Получение гелевого состава для очистки трубопроводов от отложений нефтепродуктов

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования  

«Тольяттинский государственный университет» 





ИНСТИТУТ ХИМИИ И ИНЖЕНЕРНОЙ ЭКОЛОГИИ 



Кафедра «Рациональное природопользование и ресурсосбережение» 



18.03.02 «Энерго-, ресурсосберегающие процессы в химической технологии,нефтехимии и биотехнологии»

(код и наименование направления подготовки)







БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА





на тему: Получение гелевого состава для очистки трубопроводов от отложений нефтепродуктов





	

Д. Г.



Занина



(

И.О. Фамилия

)



(

личная подпись

)





Ю. Н. 

 Шевченко



(

И.О.Фамилия

)

Студент (ка) 	

	Руководитель 	

(личная подпись) 

		

		

Допустить к защите 

Заведующий кафедрой «Рациональное  природопользование  и ресурсосбережение»к.п.н., доцент  М.В. Кравцова_____________ 

                                                                             (ученая степень, звание, И.О. Фамилия)        (личная подпись)



«_____»______________________2017г. 







Тольятти 2017

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 

высшего образования 

«Тольяттинский государственный университет»



институт химии и инженерной экологии

Кафедра «Рациональное природопользование и ресурсосбережение»



Утверждаю

зав. кафедрой «РПиР» _____________М.В. Кравцова

           (подпись)		  (И.О. Фамилия)

«____»___________20___г.



ЗАДАНИЕ

на бакалаврскую работу



Студент: Занина Дарья Григорьевна

Тема: Получение гелевого состава для очистки трубопроводов от отложений нефтепродуктов.

Срок сдачи студентом законченной бакалаврской работы 10.06.17

Исходные данные к выпускной квалификационной работе: 

Патенты "Получение гелевых поршней для очистки трубопровода от отложений нефтепродуктов".

Содержание выпускной квалификационной работы:

 Теоретический обзор темы исследования.

 Химические методы борьбы с АСПО.

 Экспериментальная часть работы.

Дата выдачи задания «26 » января 2017г.



Руководитель бакалаврской работы





(подпись)

Ю.Н. Шевченко

(И.О. Фамилия)

Задание принял к исполнению



(подпись)

   Д.Г. Занина

(И.О. Фамилия)


федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 

высшего образования 

«Тольяттинский государственный университет»



институт химии и инженерной экологии

Кафедра «Рациональное природопользование и ресурсосбережение»



Утверждаю

зав. кафедрой «РПиР» _____________  М.В. Кравцова

          (подпись)	   (И.О. Фамилия)

«____»___________20___г.



КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН

бакалаврской работы



Студента: Заниной Дарьи Григорьевны

по теме: Получение гелевого состава для очистки трубопроводов от отложений нефтепродуктов

Наименование

раздела работы

Плановый срок выполнения раздела

Фактический срок выполнения раздела

Отметка о выполнении

Подпись руководителя

Введение

15.05.2017







Обоснование актуальности, цели и задачи

17.05.2017







Литературно-патентный анализ методов очистки

20.05.2017







Разработка методики получения гелевого поршня

22.05.2017







Экспериментальные исследования

26.05.2017







Заключение, выводы

02.06.2017









Руководитель бакалаврской работы





(подпись)



Ю.Н. Шевченко

(И.О. Фамилия)



Задание принял к исполнению





(подпись)



Д.Г. Занина

(И.О. Фамилия)















































АННОТАЦИЯ



Бакалаврскую работу выполнила: Занина Д. Г.

Тема бакалаврской работы: Получение гелевого состава для очистки трубопроводов от отложений нефтепродуктов.

Научный руководитель: Шевченко Ю. Н. 

Цель работы: разработка и усовершенствование гелевого состава для эффективного использования в технологическом процессе по очищению трубопроводов от отложений нефтепродуктов и других загрязнений.

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, формулируется цель и задачи выбранной темы. 

В первой главе приводится теоретический анализ темы исследования, а именно, изучение процесса парафинизации трубопроводов, изучение состава внутритрубных отложений и факторы, влияющие на образование этих отложений. Так же проанализированы существующие методы очистки трубопроводов от отложений нефтепродуктов.

Во второй главе проанализированы химические методы борьбы с отложениями, в том числе применение гелевых композиций для очистки. Проведен анализ действующих патентов. 

В третьей главе описана серия экспериментов по разработке гелевого состава для очистки трубопроводов от отложений.

Заключение содержит основные выводы о проделанной работе.

Выпускная квалификационная работы оформлена на 82 страницах и состоит из введения, 3 глав, заключения и списка использованных источников.  В работе приведено 10 таблиц, 3 схемы и 13 рисунков. Список использованных источников включает в себя 81 источник.









			ANNOTATION	

		

This diploma paper is devoted to the study of gel piston for cleaning the internal surfaces of pipelines from oil deposits and obtaining a new improved gel composition.

The aim of the work is to give some information about methods of cleaning from asphaltene-osmol-paraffin scurf, about advantages of gel pistons over other cleaning devices and composition of the formed scurf.

The subject of the graduation work is the cleaning of pipelines from asphaltene-osmol-paraffin scurf, when oil is transported from production zones to the consumption zone.

The object of the diploma paper is gel compositions, namely the pistons of the gel, for cleaning from asphaltene-osmol-paraffin scurf.

The issues of precipitation scurfs and wax, and methods of precipitation cleaning are allocated in the general part of the project.

We describe that when oil is transported and stored in tanks, on internal surfaces sludge is formed at the bottom, consisting of particles of mineral (non-oil) and heaviest hydrocarbons, mainly paraffinic. The capacity of oil and gas pipelines is maintained by periodically cleaning them from paraffin deposits by means of various cleaning devices. 

The reader's attention is also drawn to the fact that one of the significant drawbacks of mechanical cleaning is the risk of their getting stuck in the pipe, especially when cleaning underwater oil pipelines, since it is difficult to find a jammed device, and removing it from the pipe is an environmentally hazardous operation.

Therefore, at present viscoelastic gel pistons based on water-soluble polymers are widely used for cleaning petroleum products and removing them from oil and water under pressure. Such gel pistons allow to clean oil pipelines that are not equipped with starting chambers, as well as oil pipelines of variable diameter and having local linear resistance. Consider the development and improvement of the piston gel in details.

The special part of the project provides detailed information on existing patents in the field under investigation and on the development of a new gel piston. A series of experiments is also described in detail. 

The results of the experiments show that we have obtained an improved gel piston, which has improved physicochemical properties, and which will allow more careful cleaning of the pipelines from deposits.

 The technology used corresponds to safety regulations.



Keywords: gel piston, the internal surface, oil deposit, gel composition, scurf, asphaltene-osmol-paraffin scurf, wax, tanks, hydrocarbons, paraffin, mechanical cleaning, viscoelastic gel piston.



































СОДЕРЖАНИЕ



ВВЕДЕНИЕ                              9

ГЛАВА 	1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ТЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ               11

						1.1 Анализ разрушения трубопроводных систем                              11

1.2 Изучение процесса парафинизации трубопроводов с целью определения рационального выбора метода очистки 12

1.2.1 Влияние различных факторов на парафинирование внутренней поверхности нефтепроводов                                                                                       14

1.2.2 Изучение состава отложений в трубопроводных системах                          17

1.3 Методы очистки трубопроводов от АСПО                                                       20

ГЛАВА 2. ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ БОРЬБЫ С АСПО                                  28

2.1 Применение реагентов для предупреждения образования АСПО                 28

2.2 Применение реагентов для очистки образовавшихся АСПО                         30

2.3 Применение вязкоупругих гелевых композиций для очистки нефтепроводов от отложений                                                                                     36

2.3.1 Преимущества применения гелевых композиций37

2.3.2 Анализ действующих патентов                                                                         40

2.4 Себестоимость реагентов для получения гелевого состава для очистки трубопроводов                                                                                                         48

							ГЛАВА 	3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ РАБОТЫ. РАЗРАБОТКА ГЕЛЕВОГО ПОРШНЯ ДЛЯ ОЧИСТКИ ТРУБОПРОВОДОВ ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ И ДРУГИХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ                                                    50

							3.1 Методика эксперимента по разработке гелевого поршня для очистки трубопроводов от нефтепродуктов и других загрязнений                                      50

							3.2 Результаты эксперимента                                                                                    54

ЗАКЛЮЧЕНИЕ                                                                                                                 57

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ                                               58





ВВЕДЕНИЕ



Российская Федерация является одной из ведущих стран по экспорту газа и нефти. В настоящее время трубопроводный экспорт признан самым экологически чистым способом транспортировки больших объемов сырья на планете, поэтому коррозия трубопроводов и отложения на внутренней поверхности трубопроводов при транспортировке конечных продуктов является актуальной проблемой для России.

В процедуре транспортировки нефти на внутренней поверхности происходит скопление пристенных АСПО, так называемого нефтешлама, который сказывается на эффективности и надежности работы, в частности на снижении пропускной способности, за счет уменьшения живого сечения трубопровода. Так же, из-за образования различных отложений, которые имеют большое количество примесей, ухудшается качество перекачиваемых продуктов. Именно поэтому необходимо качественно и в положенные сроки проводить очистку внутренних стенок труб от АСПО и остатков нефти, а также от других возможных загрязнений (воды, продуктов коррозионных процессов, механических примесей и т. д.).

Несмотря на проведение большого количества исследований в данной области процесс очистки изучен далеко не полно. Современные решения данной проблемы не позволяют точно подобрать самые эффективные методы их очистки в зависимости от состояния труб и физико-химических характеристик транспортируемой нефти и производить очистку отложений с высокой точностью.

Трубопроводный транспорт невозможен без изучения и ввода новых технологий в процесс транспортировки для повышения продуктивности и устойчивости работы. 

Изучение средств очистки представляет значительный практический интерес и является актуальным для разработки новых методов удаления АСПО, а также предотвращения их образования в процессе эксплуатации. Настоящая работа посвящена изучению наиболее применяемых в наше время ОУ нефтепроводов от АСПО и других загрязнений, а также более подробному изучению ОУ химического метода очистки, а именно - гелевого поршня и подбору наиболее эффективного состава для эксплуатации. 

Так как в существующих ОУ (механических, тепловых, физических и химических) есть ряд значительных недостатков, в настоящее время, для очистки нефтепроводов и освобождения их от нефти и опрессовочной воды широко применяются вязкоупругие гелевые поршни на основе ВП. Такие поршни позволяют проводить очистку нефтепроводов, не оснащенных КПП ОУ, как, к примеру, в механических ОУ, а также нефтепроводов переменного диаметра и имеющих местные линейные сопротивления (частично открытые задвижки, резкие повороты и др.).

Целью дипломной работы является разработка и усовершенствование гелевого состава для эффективного использования в технологическом процессе по очищению трубопроводов от отложений нефтепродуктов и других загрязнений.

Для решения поставленной цели ставятся и решаются следующие задачи:

 исследование транспорта нефти и обоснование необходимости проведения очистных работ внутри полости трубопроводов;

изучение состава отложений и их воздействие на трубопроводный транспорт;

проведение анализа существующих технологий очистки внутренней поверхности трубопроводов;

изучение ранее разработанных технических средств очистки в химических ОУ, а именно гелевого поршня;

изготовление гелевого поршня, имея все необходимые для этого реагенты; усовершенствование физико-химических свойств гелевого поршня, путем добавления карбамида (мочевины).



ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ТЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ



						Анализ разрушения трубопроводных систем

						Экологическая безопасность является одной из главных составляющих национальной безопасности, совокупность природных, социальных, технических и других условий, обеспечивающих качество и безопасность жизни на данной территории населения [11].

						Применительно к трубопроводным системам экологическую безопасность можно рассматривать как низкую аварийность и отсутствие влияния на состав транспортируемого продукта.

При транспортировке нефти по магистральным (МНП) и внутрипромысловым нефтепроводам (ВПНП) на стенках труб происходит формирование асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО). Они могут достигать значительных слоев, уменьшая «живое» рабочее сечение трубопровода и тем самым ухудшая его пропускную способность и качество транспортируемого продукта, за счет попадания отложений в продукт. В зависимости от состава и процентного содержания твердых УВ прочность пристенных скоплений очень отличается. 

Наряду с уменьшением уровня надежности эксплуатации образование отложений на стенках трубопровода способствуют и увеличению гидравлического сопротивления нефтепродуктопроводов, что в конечном итоге приводит к росту удельных энергозатрат на транспорт нефтепродуктов.

Одним из наиболее эффективных способов уменьшения гидравлического сопротивления трубопроводов является очистка его внутренней полости тем или иным способом. 

Наиболее известным из них является запуск ОУ. Но в большинстве случаев несущая способность действующих в настоящее время нефтепродуктопроводов (НПП) ослаблена настолько, что создание дополнительного перепада давления, необходимого для вытеснения жесткого разделительного устройства, способно разрушить трубопровод. Кроме того, существующие системы нефтепродуктопроводов (НПП) отличаются наличием большого количества местных сопротивлений и переходов на различные диаметры, что делает невозможной в ряде случаев очистку этих систем без вскрытия линейной части и извлечения ОУ.



1.2 Изучение процесса парафинизации трубопроводов с целью определения рационального выбора метода очистки

Подбор рациональной и эффективной технологии и средства очистки внутренней поверхности трубопровода и оценка различных способов очистки, с точки зрения увеличения продуктивности и качества очистки, обуславливаются многими факторами, такими как:

- фракционный состав нефти;

- ее химико-физические и реологические свойства;

- температурный режим транспортировки нефти;

- продолжительность парафинизации;

- особенности трубопровода и т.д.

Для определения всех выше перечисленных факторов необходимо проанализировать и определить состав отложений, рассмотреть причины образования таких отложений в трубопроводах и механизм их образования.

Также для точного и рационального выбора ОУ необходимо провести анализ сравнения существующих методов очистки: выявление преимуществ и недостатков ОУ по отношению друг к другу.

Результаты данных существующих работ свидетельствуют, что проведенные многочисленные изучения по вопросу парафинизации внутренних стенок нефтепроводов не отражают единого взгляда перечисленных авторов как на механизм, так и на влияние различных факторов на процесс парафинизации нефтепроводов. 

Разработке методов и средств по борьбе с АСПО посвящены работы отечественных ученых, а именно: Л. С. Абрамзона, Е. А. Арменского, А. И., Ш. Н. Ахатова, В. В. Борисова, А. М. Гнатюк, В. Е. Губина, И.Н. Кравченко, П. Б. Кузнецова, С. П. Лебедича, И. Н. Порайко, К. Д. Фокеева и др. За рубежом проблеме борьбы с АСПО свои труды посвятили такие ученые, как B. Tovler, Mary M. Knapp, M. S. Keys, G. R. Marshall, S. Mitchell, S. Mokhatab, P. R. Scott, и др. Они рассмотрели, в основном, эксплуатацию механических ОУ (шаровые и манжетные разделители, щеточные скребки, и т.д.), а также применение химических реагентов для удаления уже скопившихся АСПО и уменьшения роста парафинизации [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12]. 



1.2.1 Влияние различных факторов на парафинирование внутренней поверхности нефтепровода

Несмотря на многочисленные исследования, лабораторные и промышленные эксперименты, посвященные изучению парафинизации основных нефтепроводов, полностью данный процесс изучить не удается. Обнаружение новых залежей, где добывается или будет добываться нефть, со свойствами отличающимися от нефтей уже известных месторождений, также требует внимательного изучения физико-химических характеристик нефти, влияющих на процесс парафинизации трубопроводов – химический состав нефти, ее плотность, вязкость, испаряемость, сжимаемость, газосодержание и газовый фактор. 

Экспериментами и различными исследованиями было доказано, что значимое влияние на рост образования парафиновых отложений оказывают такие параметры, как:

- температура закачиваемой в трубопровод нефти;

- температура окружающей среды;

- скорость перекачки; 

- содержание парафина и асфальтосмолистых веществ в нефти;  

- время парафинизации;

- свойства нефти; 

- геометрические параметры трубопровода [9, 13, 14,15]. 

В изучении общих свойств нефти и фракций твердых УВ была определена взаимосвязь между фракционным составом твердых УВ (асфальтенов) и ростом накопления отложений парафина, при транспортировке нефти [16].Причем на рост особенно влияет соотношение содержание смол и асфальтенов. Если в составе нефти содержание асфальтенов преобладает над содержанием смол, интенсивность парафинирования уменьшается. В противоположном случае, когда содержание смол преобладает над количеством асфальтенов на внутренней поверхности нефтепроводов количество отложений увеличивается [7]. По длине всего трубопровода фракционный состав парафинов в отложениях заметно меняется, а общий состав образовавшихся отложений значительно не изменяется. 

Также исследования показали, что с увеличением разности температур потока и стенки трубопровода интенсивность роста отложений повышалась. С понижением температуры потока при одинаковой температуре стенки количество отложений в начале возросло и дошло до максимума при определенной температуре, затем резко уменьшилось. Образование отложений начиналось при температуре гораздо выше температуры начала кристаллизации парафина. Зона максимума соответствовала температуре начала общей кристаллизации [13, 17, 18, 19, 20, 21]. 

Температура плавления и состав парафинов в образованных отложениях заметно меняются по всей продолжительности трубопровода [22, 23]. Интенсивность отложений уменьшается, если увеличивается скорость перекачки нефти. Это объясняется тем, что с повышением скорости нефть лучше удерживает микрокристаллы парафина, и увеличивается вероятность уноса уже отложившихся частиц парафина со стенок нефтепровода. Существует зависимость местоположения наибольших отложений от скорости потока нефти. После ряда многочисленных исследований выяснилось, что с повышением скорости потока нефти количество пристенных отложений сначала может увеличиваться, но начиная с определенной скорости потока (которая зависит от различных причин) скорость отложений уменьшается. Скорость роста отложений (количество парафина, образовавшегося на стенках в единицу времени) вначале увеличивалась. С увеличением времени количество парафина возрастало, причем скорость отложений с течением времени уменьшалась [24].

Важным параметром парафинизации является разность интенсивности накопления отложений во времени на разных участках нефтепровода. Со временем происходит некоторое перераспределение отложений, а именно: на начальных участках трубопровода основной слой отложений увеличивается прямо пропорционально времени парафинизации, в области максимального слоя отложений со временем наблюдается незначительное снижение роста образований, после области максимума отмечается небольшое увеличение темпов роста толщины отложений, а на конечных участках слой отложений растет за счет скоплений, вынесенных потоком (напором потока нефти) с участков с более высокой интенсивностью парафинизации [25, 26, 27, 28, 29].

Наличие асфальтосмолистых составляющих в нефти способствует образованию густых и плотных отложений. Условием большого количества таких образований является наличие основных компонентов высокомолекулярной части нефти. Адсорбируемые на поверхности кристаллов парафина смолы и асфальтены приводят к снижению межфазного поверхностного натяжения, а также к повышению числа центров кристаллизации [25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32]. 

Последствия появлений АСПО представлены на схеме 1.

Схема 1.2.1 – Осложнения при наличии АСПО





1.2.2 Изучение состава отложений в трубопроводных системах

Состав внутренних скоплений и образующихся пристенных отложений отличается в зависимости от характерных физико-химических свойств нефти и сроков эксплуатирования трубопровода. Как правило, отложения состоят из масел, парафиновых и смолистых веществ, различных УВ в различных соотношениях, а также в отложениях присутствует некоторое количество механических примесей, таких как частицы земли, песка и глины, коррозионные частицы, попавшие в состав при транспортировке нефти через давно используемые трубопроводы. Коррозионные частицы образуются в трубопроводах при накоплении воды, в которой образуются различные бактерии, способствующие процессу коррозии. В свою очередь, активность коррозионных процессов поддерживается сероводородом, который является продуктом жизнедеятельности бактерий. Именно поэтому наличие механических примесей в транспортируемом продукте неизбежно.

В незначительных количествах в отложениях имеются низкомолекулярные смолы, нафтены и другие полярные соединения нефти, а также ПАВ-деэмульгаторы, попавшие в продукт при подготовке нефти, которые при наличии воды эмульгируют внешний слой отложений. 

Примерное содержание и свойства компонентов отложений представлены в таблице 1.

Таблица 1.2.2 - Состав и свойства внутритрубных отложений (ВТО)

Компоненты и свойства 

Весовое содержание, % 

Парафин 

56,3

Смолы 

14,5 

Асфальтены

2,5

Масла 

23,6

Прочие УВ

3,1

Плотность отложений при 20 0С, кг/м3

920 

Температура плавления парафина, 0С 

55 

      Одним из основных направлений повышения безопасности и надежности работы нефтепроводов, является проведение внутритрубной диагностики. В качестве внутритрубных приборов диагностики широко используются ультразвуковые дефектоскопы. 

Проведенные внутритрубной диагностикой исследования выяснили, что прохождение ультразвука через АСПО дает эффект искажения (из-за низкой скорости распределения ультразвуковых волн в парафине), что в результате приводит к неверным полученным данным или отсутствию данных внутритрубной диагностики [33]. 

Выше сказанное подтверждается полученными данными результатов в ходе ультразвуковой внутритрубной диагностики действующих нефтепроводов Киенгоп – Набережные Челны, когда в результате запуска прибора появляются зоны с неимением данных некоторых участков исследуемого трубопровода. 

В качестве примера в таблице 2 представлены результаты выполнения ряда диагностик МНП, проведенных с помощью ультразвукового дефектоскопа. 







Таблица 1.2.3 - Результаты диагностирования магистральных нефтепроводов



Нефтепровод



Площадь участка, подлежащая обследованию

Площадь участка с отсутствием диагностической информации

Фактически обследованная площадь участка

Процент обследования участка

Киенгоп – Набережные Челны (лупинг 0 – 206км), Д530мм, 2004г.

342184,310

82319,700

259864,610

75,943

Киенгоп – Набережные Челны (лупинг 0 – 206км), Д530мм, 2009г.

336982,491

3366,140

333616,351

99,001

Ножовка – Мишкино – Киенгоп, (участок Мишкино – Киенгоп) Д530мм, 2005г.

85741,546

2257,940

83483,606

97,376

Ножовка – Мишкино – Киенгоп, (участок Мишкино – Киенгоп) Д530мм, 2006г.

77829,223

295,446

77450,196

99,513

Ножовка – Мишкино – Киенгоп, (участок Ножовка – Мишкино) Д219мм, 2006г.

39509,572

7,723

39501,851

99,980

Азнакаево – Альметьевск 2, Д530, 2004г.

83321,420

52,080

83269,340

99,937

По результатам, приведенных в таблице 2, видно, что при проведении ультразвуковой диагностики не происходит 100% перекрытия площади обследования, как например на лупинге 0 – 206 км нефтепровода Киенгоп - Набережные Челны, диаметром 503 мм утеря звуковой информации составляет почти 25%.

Данный результат был получен после некачественной очистки нефтепровода от АСПО.  



1.3 Методы борьбы с АСПО при транспортировке нефти 

АСПО – природный композитный материал, состоящий из органоминеральных веществ и соединений. Отложения представляют собой, как правило, мазеподобную суспензию или эмульсию с высокой адгезией к различным поверхностям [34].

Борьба с подобного рода отложениями в процессе транспорта ведется по двум основным направлениям: предупреждение и устранение уже образовавшихся отложений. На схеме 2 представлены основные методы борьбы с АСПО.

Схема 1.3.1 – Основные методы борьбы с АСПО





























Существующие методы борьбы с АСПО ограничены условиями определенных местоположений, то есть при выборе метода очистки с конкретными отложениями в трубопроводах, транспортирующих нефть определенных местоположений и их смесей, необходим персональный подход к разрешению проблемы. 

Практическое использование скважин, добывающих нефть, и нефтепроводов, транспортирующих добытую нефть, показало, что без проведения работ по устранению АСПО невозможно эффективно и продуктивно решать вопросы оптимизации добычи, сбора и транспортировки нефти. АСПО снижают пропускную способность, изнашивают оборудования и увеличивают расходы электроэнергии [35]. Поэтому борьба с АСПО является актуальной проблемой и очень значимой в процессе транспортировки продуктов нефти и требует более глубокого изучения и усовершенствования существующих методов ее решения.

При выборе ОУ нужно обязательно учитывать его технические характеристики и характеристики трубопровода. Именно поэтому ОУ должно быть прочным, простым в использовании и приспособленным к прохождению различных местных сопротивлений трубопровода.

Для нефтепроводов, имеющих различный переменный диаметр, характерно и переменное давление на каждом из участков, а также изменение температуры трубы. Выбранный способ очистки должен выполнять следующие требования: 

- сохранение эффективности очистки на больших расстояниях (должен быть износостойким); 

- иметь возможность проходимости через различные сопротивления, гнутые участки, задвижки, местные сужения и т. д.; 

- быть недорогостоящим и простым в использовании. 

В зависимости от свойств нефти и особенностей использования МНП делятся на 7 групп. И в зависимости от группы нефтепровода определяется их периодичность очистки от АСПО. Подразделение нефтепроводов на 7 групп представлены в таблице 3. 

Таблица 1.3.2 – Группы нефтепроводов, определяющие периодичность очистки

Группа нефтепровода

Периодичность очистки

1

Не менее 1 раза

в 90 суток

2



3

Не менее 1 раза

в 60 суток

4



5

Не менее 1 раза

в 45 суток

6



7

Не менее 1 раза в 30 суток

В настоящее время применяют различные способы для борьбы с отложениями: физические (основаны на физических воздействиях на продукт транспортировки); химические (закачка растворителей и ингибиторов, применением моющих препаратов, очистка с помощью гелеобразных поршней); тепловые (промывка горячим теплоносителем, с помощью электропрогрева); механические (использование различных скребков и поршней).

Механические методы очистки МНП от АСПО предусматривают применение ОУ, для эксплуатации которых нефтепроводы оборудуются специальными КПП [36, 37].  

Тепловые методы основываются на способности парафина плавиться при температурах выше 50°С. Также часто используются технологии применения горячей воды или нефти в качестве теплоносителя, острого пара и электропечей.

Воздействие механических и ультразвуковых колебаний является основой для физических методов, а также воздействие электрических, магнитных и электромагнитных полей на добываемые и транспортируемые продукты. Но ни один из существующих способов не разрешает полностью проблемы с отложениями, т.к. не удается полностью удалить парафиноотложения [38]. 

Применение магнитных устройств для предотвращения АСПО началось в пятидесятые годы прошлого века, в основном в нефтедобыче, но из-за малой эффективности широкого распространения не получило. В последние годы интерес к использованию магнитного поля для воздействия на отложения значительно возрос [39].  

Одним из наиболее известных и распространенных предотвращающих методов в технологических процессах добычи, транспорта, хранения и переработки нефти для удаления уже образовавшихся отложений является применение растворителей. Но проблема выбора растворителей для определенных условий все еще имеет место. 

Подбор растворителей АСПО, как правило, осуществляется без обоснования выбора. Это происходит из-за недостатка информации о структуре и свойствах растворителей, а также из-за недостаточного изучения механизма взаимодействия нефтяных дисперсных систем и растворителей. 

Химические методы борьбы основаны на дозировании в транспортируемый продукт химических соединений, которые уменьшают, а иногда и полностью предотвращают формирование отложений. Принцип действия ингибиторов АСПО основан на адсорбции на границе раздела между жидкой средой и поверхностью металла трубы. 

В настоящее время одним из перспективных средств увеличения качества очистки трубопроводов является применение гелевых поршней [40]. 

Метод предотвращения отложений в виде применения гладких защитных покрытий из стекла, лаков и эмали можно использовать при проектировании и строительстве транспортирующих нефтепроводов [41]. В трубопроводном транспорте указанный метод широкого применения не нашел ввиду низкой строительной и эксплуатационной надежности [14].

Проведенные исследовательские работы определили основные особенности применений методов борьбы с АСПО. Полученные результаты представлены в таблице 4. 



Таблица 1.3.3 – Особенности применения различных способов борьбы с АСПО в трубопроводном транспорте 

Способы

Особенности применения

Механические:



- скребки различной конструкции

Требуют устройства КПП средств очистки. Обладают высокой чистящей способностью, износостойкостью и обеспечивают требуемое качество очистки

- шары и поршни, изготавливаемые из различных материалов

Требуют устройства КПП средств очистки, склонны к застреванию в трубопроводе, недолговечны

Тепловые:



- промывка горячим теплоносителем;

Характеризуются высокой отмывающей способностью, но работают на относительно небольшие расстояния (ввиду теплопотерь). Требуются затраты на покупку и содержание специальных передвижных котельных установок, узлов ввода в трубопровод, способствуют ухудшению качества транспортируемого продукта.

- электропрогрев



Физические:



- физическое воздействие на транспортируемый продукт

Не ухудшают качество перекачиваемой нефти и достаточно эффективны, но в трубопроводном транспорте ввиду значительной протяженности конструктивно и технически сложны в изготовлении и монтаже, требуют дополнительных затрат на эксплуатацию.

Химические:



- закачка растворителей и ингибиторов

Химические реагенты обладают высокой моющей и растворяющей способностью, но для качественной очистки требуется большой объем дорогостоящих препаратов. Требуются исследования по влиянию химических реагентов на качество нефти.

- применение моющих препаратов



- очистка с помощью гелеобразных поршней

Гелеобразные поршни могут проходить по трубам различного диаметра без повреждения, обеспечивают хорошее гидравлическое уплотнение, повышают эффективность химической обработки, удаляют механические включения, вводятся в трубопровод без стандартных КПП, обеспечивают снижение энергозатрат на перекачку продуктов. Удаляют лишь вновь образованные рыхлые отложения.

 В теории для регулирования количества парафиноотложений в трубопроводе вполне достаточно провести либо химическую обработку депарафинизаторами, либо предупредительные мероприятия, связанные с использованием поршней и скребков. Однако в реальных технологических условиях работы трубопроводов ни один из двух данных способов не даст полной уверенности устранения будущей парафинизации полости трубопровода. 

Программа по удалению парафинов со стенок трубопроводов предусматривает комплексное использование механических средств очистки и химических реагентов, поскольку ни один из рассматриваемых методов не может самостоятельно обеспечить те же преимущества, которыми обладает комплексная программа [42]. 

Схема комплексной депарафинизации нефтепроводов представлена на схеме 3.

Схема 1.3.4 – Комплексная программа депарафинизации нефтепроводов





При правильном совмещенном использовании двух или более методов, к примеру, химической обработки трубопровода и применении механических средств очистки, в частности поршней и скребков, можно существенно увеличить продуктивность работы трубопровода и достичь снижения рабочих издержек при транспортировке нефти.













ГЛАВА 2. ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ БОРЬБЫ С АСПО



Химические методы борьбы с АСПО направлены на две основные функции:

Предупреждение образования отложений парафиновых с применением химических реагентов, которые служат ингибиторами процесса формирования АСПО........................