CC BY
78
УДК 622.692
Регулирование физико-химических свойств
нефтепродуктов при последовательной перекачке
В.Х. НУРУЛЛАЕВ, канд. техн. наук, инженер
Государственная нефтяная компания Азербайджанской Республики SOCAR, Управление «Нефтепроводы» (Азербайджан, г. Баку AZ 1025, пр. Ходжалы-28)
E-mail: [email protected]
Для решения задачи по увеличению объемов перекачки нефти и нефтепродуктов необходима разработка новых или оптимизация применяемых технологий транспортировки нефти и нефтепродуктов с учетом их реологических свойств и эксплуатационных характеристик трубопроводов. Большой интерес представляют результаты экспериментальных исследований последовательной перекачки нефтепродуктов. Предложено перекачивать авиационные керосины последовательно с дизельными топливами или бензинами, помещая между ними специальную буферную пробку, состоящую из углеводородов, общих для авиационного керосина и дизельного топлива или бензина.
Рассмотрены изменения физико-химических свойств авиакеросина ТС-1 и бензина А-76 при использовании буферного нефтепродукта в контактной зоне при последовательной перекачке по трубопроводу. Показано, что добавка бензина А-76 в авиакеросин ТС-1 в количествах до 5% мас. не ухудшает качество авиакеросина, а добавка до 3% мас. — совсем не отражается на качестве авиакеросина.
Ключевые слова: фракционного состав, температура вспышки в закрытом тигле, физико-химические свойства, реология, кинематическая вязкость.
основным видом трубопроводного транспорта светлых нефтепродуктов, бензинов, керосинов, дизельных топлив является последовательная перекачка прямым контактированием. Последовательная перекачка нефтепродуктов — это способ транспортировки, при котором разносортные топлива, объединенные в партии по несколько тысяч или десятков тысяч тонн, закачивают в трубопровод последовательно одну за другой и транспортируют так до потребителя. При этом каждая партия вытесняет в трубопроводе предыдущую и в свою очередь вытесняется последующей. В конце трубопровода партии различных нефтепродуктов принимают в различные резервуары. Такая технология позволяет полнее загрузить трубопроводы и существенно удешевить транспортировку нефтепродуктов [1-6]. Главным недостатком последовательной перекачки нефтепродуктов методом прямого контактирования является образование смеси перекачиваемых нефтепродуктов в местах их контакта. Как правило, эта смесь добавляется к исходным нефтепродуктам, частично меняя их физико-химические свойства, в частности — фракционный состав. Если речь идет об одноименных нефтепродуктах, например, различных сортах бензина или различных сортах дизельного топлива, то фракционный состав каждого из вышеуказанных топлив меняется незначительно, поэтому раскладка смеси не представляет угрозы для качества этих нефтепродуктов. Хуже обстоит дело, если речь идет о последовательной перекачке разносортных нефтепродуктов, например, бензинов и дизельных то-плив. Смесь этих нефтепродуктов непригодна ни для карбюраторных двигателей, ни для дизельных, поэто-
му смесь бензина и дизельного топлива добавляется к каждому из перекачиваемых нефтепродуктов в весьма незначительных количествах, а оставшаяся некондиционная смесь утилизируется: например, сжигается в котельных, работающих на дизельном топливе, при этом бензиновые фракции, как более легкие, представляют определенную угрозу для безопасности самих котельных и работающего персонала. Еще хуже обстоит дело с последовательной перекачкой авиационных керосинов, к качеству которых, по вполне понятным причинам, предъявляются наиболее жесткие требования. Хотя существующие требования и правила технической эксплуатации не запрещают последовательную перекачку авиационных керосинов с другими нефтепродуктами, бензинами и дизельными топливами, эта технология практически не используется из-за опасений потери товарного качества. В этой связи транспортировка авиационных керосинов практически исключена из трубопроводного транспорта нефтепродуктов за исключением случаев острой производственной необходимости, при этом происходят большие потери количества авиационного керосина. Сказанное выше приводит к применению более дорогих способов транспортировки, увеличенным потерям, неритмичности поставок и снижению надежности обеспечения авиатранспорта горючим.
Актуальную проблему представляет собой создание новой технологии последовательной перекачки авиационных керосинов с бензинами и дизельными топли-вами, свободной от недостатков, присущих известным технологиям. Предложено перекачивать авиационные керосины последовательно с дизельными топливами
или бензинами, помещая между ними специальную буферную пробку, состоящую из углеводородов, общих для авиационного керосина и дизельного топлива или бензина. Материал этой «пробки» получается как продукт перегонки дизельного топлива или бензина в температурных интервалах, характерных для кипения углеводородов, входящих в авиационные керосины. При последовательной перекачке нефтепродуктов в зоне контакта последовательно движущихся партий образуется смесь перекачиваемых жидкостей, представляющая собой нетоварный нефтепродукт, поэтому необходимы мероприятия по уменьшению объема такой смеси.
Известны способы последовательной перекачки нефтепродуктов с использованием механических разделителей, своего рода подвижных перегородок между контактирующими нефтепродуктами, предназначенные для уменьшения объема образующейся смеси. Однако работы по внедрению этого способа показали его малую эффективность при большой трудоёмкости осуществления.
Известен способ последовательной перекачки нефтепродуктов с жидкостными разделительными, буферными пробками, уменьшающими продольное перемешивание жидкостей. Такие пробки помещаются между перекачиваемыми нефтепродуктами и, двигаясь вместе с ними, предотвращают попадание одного нефтепродукта в другой [7,8]. Прежде всего, речь идет о гелеобразных буферных пробках, сделанных из полиизобутилена или образованными солями алициклических карбоновых кислот в присутствии ускорителя набухания азотсодержащих органических соединений, в частности пиридина. Однако такие способы встречают существенные трудности на практике, поскольку материал, из которого сделаны буферные пробки, разрывается в трубопроводе на части и забивает фильтры перекачивающих станций. Кроме того, не решена проблема извлечения остатков материала пробок из резервуаров с нефтепродуктами.
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ последовательной перекачки двух разносортных нефтепродуктов с разделительной пробкой из третьего нефтепродукта, включающего в себя углеводороды, входящие в состав обоих перекачиваемых нефтепродуктов, при этом разделительную пробку подбирают таким образом, чтобы она была совместима в большей степени с каждым из перекачиваемых нефтепродуктов, чем они сами между собой. Такой способ свободен от недостатков, присущих предыдущим способам, однако и он не исключает попадание вместе со смесью некоторого количества одного нефтепродукта в другой, правда, в значительно меньших количествах, чем при перекачке без разделительной пробки.
Наличие примеси одного нефтепродукта в другом изменяет фракционный состав каждого,
в том числе температуры их начала и конца кипения. В частности, при перекачке нефтепродуктов, к качеству которых предъявляют особенно жесткие требования, например авиационного керосина ТС-1, попадание в них даже незначительных примесей чужеродных углеводородов изменяет температуры помутнения и застывания, что абсолютно недопустимо [9-11]. Поэтому согласно существующим технологическим условиям вся смесь таких топлив изымается из обращения или переводится в другой нефтепродукт, что приводит к существенным убыткам. Используемый в качестве разделительной пробки нефтепродукт получают в процессе перегонки одного из контактирующих нефтепродуктов в интервале температур выкипания углеводородов, общих для них обоих. Так, например, если речь идет о последовательной перекачке авиакеросина ТС-1, выкипающего в интервале температур от 150 до 250^, между партиями бензина А-76, выкипающего в интервале температур от 35 до 195^, буферным продуктом является остаток после перегонки бензина А-76 при температуре кипения не ниже 150^. Если же речь идёт о последовательной перекачке авиакеросина ТС-1, выкипающего в интервале температур от 150 до 250^, между партиями дизельного топлива Л-45, выкипающего в интервале температур от 190 до 360^, то буферным продуктом является дистиллят дизельного топлива Л-45, конденсируемый в приемнике-холодильнике после
Изменение плотности (а), кинематической вязкости (б) и фракционного состава (в) смеси нефтепродуктов ТС-1 и А-76 в зависимости от содержания бензина А-76, % мас.
Таблица 1
Результаты физико-химического анализа ТС-1 и А-76
Показатели A-76 ТС-1 Методы проведения анализа
Стандартные Фактические Стандартные Фактические
Температура кипения, °С:
начальная 35 37 150 148 ГОСТ 2177-99
при перегонке 10% 70 67 165 161
при перегонке 50% 115 109 195 183
при перегонке 90% 180 172 230 223
Температура вспышки в закрытом тигле, °С 28 35 ГОСТ 6356-75
Плотность при 20°С, кг/м3 Ненорми-ровано 754,2 775,0 789,6 ГОСТ 3900-85
Кинематическая вязкость при 20°С, сСт То же 0,5432 1,25 1,51 ГОСТ 33-2000
Кислотность, мг К0Н/100 см3 топлива 3,0 0,9856 0,7 0,42 ГОСТ 5985-79
Концентрация фактических смол, мг/100 см3 топлива 5 0,2351 5 0,3843 ГОСТ 1567-97
Испытание на медной пластинке при 100°С Выдерживает Выдерживает Выдерживает Выдерживает ГОСТ 6321-92
Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, °С 28 34 ГОСТ 6356-75
Температура начала кристаллизации °С — — -60 -68 ГОСТ 5066-11
Содержание, % мас.:
общей серы 0,10 0,032 0,25 0,068 ГОСТ 19121-73
меркаптановой серы — — 0,005 0,002 ГОСТ 5066-11
сероводорода — — Отс. Отс. ГОСТ 17323-71
ароматических углеводородов 22 16 ГОСТ 6994-74
Давление насыщенных паров, кПа (мм рт.ст.) 66,7(500) 43,6 (327,04) — — ГОСТ 1756-2000
Наличие водорастворимых кислот и щелочей Отс. Отс. Отс. Отс. ГОСТ 6307
Высота некоптящего пламени, мм — — 25 25 ГОСТ 4338-91
перегонки дизельного топлива при температуре не выше 250°С. Иными словами, всякий раз буферный нефтепродукт для разделительной пробки образуется углеводородами, общими для данной пары перекачиваемых жидкостей.
Были проведены исследования физико-химического анализа ТС-1 (ГОСТ 10227-86) и бензина А-76 (ГОСТ 2084-77), полученные из азербайджанской нефти. Результаты экспериментальных исследований показаны в табл. 1.
Результаты экспериментальных исследований физико-химических свойств различных смесей нефтепродуктов ТС-1 и А-76 представлены в табл. 2. Все результаты лежат в пределах точности и повторяемости лабораторных анализов.
Были построены графики зависимости измене-
ния плотности, вязкости и фракционного состава смесей нефтепродуктов ТС-1 и А-76 от содержания бензина (рисунок).
Как видно из данных рисунка, расчёты для рассматриваемых смесей по правилам аддитивности удовлетворительно описывают результаты измерений лишь для параметра вязкости. В остальных случаях наблюдаются отклонения измеренных величин от расчётных.
Причинами такого отклонения согласно может быть в частности нарушения структур исследуемых систем [12]. Исследования также показали, что при добавке в авиакеросин ТС-1 бензина А-76 в количествах до 5% не ухудшает качество авиакеросина, в количестве до 3% — вообще не отражается на его качестве.
Технологическая схема последовательной перекач-
Таблица 2
Результаты физико-химического анализа различных смесей ТС-1 и A-76
Показатели Содержание бензина А-76 в смеси, % мас.
0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,10 0,40 0,60 0,80 0,90 0,95 0,99
Температура кипения, °С:
начальная 147 145 144 142 140 132 101 79 79 57 48 43 39
при перегонке 10% 161 159 156 155 154 145 114 98 98 84 77 73 69
при перегонке 50% 183 181 179 177 175 163 152 148 148 121 117 115 111
при перегонке 90% 223 223 222 221 220 215 195 191 191 180 178 176 173
Температура вспышки в закрытом тигле, °С 35 33 30 29 26 22 Проведение анализа опасно
Плотность при 20°С, кг/м3 789,5 789,1 788,7 788,2 787,6 786,9 785,1 774,3 785,5 785,1 756,4 755,8 754,7
Кинематическая вязкость при 20°С, сСт 1,501 1,484 1,467 1,451 1,442 1,434 1,401 1,114 1,411 1,401 0,629 0,590 0,559
Кислотность, мг К0Н/100 см3 топлива 0,42 0,43 0,45 0,47 0,50 0,52 0,56 0,59 0,65 0,78 0,82 0,91 0,96
Концентрация фактических смол, мг/100 см3 топлива 0,384 0,383 0,381 0,379 0,376 0,371 0,369 0,344 0,325 0,301 0,258 0,243 0,235
Испытание на медной пластинке при 100°С Выд. Выд. Выд. Выд. Выд. Выд. Выд. Выд. Выд. Выд. Выд. Выд. Выд.
Температура начала кристаллизации °С -68 -68 -68 -68 -68 -68 -68 -68 -68 -68 -68 -68 -68
Содержание, % мас.:
общей серы 0,068 0,068 0,067 0,066 0,066 0,065 0,060 0,045 0,038 0,035 0,034 0,033 0,032
меркаптановой серы 0,002 0,002 0,001 0,001 Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс.
сероводорода Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс.
ароматических углеводородов 16,0 16,2 16,4 16,6 16,8 17,0 17,4 18,6 19,4 20,2 21,0 21,6 22,0
Давление насыщенных паров, кПа 21,4 21,6 23,1 23,3 23,9 26,4 28,6 35,8 38,7 40,5 41,9 42,2 43,6
Наличие водорастворимых кислот и щелочей Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс.
Высота некоптящего пламени, мм 26 28 30 36 40 48 Проведение анализа опасно
ки нефтепродуктов с разделительной буферной пробкой, состоящей из углеводородов, общих для данной пары транспортируемых жидкостей, не требует изменений в сложившейся практике и не предусматривает использование специального оборудования. Для её реализации достаточно иметь один или два свободных резервуара для введения в зону контакта транспортируемых нефтепродуктов расчетного объема буферной жидкости. Подобные операции неоднократно применялись на практике. Предлагаемый способ позволяет осуществлять последовательную перекачку разносортных нефтепродуктов с высокой степенью сохранности их качества, поскольку материал буферной пробки генетически схож с материалом транспортируемых нефтепродуктов. В особенности способ эффективен для перекачки нефтепродуктов с повышенными требованиями к качеству, как, топлива для реактивных двигателей, которые в настоящее время большей частью перевозятся в цистернах по железной дороге.
Новыми и оригинальными являются разработки, относящиеся к экспериментам получения буферных пробок и их использования для последовательной перекачки авиационных керосинов. Проведенные анализы должны проводится одним стандартом ASTMD или ГОСТ. Если анализы проводятся разными стандартами, тогда результат должен соответствовать ГОСТ Р ISO 5725-2-2002 [13].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Чертков Я.Б. Моторные топлива. — Новосибирск: Наука, 1987. — 208 с.
2. Большаков Г.Ф. Сероорганические соединения нефти. — Новосибирск: Наука, 1986. — 248 с.
3. Лурье М.В., Марон В.И., Мацкин ЛА., Юфин ВА. Оптимизация последовательной перекачки нефтепродуктов. — М.: Недра, 1975. — 256 с.
4. Абузова Ф.Ф., Бронштейн И.С., Новоселов В.Ф. и др. Борьба с потерями нефти и нефтепродуктов при их транс-
портировке и хранении. — М.: Недра, 1981. — 248 с.
5. Большаков Г.Ф. Восстановление и контроль качества нефтепродуктов. — Л.: Недра, 1974. — 243 с.
6. Абдуллаев АА., Бланк В.В., Юфин ВА. Контроль в процессах транспорта и хранения нефтепродуктов. — М.: Недра, 1990. — 264 с.
7. Исмайылов Г.Г., Нуруллаев В.Х., Келова И.Н., Нурмамедова Р.Г. О влиянии смешения разносортных нефтепродуктов на их реологические и физико-химические свойства // 5 Международная научно-практическая конференция. Проблемы инновационного развития нефтегазовой индустрии. — Алматы: КБТУ, 2013. — С. 21-27.
8. Соколова Г.М. Исследование реологических свойств гелевых поршней, применяемых в трубопроводном транспорте // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углево-
дородного сырья. — 2010. — № 3. — С. 7-11.
9. Нуруллаев В.Х., Рустамов М.И., Султанов СА. Получение топлив РТ и А-1 из Азербайджанских нефтей путем гидроочистки // Азербайджанское нефтяное хозяйство. — 2001. — № 1. — С. 48-50.
10. ГОСТ 2084-77. Топлива моторные. Бензин неэтилированный. Технические условия.
11. ГОСТ 10227-86. Реактивные топлива.
12. Евдокимов И.Н. Нанотехнологические управления свойствами природных нефтегазовых флюидов. — М.: МАКС Пресс, 2010. — 364 с.
13. ГОСТ P ISO 5725-2-2002. Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Ч. 2. Основной метод определения повторяемости и воспроизводимости стандартного метода измерений.
SUBSTANTION PHYSICAL AND CHEMICAL PROPERTIES OF OIL PRODUCTS AND THEIR REGULATION AT CONSECUTIVE SWAPPING
Nurullaev V.X., Candidate of Tehn. Sci., Engineer
The State Oil Company of Azerbaijan SOCAR, Management« Oil Pipelines» (28, pr. Khojaly, Baku AZ 1025, Azerbaijan)
E-mail: [email protected] ABSTRACT
Recently the steady tendency to magnification of bulks of haul, oil and oil products was outlined. Thus, for problem solution on magnification of bulk of an oil pumping and oil products, developments new or optimization of applied technologies of haul of oil and oil products taking into account their rheological behavior and operating characteristics of pipe lines are indispensable.
Investigated the main parameters of various oil products are: boiling temperature, flash temperature, density, kinematic viscosity. It is shown, that at the additive in jet fuel TC-1 of gasoline А-76 in quantities to 5% does not worsen quality of jet fuel, and in quantity to 3% - it is not reflected at all in its quality.
Keywords: pipeline transportation, jet fuel, gasoline, buffer tube, distillation fractions, physical and chemical properties, kinematic viscosity.
REFERENCES
1. Chertkov Ya.B. Motornye topliva [Motor fuels]. Novosibirsk: Nauka Publ., 1987, 208 p.
2. Bolshakov G.F. Seroorganicheskie soedinenija nefti [Organo-sulfur compounds of oil]. Novosibirsk: Nauka Publ., 1986, 248 p.
3. Lur'e M.V., Maron V.I., Mackin L.A., Jufin V.A. Optimizacija posledovatel'noj perekachki nefteproduktov [Optimizing sequential pumping oil]. Moscow: Nedra Publ., 1975. 256 p.
4. Abuzova F.F., Bronshtejn I.S., Novoselov V.F. and etc. Bor'ba s poterjami nefti i nefteproduktov pri ih transportirovke i hranenii [Combating the loss of oil and petroleum products during transportation and hranenii]. Moscow: Nedra Publ., 1981. 248 p.
5. Bol'shakov G.F. Vosstanovlenie i kontrol' kachestva nefteproduktov [Recovery and quality control oil product]. Leningrad, Nedra Publ., 1974. 243 p.
6. Abdullaev A.A., Blank V.V., Jufin V.A. Kontrol' v processah transporta i hranenija nefteproduktov [Control in the processes of transport and storage of petroleum products]. Moscow, Nedra Publ., 1990, 264 p.
7. Ismajylov G.G., Nurullaev V.H., Kelova I.N., Nurmamedova R.G. O Vlijanii smeshenija raznosortnyh nefteproduktov na ih reologicheskie i fiziko-himicheskie svojstva. Pyataya Mezhdunarodnaya nauchno-prakticheskaya konferenciya, problemy innovacionnogo razvitija neftegazovoj industrii [On the influence of mixing oil on their rheological and physical and chemical properties. Fifth International Scientific-Practical Conference «Problems of innovative development of the oil and gas industry»]. Almaty, February 21-22, 2013, pp. 21-27.
8. Sokolova G.M. Transport i chranenie nefteproduktov i uglevodorodnogo syrja — Transport and storage of oil products and hydrocarbons, 2010, no. 3, pp. 7-11.
9. Nurullaev V.H., Rustamov M.I., Sultanov S.A. Azerbajdzhanskoe neftjanoe hozjajstvo — Azeri oil Industry. 2001, no. 1, pp. 48-50.
10. GOST 2084-77. Topliva motornye. Benzin neetilirovannyj. Tehnicheskie uslovija [State Standard GOST 2084-77. Motor fuel. Unleaded petrol. Specifications].
11. GOST 10227-86. Reaktivnye topliva [State Standard GOST 10227-86. Jet fuel].
12. Evdokimov I.N. Nanotehnologicheskie upravlenija svojstvami prirodnyh neftegazovyh fljuidov [Nanotechnology to control the properties of oil and gas fluids]. Moscow, MAKS Press Publ., 2010, 364 p.
13. GOST P ISO 5725-2-2002. Tochnost' (pravil'nost' i precizionnost') metodov i rezul'tatov izmerenij. Chast' 2. Osnovnoj metod opre-delenija povtorjaemosti i vosproizvodimosti standartnogo metoda izmerenij [State Standard GOST P ISO 5725-2-2002. Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results. Part 2: Basic method for the determination of repeatability and reproducibility of a standard measurement method].
