CC BY
38ТРАНСПОРТ И ХРАНЕНИЕ НЕФТИ И ГАЗА
УДК 622.692
Д.А. Дроздов1, e-mail: drozdov_maii@maii.ru
1 ФАУ «25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России» (Москва, Россия).
Способ идентификации границ смесеобразования при последовательной перекачке по трубопроводам нефтепродуктов различных групп и марок
В статье рассмотрены вопросы контроля за движением партий нефтепродуктов различных групп и марок и зон их смесей в процессе последовательной перекачки по трубопроводам.
При выполнении регламента и правил проведения технологических операций количество образующейся смеси при осуществлении метода последовательной перекачки способом прямого контактирования не превышает 1-3 % от объема трубопровода. Однако на практике количество образующейся смеси может быть значительно больше. Системы и средства контроля последовательной перекачки фиксируют изменение объемной концентрации одного нефтепродукта в другом, а на пунктах приема переключением задвижек исходные нефтепродукты и их смеси направляются в соответствующие резервуарные емкости. Как показывает опыт эксплуатации нефтепродуктопро-водов, системы и средства контроля последовательной перекачки не во всех случаях обеспечивают достаточную точность измерений, поэтому в резервуарные емкости со смесью попадает значительный объем исходных («чистых») нефтепродуктов.
Для предотвращения дополнительного смесеобразования и более достоверного определения времени переключения задвижек технологической обвязки резервуарных емкостей предлагается способ последовательной перекачки нефтепродуктов различных групп и марок с использованием системы идентификации границ смесеобразования. Представлены принципиальная схема системы идентификации границ смесеобразования для контроля процесса последовательной перекачки по трубопроводам нефтепродуктов различных групп и марок и вариант пробоотборника непрерывного действия для разработанной системы. Предложено положение в трубопроводе последовательно перекачиваемых партий нефтепродуктов и их смесей определять по коэффициенту преломления перекачиваемого нефтепродукта с использованием датчика оптоволоконного рефрактометра.
Ключевые слова: нефтепродуктопровод, последовательная перекачка, смесеобразование, пробоотборник, оптоволоконный рефрактометр, показатель преломления жидкости, эксплуатация нефтепродуктопроводов.
D.A. Drozdov1, e-mail: drozdov_mail@mail.ru
1 Federal Autonomous Establishment "The 25th State Research Institute of Himmotology, Ministry of Defense of Russian Federation" (Moscow, Russia).
Method of Identification Mixture Formation during Batching on Pipeline Different Groups and Brands Oil Products
In the article examined questions of the batches control on pipeline different groups and brands oil products and their mixtures zones.
As a result of batching mixture volume of oil products not exceeds 1-3 % part of pipeline volume, if provided of implementation technical regulations. But in the operational practice, the amount mixture volume of oil products can be much more.
Systems and means for monitoring batching determined variation volumetric concentration of one oil product in another, simultaneously at the receiving station by switching the valves, the oil products and their mixtures are supply to the corresponding tanks. As approve experience operation of oil product pipelines, not always provide sufficient accuracy measurement of systems and means for monitoring batching, therefore in tanks of mixture oil products can be significant quantity quality oil products.
For prevention additional mixture formation and more reliable determination of the switching time of the reservoir tank valves, in the article proposed method of batching on pipeline different groups and brands oil products using a system for identifying mixture formation.
98
№ 6 июнь 2018 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ
OIL AND GAS TRANSPORTATION AND STORAGE
Approve scheme of system for identifying mixture formation of the batches control on pipeline different groups and brands oil products and their mixtures zones. Also approve scheme of sampler regular flow for this system of identifying. Using sensor of fiber optics refractometer, based on the definition of the refractive index of light, proposed implement batches control on pipeline different groups and brands oil products and their mixtures zones.
Keywords: oil product pipeline, batching, mixture formation, sampler, fiber optic refractometer, refractive index of liquid, oil products lines operation.
a) a) б) b)
Рис. 1. Универсальный пробоотборник комплектов СРТ типа ПМТП: а) общий вид; б) в разрезе:
1 - фланец с раструбом и шпильками; 2, 7 - прокладки; 3 - фонарь; 4 - фланец с манжетой, заборными трубками и камерой смешения; 5 - шайба пружинная; 6 - гайка; 8 - вентиль; 9 - тройник; 10 - цилиндр; 11 - кран; 12 - ерш; 13 - рукав
Fig. 1. Universal sampler of collapsible pipelines sets of the field main high capacity pipeline type: а) general view; б) sectional view:
1 - funnel-shaped and studded flange; 2, 7 - washers; 3 - lamp; 4 - gland flange with eduction pipes and mixing chamber; 5 -retaining washer; 6 - nut; 8 - valve; 9 - tee; 10 - cylinder; 11 - tap; 12 - pig; 13 - hose
Одним из основных условий успешного проведения последовательных перекачек является обеспечение контроля за движением по трубопроводам партий нефтепродуктов различных групп и марок и зон их смеси. По показаниям приборов контроля последовательной перекачки при изменении объемной концентрации одного нефтепродукта в другом на пунктах приема переключением задвижек исходные нефтепродукты и их смеси направляются в соответствующие резервуарные емкости [1, 2]. При выполнении регламента и правил проведения технологических операций количество образующейся смеси при осуществлении метода последовательной перекачки способом прямого контактирования не превышает 1-3 % от объема трубопровода [3, 4]. Однако, как показывает практика, количество образующейся смеси может быть больше и в отдельных случаях достигать 40-45 % объема трубопровода [5, 6]. В настоящее время для контроля последовательной перекачки предложено множество приборов различных принципов действия. Обзор ассортимента, сравнительная характеристика методов, положенных в основу работы этих приборов, а также самого оборудования приведены в работах [1, 3, 4]. На стационарных магистральных неф-тепродуктопроводах (МНПП) приборы контроля располагаются на головных и промежуточных насосных станциях, в конечных пунктах (в местах приема и реализации смеси), а также в 10-15 км перед конечным пунктом - на выносных контрольных пунктах [7]. В отсутствие автоматических систем и средств контроль последовательной перекачки неф-
тепродуктов осуществляется вручную путем отбора ходовых проб с последующим их анализом.
Отбор проб перекачиваемых нефтепродуктов на приемных пунктах проводится в следующем порядке:
• за 2 ч до расчетного времени подхода смеси - через каждые 10 мин;
• за 1 ч до подхода смеси - через каждые 5 мин;
• за 30 мин до подхода и на все время прохождения смеси, а также 3-5 измерений после прохождения смеси -через каждые 2 мин;
• далее в течение 1 ч - через каждые 10 мин.
При этом проводят измерения плотности или другого заданного показателя
качества [7, 8] перекачиваемых нефтепродуктов.
На сборно-разборных трубопроводах (СРТ) типа полевых магистральных трубопроводов повышенной проходимости (ПМТП) и полевых магистральных трубопроводов (ПМТ) оперативный контроль за поступлением перекачиваемых нефтепродуктов и их смесей на конечный пункт трубопровода также осуществляется методом отбора проб из трубопровода и последующего замера плотности и температуры. Для этого используют универсальный пробоотборник (рис. 1) [9]. Пробоотборник устанавливается на конечных пунктах трубопровода и в обвязках промежуточных резерву-
Для цитирования (for citation):
Дроздов Д.А. Способ идентификации границ смесеобразования при последовательной перекачке по трубопроводам нефтепродуктов различных групп и марок // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2018. № 6. С. 98-102.
Drozdov D.A. Method of Identification Mixture Formation during Batching on Pipeline Different Groups and Brands Oil Products. Territorija «NEFTEGAS» = Oil and Gas Territory, 2018, No. 6, P. 98-102. (In Russ.)
TERRITORIJA NEFTEGAS - OIL AND GAS TERRITORY No. 6 June 2018
99
ТРАНСПОРТ И ХРАНЕНИЕ НЕФТИ И ГАЗА
Рис. 2. Принципиальная схема системы идентификации границ смесеобразования при проведении последовательной перекачки нефтепродуктов различных групп и марок по трубопроводам:
1, 2, 3, n - резервуары для продуктов перекачки; 1', 2', 3', n' - резервуары для смеси продуктов перекачки; БИ - блок измерения; БУ - блок управления; ДД - датчик давления; ДТ - датчик температуры; ДОКХПП - датчик определения качественных характеристик продуктов перекачки; > - направление перекачки; xs - задвижка; =(ТГ№ - исполнительное устройство (электромагнитный клапан)
Fig. 2. Schematic diagram for the system of mixing boundary identification in products-all groups and grades pipeline operation:
1, 2, 3, n - tanks for transfer products; 1', 2', 3', n' - tanks for transfer products mix; SC - sensing circuit; CU - control unit; PS - pressure sensor; TS - temperature sensor; QCTPS - qualitative characteristics of transfer products sensor; > - direction of pumping; X! - gate; "¡Ш!» - actuating device (solenoid-controlled valve)
арных групп. Он состоит из фонаря с органическим стеклом 3, заборными трубками, камерой смешения 4 и цилиндра 10. Через фонарь 3 наблюдают за прохождением перекачиваемых жидкостей. Набор из трех заборных трубок позволяет отбирать объединенную пробу смеси, проходящей по трубопроводу. Трубки имеют различный диаметр и расположены в разных точках поперечного сечения трубопровода с учетом скорости потока жидкости. Для измерения плотности и температуры средней пробы смеси, проходящей по трубопроводу, в цилиндр 10 помещаются нефтеденсиметр и термометр, входящие в комплект пробоотборника. При замерах цилиндр 10 пробоотборника с помощью вентиля 8 периодически наполняется перекачиваемой жидкостью. После замера температуры и плотности жидкость (смесь) через муфтовый кран 11 и резиновый рукав 13 сливается из цилиндра в полубочку. Отбор проб начинают производить за 30 мин до подхода смеси, плотность замеряют через каждую минуту, а за 10-15 мин до поступления смеси и в процессе ее прохождения -через каждые 0,5 мин (30 с). Плотность определяют с точностью до четвертого знака, температуру - до 1°. Замерив плотность, ее значение сравнивают с данными таблиц плотности [10, 11]. Следует отметить, что на одно измерение плотности, согласно действующим положениям, отводится 13 мин [12]. Как показывает опыт эксплуатации СРТ, вследствие невысокой точности измерений, выполненных через каждые 0,5 мин (30 с), в резервуарные емкости со смесью попадает значительный объем исходных («чистых») нефтепродуктов [6]. Очевидно, что при контроле последовательной перекачки нефтепродуктов на МНПП путем отбора ходовых проб вручную и определения через каждые 2-10 мин плотности согласно методам [13, 14]точность измерений также будет невысокой. Для предотвращения дополнительного смесеобразования и более достоверного определения времени переключения задвижек технологической обвязки резервуарных емкостей предлагается способ последовательной перекачки нефтепродуктов различных групп и ма-
рок с использованием системы идентификации границ смесеобразования. Прототипом предложенного является способ последовательной перекачки нефти различного качества [15]. В систему идентификации границ смесеобразования при последовательной перекачке нефтепродуктов по трубопроводам входят блоки измерения и управления (рис. 2). Блок измерения расположен на обводной (байпасной)линии трубопровода, которая включается (выключается) в работу открытием (закрытием) отсечных задвижек. Блок измерения включает датчик определения заданного физико-химического показателя перекачиваемого продукта, а также датчики давления и температуры. Этот блок находится на некотором удалении от резервуарных емкостей и их технологических обвязок. В качестве блока измерения предлагается использовать пробоотборное устройство (рис. 3), за основу конструкции которого взят универсальный пробоотборник комплектов СРТ (рис. 1). Отбор проб из потока перекачиваемой
по трубопроводу жидкости происходит также через систему пробозаборных трубок. Количество пробозаборных трубок в соответствии с [16] зависит от диаметра трубопровода. Вместо цилиндра в пробоотборном устройстве имеется измерительная кювета, в которой расположены датчики определения заданного физико-химического показателя перекачиваемого продукта, давления и температуры. После прохождения жидкости через кювету по обводной трубке поток возвращается в трубопровод, необходимый перепад давления создается сужающим устройством.
В качестве прибора для определения заданного физико-химического показателя перекачиваемого продукта предлагается использовать оптоволоконный рефрактометр [17, 18]. Датчик оптоволоконного рефрактометра помещен в измерительную кювету пробоотборника. Сигналы от датчиков блока измерения передаются в блок управления через линии интерфейса. Блок управления включает систему обработки информации и управляющую
100
№ 6 июнь 2018 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ
OIL AND GAS TRANSPORTATION AND STORAGE
Датчик давления (ДД) Pressure sensor (PS)
Датчик температуры (ДТ) _
Temperature sensor (TS)
Датчик определения качественных характеристик продуктов перекачки (ДОКХПП) Qualitative characteristics of transfer products sensor (QCTPS)
Рис. 3. Пробоотборное устройство измерительного блока системы идентификации границ смесеобразования последовательной перекачки
Fig. 3. The sampling device for the mixing boundary identification package in products pipeline operation
Значение коэффициента преломления дизельного топлива
Рис. 4. График изменения коэффициента преломления при последовательной перекачке по показаниям оптоволоконного рефрактометра:
АБ - автомобильный бензин; ДТ - дизельное топливо; АБ + ДТ и ДТ + АБ - смесь автомобильного бензина и дизельного топлива
Fig. 4. Refractive index characteristic curve in products pipeline operation basing on fiber-optic refractometer readings:
АБ - motor petrol; ДТ - diesel fuel; АБ + ДТ and ДТ + АБ - motor petrol and diesel fuel blend
систему распределения потока перекачиваемых продуктов. Снятые блоком измерения данные передаются на блок управления, после их обработки блок управления при необходимости передает сигналы на исполнительные устройства (рассмотрен также вариант использования электромагнитных клапанов) для обеспечения приема исходных нефтепродуктов или их смесей в отдельные резервуары. В общем случае предусмотрено два типа резервуарной емкости: для исходных («чистых») нефтепродуктов и для смесей нефтепродуктов. Схема работы системы идентификации границ смесеобразования представлена на рис. 4, в качестве примера рассмотрена последовательная перекачка партий дизельного топлива и автомобильного бензина.
На участке AF показано изменение коэффициента преломления в период прохождения партий перекачиваемых по трубопроводу нефтепродуктов различных групп и их смесей по показаниям прибора контроля (волоконно-оптического датчика). На участке АВ фиксируется значение коэффициента преломления дизельного топлива, на участке ВС -постепенное снижение коэффициента преломления в зоне смесеобразования при уменьшении объемной концентрации дизельного топлива и увеличении объемной концентрации автомобильного бензина. Участок CD показывает постоянное значение коэффициента преломления, соответствующее партии автомобильного бензина. На участке йЕ фиксируется постепенное увеличение коэффициента преломления в зоне смесеобразования при уменьшении объемной концентрации автомобильного бензина и увеличении объемной концентрации дизельного топлива. Участок ЕР показывает постоянное значение коэффициента преломления, соответствующее партии дизельного топлива. По показаниям оптоволоконного рефрактометра после определения положения партий исходных нефтепродуктов и границ смесеобразования (при изменении коэффициента преломления) на конечном пункте начинают подготовку к приему партий исходных нефтепродуктов и их смесей в отдельные резервуар-
ные емкости. Блок управления подает сигналы на исполнительные устройства, обеспечивающие направление потока в соответствующие резервуары. Применение предложенных средств позволит с высокой степенью досто-
верности определять границы смесеобразования и значительно уменьшить объем смеси при приеме нефтепродуктов различных групп и марок в резерву-арные емкости при последовательной перекачке.
TERRITORIJA NEFTEGAS - OIL AND GAS TERRITORY No. 6 June 2018
101
ТРАНСПОРТ И ХРАНЕНИЕ НЕФТИ И ГАЗА
Литература:
1. Лурье М.В., Марон В.И., Мацкин Л.А. и др. Оптимизация последовательной перекачки нефтепродуктов. М.: Недра, 1979. 256 с.
2. Лурье М.В. Математическое моделирование процессов трубопроводного транспорта нефти, нефтепродуктов и газа. М.: Изд. центр РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2012. 456 с.
3. Яблонский В.С., Юфин В.А., Бударов И.П. Последовательная перекачка нефтепродуктов и нефтей по магистральным трубопроводам. М.: Гостоп-техиздат, 1959. 148 с.
4. Коршак А.А., Нечваль А.М. Проектирование и эксплуатация газонефтепроводов. СПб.: Недра, 2008. 488 с.
5. Серегин Е.П., Босенко А.И., Бычков В.Е. и др. Экономия горючего / Под ред. Е.П. Серегина. М.: Воениздат, 1986. 190 с.
6. Данильченко И.Г. Сокращение потерь горючего при транспортировке по полевым магистральным трубопроводам: дис. ... канд. техн. наук. М., 1985. 295 с.
7. РД-03.220.99-КТН-187-14. Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Транспортировка нефтепродуктов по магистральным трубопроводам методом последовательной перекачки. М.: ОАО «АК «Транснефть», 2014. 63 с.
8. Короленок А.М., Лурье М.В., Тимофеев Ф.В. Расширение ассортимента светлых нефтепродуктов, транспортируемых по трубопроводам методом последовательной перекачки // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2012. № 4. С. 40-43.
9. Середа В.В., Мельников Д.И., Дроздов Д.А. Использование сборно-разборных трубопроводов в системе нефтепродуктообеспечения // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2016. № 3. С. 29-37.
10. Кравцов М.Ф., Данильченко И.Г., Пирогов Ю.Н. и др. Полевые магистральные трубопроводы повышенной производительности. Руководство по эксплуатации. М.: Воениздат, 1982. 368 с.
11. Комаров Л.Д., Николаев В.В., Супонько К.П. и др. Полевой магистральный трубопровод ПМТ-100 / Под ред. Н.М. Зюзина.: Военное изд-во МО СССР, 1958. 152 с.
12. Приказ Министерства обороны РФ от 31.12.2012 № 3904 «Инструкция об организации обеспечения качества компонентов жидкого ракетного топлива и горючего в Вооруженных Силах Российской Федерации» [Электронный источник]. Режим доступа: https://Lektsii.org/3-24872.htmL (дата обращения: 30.05.2018).
13. ГОСТ 3900-85. Нефть и нефтепродукты. Методы определения плотности. М.: ИПК «Издательство стандартов», 2000. 38 с.
14. ГОСТ Р 51069-97. Нефть и нефтепродукты. Методы определения плотности, относительной плотности и плотности в градусах API ареометром. М.: ИПК «Издательство стандартов», 1997. 15 с.
15. Пат. 2277201 РФ, МПК F17D 3/03. Способ последовательной перекачки нефти различного качества / Евлахов С.К.; заявитель и патентообладатель -ОАО «АК «Транснефть»; № 2004107773/06; заявл. 16.03.2004; опубл. 27.05.2006, Бюл. № 15. 8 с.
16. ГОСТ 2517-2012. Нефть и нефтепродукты. Методы отбора проб. М.: Стандартинформ, 2014. 32 с.
17. Думболов Д.У., Дроздов Д.А. Основные подходы к определению объема смеси и новый метод ее идентификации при последовательной перекачке нефтепродуктов // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2012. № 8. С. 92-98.
18. Думболов Д.У., Зарукин А.И., Дроздов Д.А., Середа С.В. Применение оптоволоконных датчиков для идентификации границ смесеобразования топлив при их последовательной перекачке // Труды 25 ГосНИИ МО РФ. 2014. Вып. 56. С. 524-528.
References:
1. Lurie M.V., Maron V.I., Matskin L.A., et.al. Optimization of Products Pipeline Operation. Moscow, Nedra, 1979, 256 p. (In Russian)
2. Lurie M.V. Mathematical Simulation of Oil, Refined Products and Gas Pipeline Transportation Processes. Moscow, Publishing center of the Gubkin Russian State University of Oil and Gas, 2012, 456 p. (In Russian)
3. Yablonskiy V.S., Yufin V.A., Budarov I.P. Oil-Refined Products Trunk Pipeline Operation. Moscow, Gostopttekhizdat, 1959, 148 p. (In Russian)
4. Korshak A.A., Nechval' A.M. Design and Operation of Gas-Oil Pipelines. Saint Petersburg, Nedra, 2008, 488 p. (In Russian)
5. Seregin Ye.P., Bosenko A.I., Bychkov V.Ye., et.al. Fuel Economy. Edited by Ye.P. Seregin. Moscow, Voyenizdat, 1986, 190 p. (In Russian)
6. Danil'chenko I.G. Reduction of Fuel Losses in Trunk Field Pipeline Transportation. Ph.D. Thesis in Engineering Sciences. Moscow, 1985, 295 p. (In Russian)
7. Ruling Document (RD) 03.220.99-KTN-187-14. Oil-Refined Products Trunk Pipeline Transportation. Products Trunk Pipeline Operation. Moscow, Transneft OJSC, 2014, 63 p. (In Russian)
8. Korolyonok A.M., Lurie M.V., Tomofeev F.V. Extending Range of Light Oil Products butched through Pipelines. Nauka i tekhnologii truboprovodnogo transporta nefti i nefteproduktov = Science & Technologies: Oil and Oil Products Pipeline Transportation, 2012, No. 4, P. 40-43. (In Russian)
9. Sereda V.V., Melnikov D.I., Drozdov D.A. Using Field Pipelines in System of Ensuring Oil Products. Nauka i tekhnologii truboprovodnogo transporta nefti i nefteproduktov = Science & Technologies: Oil and Oil Products Pipeline Transportation, 2016, No. 3, P. 29-37. (In Russian)
10. Kravtsov M.F., Danil'chenko I.G., Pirogov Yu.N., et.al. Field Trunk Pipelines of High Capacity. Operation Manual. Moscow, Voyenizdat, 1982, 368 p. (In Russian)
11. Komarov L.D., Nikolayev V.V., Supon'ko K.P., et.al. Field Trunk Pipeline PMT-100. Edited by Zuzin N.M. Moscow, Military publishing house MD USSR, 1958, 152 p. (In Russian)
12. The Order of RF Ministry of Defense No. 3904 dated December 31, 2012 "Instructions on the quality control management of liquid jet fuel components and petrol in RF Armed Forces" [Electronic source]. Access mode: https://1ektsii.org/3-24872.htm1 (access date - May 30, 2018). (In Russian)
13. National Standard (GOST) 3900-85. Oil and Oil Products. Gravity Tests. Moscow, Publishing and Printing Complex "Publishing of standards", 2000, 38 p. (In Russian)
14. National Standard (GOST R) 51069-97. Oil and Refined Products. Areometer Tests of Gravity, Specific Gravity and Gravity in API Degrees. Moscow, Publishing and Printing Complex "Publishing of standards", 1997, 15 p. (In Russian)
15. Patent 2277201 RF, MPK F17D 3/03. Oil-All-Quality Pipeline Operation Method. Author -Yevlakhov S.K., applicant and patentee - Transneft OJSC, No. 2004107773/06, application filed on March 16, 2004, published on May 27, 2006, Bull. No. 15, 8 p. (In Russian)
16. National Standard (GOST) 2517-2012. Oil and Refined Products. Sampling Methods. Moscow, Standardinform, 2014, 32 p. (In Russian)
17. Dumbolov D.U., Drozdov D.A. Main Approaches to Mixture Volume Determinition and the New Method of Its Identification in Products Pipeline Operation. Territorija "NEFTEGAS" = Oil and Gas Territory, 2012, No. 8, P. 92-98. (In Russian)
18. Dumbolov D.U., Zarukin A.I., Drozdov D.A., Sereda S.V. Application of Optical Fiber Sensor to Identify Mixing Boundaries of Fuels in Their Pipeline Operation. Trudy 25 GosNII MO RF = Proceedings of the 25th State Research Institute of Chemmotology of the Ministry of Defence of the Russian Federation, 2014, Issue 56, P. 524-528. (In Russian)
102
№ 6 июнь 2018 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ
