авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Снижение интенсивности ручейковой коррозии нефтепроводов за счет применения рассекающих муфт

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ПОДАВАЛОВ Илья Юрьевич

СНИЖЕНИе ИНТЕНСИВНОСТИ

РУЧЕЙКОВОЙ КОРРОЗИИ НЕФТЕПРОВОДОВ

ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ РАССЕКАЮЩИХ МУФТ

Специальность 25.00.19 Строительство и эксплуатация

нефтегазопроводов, баз и хранилищ









А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2009

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете).

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

доктор технических наук, профессор

Докукин Вадим Петрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Ревазов Алан Михайлович

кандидат технических наук

Белинский Василий Федорович

Ведущее предприятие ООО «Балтнефтепровод».

Защита диссертации состоится 23 июня 2009 г. в 14 ч на заседании диссертационного совета Д 212.224.10 при Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-линия, д.2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан 22 мая 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

д.т.н., профессор А.К. Николаев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Анализ литературных данных показывает, что основной причиной аварий на нефтепроводах являются различные виды коррозии. Опыт эксплуатации промысловых трубопроводов и существующих способов повышения их долговечности в условиях активизации внутренней коррозии показывает, что количество отказов промысловых трубопроводов из-за внутренней коррозии достигает по отрасли порядка 90 % от их общего количества, из которых, свыше 70 % аварий приходится на ручейковую коррозию, вызванную взаимодействием металла трубы и перекачиваемой коррозионно-активной среды.

Анализ продукции скважин, перекачиваемой по трубопроводам, показал содержание высокоминерализованной пластовой воды, а также наличие сероводорода, углекислого газа и кислорода, которое увеличивает кислотность водной фракции, интенсифицируя процесс коррозии. Снижение дебита скважин также приводит к уменьшению скоростей потоков продукции меньше 1 м/с. При таких скоростях в нефтепроводах наблюдается расслоенный режим течения. Все выше перечисленные факторы приводят к появлению ручейкового коррозионно-механического разрушения по нижней образующей трубопровода. Срок службы трубопроводов, эксплуатируемых в таких условиях при отсутствии специальных мер по защите их от коррозии, исчисляется месяцами.

Разнообразие методов борьбы с внутренней коррозией (применение ингибиторов, внутренние покрытия, поворот трубопроводов и т.д.) не обеспечивает должной защиты трубопроводов от ручейковой коррозии и требует поиска новых технических решений, направленных на обеспечение безопасной эксплуатации, повышение их долговечности и стабильности функционирования. Существующие методы борьбы с ручейковой коррозией не получили широкого распространения, т.к. они либо не достаточно эффективны, либо дорогостоящи и требуют значительных финансовых и трудовых затрат с привлечением большого количества специализированной техники.

Этой проблеме посвящены многочисленные исследования отечественных и зарубежных авторов, и, несмотря на достаточную изученность механизмов существующих коррозионных процессов, в настоящее время она еще полностью не решена и многие вопросы остаются открытыми. В этой связи представляются актуальными работы, направленные на совершенствование средств противокоррозионной защиты и методов снижения интенсивности коррозионных процессов, а также на применение принципиально новых, более совершенных конструктивных и технологических решений.

Цель работы. Снижение интенсивности ручейковой коррозии внутренней поверхности стального трубопровода путем предупреждения образования на его дне слоя пластовой воды.

Идея работы заключается в устранении условий возникновения процесса ручейковой коррозии за счет периодического рассеивания коррозионно-активной водной фазы, движущейся в нижней части трубопровода, в ламинарном потоке нефти.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

1. Разработать математическую модель процессов, обеспечивающих устранение условий возникновения явления ручейковой коррозии.

2. Экспериментально исследовать процесс перемешивания воды и нефти для уточнения закономерностей взаимосвязи параметров потока и устройства для рассеивания воды в нефти.

3. Установить область применения способа повышения эффективности эксплуатации промысловых трубопроводов, подверженных ручейковой коррозии.

4. Разработать методику расчета рациональных параметров устройства для исключения возникновения ручейковой коррозии.

Объектом исследования является процесс рассеивания пластовой воды в потоке нефтяной смеси в нефтепроводе.

Предметом исследования является методология определения рабочих параметров устройства для рассеивания воды в потоке соответственно условиям эксплуатации нефтепровода.

Методы исследований. В ходе решения поставленных задач применялся комплексный подход в исследовании, включающий: анализ и обобщение данных по эксплуатации промысловых и магистральных нефтепроводов; функциональный анализ причин аварий и отказов; использовались подходы и методы теории подобия, планирования эксперимента и обработки опытных данных.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Снижение интенсивности ручейковой коррозии в нефтепроводе обеспечивается за счёт периодического рассеивания по длине нефтепровода водной фазы в ламинарном потоке нефти.

2. Длина и шаг расстановки устройства для рассеивания водной фазы в ламинарном потоке нефти описывается математической моделью, связывающей характеристики водонефтяной смеси и условия эксплуатации нефтепровода.

Научная новизна исследования заключается в установлении закономерностей процесса рассеивания пластовой воды в потоке нефтяной смеси и на их основе обоснования и формирования зависимостей для расчёта угла наклона рассекателей к оси трубопровода от скорости потока, формы сечения рассекателя, обеспечивающей безвакуумный слив потока, шаг расстановки рассеивающих муфт. Обоснованы параметры рассекателей, расстояние между ними и определено рациональное расстояние между муфтами.

Практическая значимость работы:

  • Разработана методика расчёта рабочих параметров рассеивающих муфт для предупреждения ручейковой коррозии в нефтепроводах;
  • Разработаны конструкция и рекомендации по применению рассеивающей муфты.

Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается достаточным объемом проведенных экспериментальных исследований и адекватностью разработанных рекомендаций, применением методов математической статистики и регрессионного анализа.

Реализация результатов работы:

Разработанная конструкция рассеивающей муфты совместно с методическими рекомендациями по использованию рассекающих муфт для борьбы с ручейковой коррозией на нефтепроводах могут быть использованы эксплуатирующими и проектными организациями, а также в учебном процессе.

Апробация работы: Основные положения и результаты работы докладывались и получили положительную оценку на конференциях “Полезные ископаемые России и их освоение” в 2006, 2007, 2008 годах в СПГГИ (ТУ); “Трубопроводный транспорт – 2006” в УГНТУ.

Личный вклад соискателя:

установлены закономерности процесса рассеивания пластовой воды в потоке нефтяной смеси при применении рассеивающей муфты в трубопроводе;

сформирована математическая модель взаимодействия характеристик потока нефтяной смеси и параметров рассеивающей муфты;

разработан лабораторный стенд и методика проведения экспериментальных исследований.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы представлены в 8 публикациях. Из них 1 статья опубликована в издании, рекомендованном “Перечнем ведущих рецензируемых научных изданий ” Высшей аттестационной комиссии.

Структура и объем работы: Диссертация состоит из оглавления, введения, четырех глав, заключения и приложений. Работа изложена на 132 страницах, содержит 40 иллюстраций, 11 таблиц и список литературы из 107 наименований.

ОсновнОе СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приводится общая характеристика работы и обосновывается ее актуальность, определены объект и предмет исследования.

В первой главе проведен анализ аварийности и отказов на нефтепроводах. Установлено, что основной причиной отказов на промысловых трубопроводах является внутренняя коррозия, которая достигает по отрасли порядка 90 % от их общего количества, причем, свыше 70 % аварий приходится на ручейковую коррозию, вызванную взаимодействием металла трубы и перекачиваемой коррозионно-активной среды. Это связано с тем, что большинство промысловых трубопроводов транспортирует высокообводнённую нефть из-за увеличения объёмов применения методов поддержания пластового давления. В пластовых водах нефтяных месторождений содержатся вещества, находящиеся в истинно растворенном состоянии: газообразные вещества, растворенные в воде (углеводородные и сернистые газы, азот); вещества, находящиеся в воде в коллоидно-растворенном состоянии (двуокись кремния, гидрат окислов железа и алюминия). Основные компоненты, растворенные в воде,- это хлориды, сульфаты, карбонаты щелочных и щелочноземельных металлов. Количественное соотношение между этими ионами определяет агрессивность пластовой воды и, соответственно, угрозу возникновения канавочной коррозии.

Коррозионная агрессивность водонефтяной смеси меняется в широких пределах в зависимости от состава водной фазы, ее соотношения с углеводородной фазой, состава и количества газообразных веществ. В пластовых условиях в нефти и пластовой воде растворено значительное количество газообразных предельных углеводородов, углекислого газа, сероводорода, кислорода. Помимо этого, процессы коррозии интенсифицируются вследствие работы макрогальванопар «металл - продукты коррозии» или «металл – окалина», образующихся при коррозии металла, протекающей под воздействием расслоенного потока газоводонефтяной смеси.

Установлено, что контакт воды с металлической поверхностью приводит к коррозии металлов, протекающей по электрохимическому механизму. Величина водонефтяного соотношения, характерного для конкретного месторождения, при котором система нефть – вода становится неустойчивой, может быть использована в качестве параметра для прогнозирования скорости коррозионного разрушения оборудования.

Существенное значение при транспортировании нефти имеет эрозия. Т.е. при течении жидкости от скважин вода может выпадать за счет небольшой скорости и соответственно отсутствия турбулентности и течь по дну трубопровода, вызывая ручейковую коррозию. При попытке увеличить скорость - начинаются процессы эрозии. Таким образом, скорость потока должна соответствовать ламинарному режиму.

Проблемой повышения эффективности эксплуатации нефтепроводов за счет снижения интенсивности коррозионных процессов занимались отечественные и зарубежные ученые: Абдуллин И.Г., Асфандияров Ф.А., Бехессер А.Л., Бугай Д.Е., Быков Л.И., Гареев А.Г., Гетманский М.Д., Глазов Н.П., Гольдфарб А.Я., Гумеров А.Г., Гуров С.А., Давыдов С.Н., Душин В.А., Ибрагимов М.Г., Иванов И.А., Кессельман Г.С., Коробков Г.Е., Коршак А.А., Котов В.Ф., Кузнецов М.В., Легезин Н.Е., Маричев Ф.Н., Мустафин Ф.М., Мясников В.А., Набиев Р.Р., Новосёлов В.Ф., Пелевин Л.А., Скоромный В.И., Султанмагомедов С.М., Тугунов П.И., Фазлутдинов К.С., Фаритов А.Т., Харикова И.О., Худяков М.А. и многие другие.

Анализ сложившейся ситуации показал, что защита нефтепромысловых трубопроводов от ручейковой коррозии является актуальной.

Во второй главе выполнен функциональный анализ процессов износа внутренней поверхности трубопроводов. Применение функциональной модели позволяет полностью абстрагироваться от реальной конструкции анализируемой системы и сосредоточить внимание на ее функциях. При этом оценивается не конструкция, а качественные и количественные характеристики полезных или вредных функций и их наиболее эффективное сочетание.

Процесс коррозии был рассмотрен, как “вредная” функция при эксплуатации нефтепровода и представлен в виде “дерева” функций. Виды вредных функций представлены на рисунке 1 в виде схемы взаимодействия этих процессов и способов их устранения.

Для борьбы с ручейковой коррозией было предложено устанавливать, с определенной периодичностью, специальные муфты с комплектами рассекателей. Основная идея предложенного способа борьбы с ручейковой коррозией заключается в том, чтобы рассеять (эмульгировать) самый нижний слой жидкости (коррозионно-активной подтоварной воды), движущейся в трубопроводе при ламинарном движении потока, посредством рассекателей. После ударения элементарного потока воды о неподвижную стенку, установленную под некоторым углом к оси трубопровода, он изменяет направление

движения и, двигаясь вдоль стенки трубопровода, перемешивается с нефтью. После осаждения из водонефтяной эмульсии подтоварной воды в нижнюю часть трубопровода необходимо снова повторять этот процесс до конца трассы.

В зависимости от реологических свойств перекачиваемого флюида были предложены 3 способа расположения рассекателей, показанных на рисунке 2. Конусная форма рассекателя может использоваться при движении небольшого слоя подтоварной воды с высокой скоростью. Усеченный вариант предполагает формирование поперечного потока воды для подъема в верхние слои смеси в тех случаях, когда по нефтепроводу движется поток подтоварной воды, занимающий около трети сечения трубы. Для больших объемов воды в смеси предназначен не усеченный вариант расположения рассекателей. В этом случае весь поток воды будет закручиваться, вызывая некоторую турбулизацию потока смеси и, в этой связи, повышая потери напора.

 Схема расположения рассекателей: 1 – конусное; 2 – усечённое; 3 – не-1 Схема расположения рассекателей: 1 – конусное; 2 – усечённое; 3 – не-2

Рисунок 2 - Схема расположения рассекателей:

1 – конусное; 2 – усечённое; 3 – не усечённое

Дальнейшие исследования позволили сделать вывод, что из предложенных вариантов расположения рассекателей наибольший интерес на данном этапе представляет первый вариант, именно он и будет рассматриваться в дальнейшем.

Проведенный анализ физического процесса при прохождении потока через рассекающую муфту, позволил определить следующие параметры:

  • оптимальную форму профиля рассекателя, обеспечивающую безвакуумный перелив жидкости;
  • габаритные размеры (высоту, ширину и длину) рассекателя;
  • оптимальный угол наклона рассекателей к оси трубопровода, обеспечивающий максимально высокий подъем жидкости;
  • высоту подъема потока после соударения с рассекателем;
  • скорость осаждения эмульгированной воды получающейся после прохождения рассекателей;
  • необходимое количество рассекателей в муфте обеспечивающее полное эмульгирование всей подтоварной воды и расстояние между ними;
  • шаг расстановки комплектов рассекателей.

По результатам проведенных исследований была получена формула для определения расстояния между рассекателями

,

где - скорость движения смеси, м/с; - высота подъема струи; - скорость осаждения частиц воды в нефти.

В третьей главе рассмотрены результаты экспериментальных исследований, в которых апробирован предложенный метод борьбы с ручейковой коррозией и уточнены полученные во второй главе теоретические результаты. Описаны все этапы экспериментальных исследований, включающие такие, как проектирование лабораторного стенда, принцип действия экспериментальной установки и её элементов и параметров, методика проведения экспериментов и обработки результатов, результаты экспериментов и их анализ, и, как результат, последующая корректировка математической модели. Приведены результаты экспериментов, их анализ и сформулированы выводы.

Объектом лабораторных исследований являлся процесс рассеяния подтоварной воды в потоке водонефтяной смеси, движущейся в нефтепроводе. В процессе исследований необходимо установить закономерности взаимодействия характеристик потока смеси с рабочими параметрами устройства для рассеяния подтоварной воды в потоке нефтяной смеси. Параметры устройства явным образом зависят от скорости потока смеси, от расхода и доли подтоварной воды в потоке, вязкости и плотности нефти, диаметра трубопровода. Таким образом, целью лабораторных исследований является проверка работоспособности и установление конструктивных параметров предлагаемого устройства в зависимости от условий его эксплуатации. Проведение апробирования предложенного метода борьбы с ручейковой коррозией в промышленных условиях дорогостояще и потребовало бы значительных временных ресурсов, поэтому было принято решение изготовить экспериментальный стенд и проверить работоспособность устройства рассеивания воды в лабораторных условиях. Чтобы применить полученные в лабораторных условиях результаты для натурных нефтепроводов, работающих в промышленных условиях, была использована теория подобия.

В рамках диссертационных исследований для проверки работоспособности предложенного метода по борьбе с ручейковой коррозией был спроектирован и изготовлен экспериментальный стенд, позволивший имитировать процесс поднятия подтоварной воды в верхнюю часть нефтепровода. Общий вид лабораторного стенда и рассекателей представлен на рисунках 3 и 4.



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.