаться на вытесняющую (2) жидкость. Аналогично, для вытесняющей (2) жидкости определяются качественные характеристики, значения которых в смеси вытесняющей (2) и вытесняемой (3) жидкостей будут значительно отличаться от значений качественных характеристик, выбранных для вытесняющей (2) жидкости. Переход к стабильным значениям выбранных качественных характеристик, характерных значениям, выбранным для вытесняющей (2) жидкости, будет свидетельствовать о полном замещении вытесняемой (3) жидкости. Для определения объема смеси последовательно перекачиваемых жидкостей в конце участка трубопровода (1), имеющего один диаметр и длину не менее пяти его диаметров, устанавливается устройство (5), позволяющее осуществлять репрезентативный отбор проб с разных слоев перекачиваемой по трубопроводу жидкости. Определяется внутренний диаметр трубопровода (1) в точке отбора проб (D (м)). Для точного определения объема смеси последовательно перекачиваемых жидкостей скорость их движения в точке замера должна быть постоянной. Осуществляется измерение значений, выбранных для контроля зоны смеси последовательно перекачиваемых жидкостей в потоке перекачиваемой жидкости с установленной дискретностью по времени. Измерение уровня значений качественных характеристик, выбранных для каждой из последовательно перекачиваемых жидкостей, осуществляется с использованием средств, в том числе поточных анализаторов, экспресс-методов анализа и стандартных методов контроля качества. Фиксируется время первоначального изменения значений выбранных качественных характеристик вытесняемой (3) жидкости и/или первоначального определения качественных характеристик, выбранных для вытесняющей (2) жидкости с подтверждением не менее чем в двух измерениях подряд, (t₁). По мере продвижения потока жидкости фиксируется время достижения измеряемыми качественными характеристиками стабильного значения показателя, характерного для вытесняющей (2) жидкости и/или прекращения определения качественных характеристик, выбранных для вытесняемой (3) жидкости (t₂). За точку перехода принимается время, после которого выбранное значение измеряемых качественных характеристик будет зафиксировано не менее чем в пяти измерениях подряд. Определяется дельта времени (Δt, с) между зафиксированными точками перехода (Δt=t₂ - t₁).

По данным о скорости движения потока жидкости (υ, м/с) и времени между зафиксированными точками границ зоны смеси определяется длина смесевой зоны (L, м) последовательно перекачиваемых жидкостей:

L=υ*Δt.

Скорость движения потока жидкости может быть определена по значениям расхода перекачиваемых продуктов или показаниям установленных на трубопроводе (1) расходомеров.

По данным о длине смесевой зоны и диаметре трубопровода (D, м) определяется объем смеси (V, м³) последовательно перекачиваемых по трубопроводу жидкостей:

V=π (D/2)²*L.

Предложенный способ определения объема смеси последовательно перекачиваемых по трубопроводам жидкостей может быть использован для любых последовательно перекачиваемых жидкостей, например, нефтепродуктов и нефтей.

Пример конкретного выполнения предложенного способа:

По магистральному трубопроводу осуществляется последовательная перекачка автомобильного бензина и зимнего дизельного топлива. Партия бензина транспортируется первой, являясь при этом вытесняемой жидкостью, соответственно, дизельное топливо является вытесняющей жидкостью. Необходимо определить объем образовавшейся в ходе последовательной перекачки смеси.

Для определения границ зоны смесеобразования последовательно перекачиваемых жидкостей выбраны следующие качественные характеристики:

- для бензина - октановое число;

- для дизельного топлива - температура вспышки.

Исходные данные:

Расчет:

Длина смесевой зоны (L) определяется по формуле:

L=υ*Δt,

где υ - скорость движения потока жидкости, м/с;

Δt - дельта времени, с, между зафиксированными точками t₁ и t₂

Δt=t₂ - t₁.

Найдем:

Δt=t₂ - t₁ = 57 мин.=3420 с.

L=3 м/c*3420 с.=10260 м.

Объем смеси (V) при этом определяется по формуле:

V = π (D/2)²*L,

π=3,14;

D - внутренний диаметр трубопровода в точке отбора проб, м.

То есть: V=3,14 * (0,35/2)²*10260=986,6 м³.

Таким образом, объем смеси последовательно перекачиваемых бензина и дизельного топлива, определенный при помощи вышеуказанного способа, составил 986,6 м³.

Формула изобретения

1. Способ определения объема смеси последовательно перекачиваемых по трубопроводам жидкостей, имеющих различные качественные характеристики, включающий последовательную перекачку вытесняемой и вытесняющей жидкостей, выбор качественных характеристик и их значений, индивидуально характеризующих вытесняемую и вытесняющую жидкости и определение объема смеси, отличающийся тем, что осуществляют определение границ зоны смеси последовательно перекачиваемых жидкостей путем фиксации времени изменения качественных характеристик перекачиваемых жидкостей, определяемого по репрезентативным пробам, отбираемым последовательно с временным интервалом с разных слоев перекачиваемых жидкостей, при этом фиксируют время начала изменения выбранного значения качественной характеристики для вытесняемой жидкости и/или начала фиксирования качественных характеристик, характерных только для вытесняющей жидкости - точка t₁, затем фиксируют время стабилизации значений качественных характеристик, характерных для вытесняющей жидкости, и/или прекращение фиксирования качественных характеристик, характерных только для вытесняемой жидкости - точка t₂, а определение объема смеси осуществляют по формуле

V=π (D/2)²*L,

где V - объем смеси последовательно перекачиваемых по трубопроводам жидкостей, м³;

π=3,14;

D - внутренний диаметр трубопровода в точке отбора проб, м;

L - длина смесевой зоны, м,

при этом L=υ*Δt,

где υ - скорость движения потока жидкости, м/с;

Δt - дельта времени, с, между зафиксированными точками t₁ и t₂;

Δt=t₂ - t₁.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что качественными характеристиками являются состав жидкости, в том числе углеводородный, элементный и показатели качества, характеризующие физико-химические свойства жидкости.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что точку t₁ определяют при фиксировании времени первого изменения значений качественных характеристик, характерных для вытесняемой жидкости и/или начала фиксирования качественных характеристик, характерных только для вытесняющей жидкости, подтвержденное не менее двух раз, а точку t₂ определяют при фиксировании времени стабилизации значений качественных характеристик, характерных для вытесняющей жидкости, и/или прекращения фиксирования качественных характеристик, характерных только для вытесняемой жидкости, подтвержденное не менее пяти раз.

4. Способ по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что для определения границ зоны смеси последовательно перекачиваемых жидкостей дополнительно используют маркеры, добавляемые в поток вытесняемой и вытесняющей жидкостей.

Изобретение "Способ определения объема смеси последовательно перекачиваемых по трубопроводам жидкостей, имеющих различные качественные характеристики" (Ляпин Александр Юрьевич, Хотничук Сергей Борисович, Дубовой Егор Сергеевич, Тимофеев Федор Владимирович, Вишневская Юлия Александровна, Макаров Михаил Владимирович, Иванов Дмитрий Евгеньевич) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога