УДК 621.384.2

ВОЛНОВЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ПАРАФИНОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ В МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДАХ

Коптева Александра Владимировна
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
кандидат технических наук, ассистент кафедры электротехники, электроэнергетики, электромеханики

Аннотация
Данная работа посвящена актуальной на сегодняшний день задаче – бесконтактному измерению толщины парафинового слоя внутри трубопровода. Описана разработка, на основе радиоизотопного излучения позволяющая с высокой точностью детектировать и измерять толщину осажденного слоя парафиновых соединений.

Ключевые слова: гамма-излучение, парафин, радиоизотопное излучение, сцинтилляционный счетчик, флуктуация, фотоумножитель


WAYS OF IMPROVING WAVE SYSTEMS FOR MEASURING MULTIPHASE OIL FLOW

Kopteva Alexandra Vladimirovna
National University of mineral resources "Mountain"
Ph.D., assistant professor of electrical engineering, power engineering, еlectromechanics

Abstract
The article is devoted to the actual problem – non-contact thickness measurement paraffin inside the pipeline. Developed a device that can help with gamma radiation to find and change the thinkness of the layer of paraffin.

Keywords: fluctuation, gamma radiation, paraffin, photomultiplier, radioisotope radiation, scintillation counter


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Коптева А.В. Волновые методы контроля парафиновых отложений в магистральных нефтепроводах // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 5. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/05/34958 (дата обращения: 02.06.2017).

В настоящее время трубопроводный транспорт является основным способом транспортировки нефти и нефтепродуктов в Российской Федерации. Обусловлено это многими достоинствами данной методики, основными из которых являются: возможность повсеместной укладки трубопровода, высокая производительность и непрерывность процесса транспортировки.
Однако одной из главных проблем при транспортировке нефти трубопроводами является тот факт, что в связи с колебаниями температуры окружающей среды и другими факторами, парафин выделяется из нефти и осаждается на стенки трубопровода, уменьшая его проходной диаметр. Это снижает производительность всей нефтетранспортной системы, сокращает межремонтный период эксплуатации, приводит к авариям, повышает энергозатраты, увеличивает издержки производства, а также нарушает теплообмен с окружающей средой, что негативно влияет на экологическую обстановку [1]. Это обуславливает необходимость создания приборов и методов по детектированию и борьбе с асфальтено-смоло-парафиноотложениями (АСПО) в процессе транспортировки нефти по магистральным трубопроводам. 
Действующая нормативная правовая база в области обеспечения единства измерений на объектах нефтегазового комплекса насчитывает более 120 документов, однако в полном объеме не соблюдается ни один.
По данным НП «Центр Экологии ТЭК» за счет аварий в процессе транспортировки предприятия теряют примерно 3,5-4,5% транспортируемой нефти в год, что составляет при добыче около 600 млн.т. в год, примерно 21-27 млн.т. нефти в год. Экономически это означает, что при авариях государство и предприятия, теряют около 16,6 -21,3 млрд. долларов. В таблице 1 приведены основные факторы, влияющие на возникновение аварий на трубопроводном транспорте, и, как видно из таблицы, почти каждая пятая авария возникает вследствие осаждения парафиновых отложений на внутреннюю поверхность трубопровода.
Значительный объем работ в последнее десятилетие направлен на развитие автоматических интеллектуальных систем контроля процесса транспортировки углеводороводов. Существует ряд коммерческих предложений по данному вопросу, однако все они либо нарушают целостность потока, либо обладают большой погрешностью ± 5% [2]. 
Таблица 1 – Число аварий на трубопроводном транспорте РФ по данным аналитиков ООО «Лукойл-Коми» на 2013 г

Факторы
Число аварий, %
1
Механические повреждения трубопровода при транспортировке нефти (в т.ч. несанкционированные врезки в трубопровод)
18
2
Дефекты при производстве и установке трубопровода
12
3
Коррозия
23
4
Отложения парафина
19
5
Человеческий фактор, ошибки эксплуатации, другое
28

На основе радиоизотопной измерительной системы (РИИС) нефтяных потоков нами разработана система автоматического бесконтактного контроля уровня парафиновых отложений на стенках трубопровода. С помощью РИИС можно контролировать толщину слоя отложений на стенках трубопровода, получать информацию о характере и составе транспортируемого потока, и, на основе полученных результатов, совершенствовать добычной и транспортный процессы. На рисунке 3.4 представлена схема устройства измерения толщины слоя парафина на стенках трубопровода.


Рисунок 1 – Устройство для измерения толщины слоя парафина на стенках трубопровода

Система измерительного устройства включает в себя стандартный блок гамма-излучения, в основе которого используется изотоп химического элемента Cs137; блок детектирования, регистрирующий прошедшее излучение N сцинтилляционным счетчиком и фотоумножителем; вторичный прибор, в процессор которого введена соответствующая градуировочная характеристика. 
Способ измерения толщины слоя парафина в трубопроводном транспорте нефти основана на облучении участка трубопровода с движущимся потоком углеводородов и парафиновых отложений с последующей регистрацией выходного сигнала радиоизотопного излучения. Определение толщины слоя парафина происходит путем обработки результатов измерения прошедшего излучения, которое будет отличаться своей интенсивностью и флуктуационным характером изменения для различных сред – материала трубопровода, слоя парафина, движущейся нефти. Система измерения перемещается в вертикальной плоскости по трубопроводу и по моментам возникновения изломов на графике изменения интенсивности излучения можно с высокой точностью судить о толщине парафиновых отложений. При этом, аналитическая зависимость подчиняется закону Гуго-Ламберта [3, c.161], и, применительно к данной системе она примет следующий вид:

,   (1)

где I – начальная интенсивность прямого гамма-излучения;
ρст, ρп, ρн – плотность стали стенки трубопровода, парафина, и нефти;
δст, δп, δн – эквивалентная толщина стальной стенки трубопровода, парафина и нефтяной фазы соответственно;
μст, μп, μн – массовый коэффициент ослабления первичного излучения стальной стенкой трубопровода, парафином и нефтяным потоком соответственно;
На рисунке 2 приведена расчетная зависимость и экспериментальные данные, полученные в лабораторных условиях, интенсивности прямого гамма-излучения на выходе системы от толщины парафинового слоя внутри трубопровода. 

Рисунок 2 – График зависимости интенсивности прямого излучения от толщины отложений при ρ=0,94 г/см3

С помощью измерительной системы, основанной на радиоизотопном излучении с использованием фотоэлектронного эффекта можно измерять толщину парафиновых отложений с абсолютной погрешностью ±5мм, что является достаточным условием для обеспечения надежной работы трубопроводной системы.
Анализ радиоизотопной измерительной системы с использованием эффектов комптоновского рассеяния и фотоэлектрического поглощения гамма-излучения материалом стенок трубопровода и контролируемыми веществами при измерении многофазных потоков позволяет повысить достоверность получаемых результатов и, как следствие, повысить уровень производства на нефтяных предприятиях РФ; обеспечить надежность, долговечность, отсутствие контакта с измеряемым потоком и дешевизну по сравнению с существующей методикой и инструментальными средствами измерений, применяемых на территории Российской Федерации.


Библиографический список
  1. Галонский П. П. Борьба с парафином при добыче нефти. М.,1955.
  2. Черникин В.И. Перекачка вязких и застывающих нефтей. М., 1958.
  3. Стародубцев С.В., Романов А.М. Взаимодействие гамма-излучения с веществом. M., 1964.


Все статьи автора «Коптева Александра Владимировна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: