IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Введение

Актуальность темы:

В настоящее время добываются значительные объемы нефтей, обладающих высокой вязкостью при обычных температурах или содержащие большое количество парафина и, вследствие этого, застывающие при высоких температурах. Транспортировка таких нефтепродуктов при низкой температуре становится очень затруднительной, поэтому их перевозят в специальных железнодорожных цистернах. Чтобы облегчить транспортировку, приём и хранение в условиях низких температур, осуществляют подогрев нефтепродуктов непосредственно в резервуарах и цистернах. Вязкая нефть не может быстро передвигаться по трубам, что сокращает объем перекачиваемой нефти. Когда она течет слишком медленно, ее разбавляют бензином или другими растворами, а иногда нагревают. Но эти методы далеко не дешевы, а иногда и трудновыполнимы, например, когда речь идет о нефтяных вышках в океанах.

Цель работы:

Изучить способы транспортировки высоковязких нефтей в железнодорожных цистернах. Рассмотреть методы подогрева высоковязких нефтей в цистернах при низких температурах. Проанализировать существующие методы и способы подогрева, и предложить свои варианты по их улучшению.

Задачи исследования:

Провести литературный обзор по данной тематике. Рассмотреть способы транспортировки высоковязких нефтей в железнодорожных цистернах, методы подогрева и слива-налива. Провести патентный поиск, выявить достоинства и недостатки , выявить достоинства и недостатки каждого патента. Разработать мероприятия по улучшению слива-налива вязких нефтепродуктов в железнодорожных цистернах.

Глава 1. Литературный обзор

За последние годы в мире наблюдается тенденция увеличение доказанных запасов за счет тяжелой и сверхтяжелой нефти, которая ранее при подсчёте запасов не учитывалась. Проблема освоения месторождений тяжелых нефтей, из добычи и транспортировки крайне актуальна для нашей страны, особенно в «старых» нефтедобывающих регионах на территории европейской части Российской Федерации. Кроме углеводородов темные нефтепродукты содержат нафтеновые кислоты, сульфокислоты, простые и сложные эфиры, редкие цветные металлы в кондиционных концентрациях. Эти особенности предопределяют необходимость использования специальных технологий добычи, транспортировки и переработки. Кроме того, разработка темных нефтепродуктов осложнена решением ряда экологических проблем, таких как токсичные выбросы в атмосферу, содержащие серу и соединения металлов, значительный забор воды из водоемов с её последующей очисткой, необходимость обезвреживания и утилизации нефтешламов и т.д.

В современных рыночных условиях кроме трубопроводного транспорта значительную роль в перевозке углеводородного сырья играет железнодорожный транспорт. Застывающие и вязкие нефтепродукты требуют обязательного подогрева при приеме и отгрузке — эта операция увеличивает их текучесть и уменьшает возникающее гидравлическое сопротивление. Подогрев осуществляют различными способами: с использованием насыщенного водяного пара, электрической энергии или же горячей воды. При использовании подогревателей вязкие нефтепродукты могут отпускаться круглый год, независимо от погодных и климатических условий.

Большинство работающих объектов систем кабельного обогрева трубопроводов - это трубопроводы от нефтеперерабатывающих заводов, идущие к теплоцентрали, трубы в пределах самих ТЭЦ, трубопроводы при наземных, а иногда и морских нефтяных месторождениях. Для защиты от замерзания магистральных трубопроводов и поддержания требуемой температуры в длинных продуктопроводах применяются нагревательные кабели промышленного назначения, основным отличием которых является возможность обогрева трубопровода при подключении участков длиной до 5 км [1].

1.  

   1. Обзор по технической литературе

В учебном пособии «Перекачка вязких и застывающих нефтей» автор Бекбаулиева А.А. рассматривает различные способы перекачки высоковязких нефтей по трубопроводам, а также рассчитывает различные способы подогрева нефтепродуктов в емкостях, трубчатые подогреватели, циркуляционный подогрев и электроподогрев. После этого подбирает нужный подогреватель, электронагревательную ленту или горелку исходя из данных о нефти. При циркуляционном подогреве нефтепродукт нагревается в теплообменном аппарате до высокой температуры, а затем насосом под высоким давлением подается в емкость. Горячая струя размывает застывший нефтепродукт, перемешивается с ним и нагревает его. Подогретый нефтепродукт из емкостей откачивается насосом, одна часть его может сливаться в хранилище, а другая – подаваться в теплообменник для подогрева и последующей закачки в емкость для размыва. Этот процесс продолжается до полного опорожнения емкости. Электроподогреватели в основном использует для разогрева нефтепродуктов, в которых недопустимо даже наличие следов воды. Электрогрелки чаще всего применяют для разогрева нефтепродуктов в железнодорожных цистернах [2].

Автор Коннова Г.В. в учебном пособии «Оборудование транспорта и хранения нефти и газа» рассматривает трубопроводный, железнодорожный и водный транспорт нефтепродуктов. Приводятся основные расчетные материалы для проектирования и эксплуатации нефтегазопроводов, нефтебаз, резервуаров. Рассматриваются оборудование, устанавливаемое на резервуарах и железнодорожных цистернах, трубопроводную арматуру; вопросы защиты трубопроводов от коррозии; особенности перекачки высоковязких продуктов. Автор представляет различные виды и конструкции подогревателей для железнодорожных цистерн, резервуаров, трубопроводов и нефтеналивных судов. Подогрев острым (открытым) паром заключается в подаче насыщенного пара непосредственно в нефтепродукт, где он конденсируется, сообщая нефтепродукту необходимое тепло. Этот способ применяют главным образом для разогрева топочного мазута при сливе из железнодорожных цистерн. Недостаток данного способа - необходимость удаления в дальнейшем воды из обводненного нефтепродукта. Подогрев трубчатыми подогревателями заключается в передаче тепла от пара к нагреваемому продукту через стенки подогревателя. Здесь исключается непосредственный контакт теплоносителя с нефтепродуктом. Пар, поступая в трубчатый подогреватель, отдает тепло нефтепродукту через стенку подогревателя, а сконденсировавшийся пар отводится наружу, благодаря чему исключается обводнение нефтепродукта [3].

Сливно-наливные устройства для железнодорожных цистерн, а также их возможные схемы представляют авторы А.А. Коршак и А.М. Шаммазов в книге «Основы нефтегазового дела». Они рассматривают различные виды налива: открытой струёй, закрытой струей, герметичный. И разновидности слива: открытый, закрытый, принудительный. Более предпочтительным является нижний слив нефтепродуктов. Верхний слив применяют реже и в тех случаях, когда нижний сливной прибор цистерн неисправен. Устройства для железнодорожного слива и налива на нефтебазах рассчитывают на маршрутный, групповой и одиночный слив и налив вагонов-цистерн Количество устройств для слива и налива принимают исходя из суточного объема поступления и отгрузки нефтепродуктов по железной дороге. Если количество поступающих цистерн составляет более трех, то применяют одиночные устройства для слива и налива. При большем числе цистерн применяют односторонние или двусторонние эстакады [4].

Основные вопросы по хранению нефти и нефтепродуктов излагает автор Оленев Н.М. в книге «Хранение нефти и нефтепродуктов». Он приводит описания сооружений, устройств и оборудования хранилищ для нефти и нефтепродуктов, об их строительстве, монтаже и эксплуатации; рассматривает вопросы слива и перекачки маловязких и вязких нефтепродуктов; приводит расчетные зависимости по сливоналивным операциям, хранилищам и другому оборудованию нефтебаз. С понижением температуры вязкость многих нефтепродуктов настолько повышается, что перекачка их в ряде случаев становится невозможной, а нефтепродукты с большим содержанием парафина даже затвердевают в результате кристаллизации парафина. Восстановление их текучести достигается подогревом. Для подогрева нефти и нефтепродуктов применяются различные теплоносители: водяной пар, горячая вода, горячие нефтепродукты, горячие газы, высокотемпературные органические теплоносителя (ВОТ), а также электроэнергия [5].

1.  

   1. Обзор по научным публикациям

В журнале «Современные технологии автоматизации» автор И. Адаменко описывается автоматизированная система управления наливом нефтепродуктов в железнодорожные цистерны на железнодорожной эстакаде слива-налива нефтепродуктов ООО «Ильский НПЗ». В ней отражены актуальность системы, её назначение и функции. Представлена архитектура системы, раскрыты применённые программные и технические средства, приведено подробное описание АСУ ТП, а также процесс функционирования на примере процесса налива мазута, описаны результаты внедрения. Внедрение автоматизации является важной целью в развитии техники и производства. Автоматическое управление и контроль позволяет полностью либо частично заменить труд человека на производстве. При этом операции по управлению и наладке автоматики и машин полностью лежат на человеке. Автоматизированная система управления и контроля позволяет уменьшить количество остатка нефтепродукта в цистерне, снижает вероятность пожара и расход обогревающего вещества и теплоносителя, вовремя прекращая подогрев, а также предотвращая повышение вязкости и застывание, автоматически поддерживая нужную температуру. Дистанционное управление, датчики и расходометры позволяет рабочему минимизировать физические усилия и максимально контролировать процесс. Увеличение скорости слива-налива позволяет увеличить количество цистерн, которые можно опорожнить или заполнить за определённый промежуток времени. Также автоматизация подразумевает и современную систему безопасности и противопожарной защиты [6]. На эстакадах для налива нефтепродуктов следует использовать автоматизированные приспособления верхнего или нижнего налива, которые должны быть снабжены насосами, панелью дистанционного управления и контролером, показывающим уровень нефтепродукта в цистерне и предотвращающим перелив или недолив, а также разгерметизацию цистерн. Несмотря на то, что автоматизации и модернизации подверглись множество процессов с тёмными нефтепродуктами на железнодорожных эстакадах, предстоит ещё многое улучшить. Работа с разными видами нефтепродуктов вредна и небезопасна. Не только возгорание представляет опасность, но и испарения, которыми дышат рабочие. Нужно стремиться к полной автоматизации процессов, чтобы сократить количество людского труда.

Описывает комплекс технологий, направленных на повышение нефтеотдачи пластов, увеличение дебита добывающих скважин и интенсификацию процессов подготовки и транспортирования нефти различной вязкости в журнале «Нефть. Газ. Новации.» автор Н.Ю. Башкирцева. В основе технологий лежит комплексный подход, основанный на изучении механизмов воздействия химических реагентов на коллоидно-химические свойства и структуру нефтяных дисперсных систем, образованных высоковязкими тяжелыми нефтями и эмульсиями. Это позволяет исключить отрицательные последствия, связанные с несовместимостью реагентов, которые используются на разных стадиях, начиная от разработки и эксплуатации месторождения и заканчивая подготовкой и транспортировкой готовой товарной нефти в железнодорожных цистернах и трубопроводах [7].

В журнале «Нефть России» авторы А. Алаева и А. Горячева поясняют, почему перспективными объектами для изучения и разработки являются высоковязкая нефть и природные битумы. Производят оценку российских запасов тяжелой нефти и её состава. Рассматривают различные способы разработки месторождений высоковязких углеводородов, которые отличаются технологическими и экономическими характеристиками. Наряду с ЛННП, другими перспективными объектами для изучения и разработки являются высоковязкая нефть и природные битумы. Возможные способы разработки месторождений высоковязких углеводородов отличаются технологическими и экономическими характеристиками. В настоящее время одним из самых эффективных методов паротеплового воздействия является технология парогравитационного дренажа SAGD, разработанная в Канаде. Она предполагает использование двух скважин: верхняя применяется для нагнетания пара в пласт и создания высокотемпературной паровой зоны, а нижняя – для добычи нефти. Закачиваемый пар стремится в верхнюю часть пласта, увеличивая размер «паровой камеры». На её границе с холодными горными породами происходит непрерывный процесс теплообмена. Прогретые углеводороды с уменьшившейся вязкостью стекают сверху вниз в добывающую скважину [8].

1.  

   1. Обзор по научным исследованиям

В кандидатской диссертации «Оптимизация транспорта высоковязких нефтей с подогревом и применением углеводородных разбавителей» автор Родин А.А. разрабатывает метод технологического расчёта и оптимизация эксплуатационных затрат при перекачке высоковязких нефтей, предлагает использование разбавителя для снижения вязкости. Рассказывает о влиянии температуры и концентрации разбавителя на плотность, удельную теплоёмкость и вязкость нефти. Вычисляет гидравлические потери при перекачке высоковязкой нефти при подогреве и с использованием углеводородного разбавителя. При использовании технологии совместного разбавления и подогрева новым и обязательным этапом расчётов на стадии проектирования становится выбор температуры подогрева и количества разбавителя. Реализация такой технологии связана определенными затратами, которые в случае комбинированного метода складываются из затрат на перекачку, затрат на подогрев и затрат на создание смеси. При этом, при увеличении количества разбавителя и начальной температуры затраты на перекачку снижаются, а затраты на разбавление и подогрев увеличиваются. Разбавление является эффективным методом снижения потерь напора на трение и суммарных эксплуатационных затрат. Эксплуатационные затраты для варианта «без разбавителя» в несколько раз выше значений стоимости перекачки смеси при использовании разбавителя. Оптимальное (с точки зрения минимума потерь напора на трение и эксплуатационных затрат) относительное количество разбавителя позволяет вести перекачку в зоне перехода из ламинарного режима течения в турбулентный. При перекачке высоковязкой нефти в смеси с углеводородным разбавителем не всегда представляется возможным пренебречь влиянием температуры. Кроме того, практика использования технологии разбавления показывает, что в зимнее время перекачиваемую смесь требуется нагревать. В этом случае при проведении расчётов необходимо учитывать влияние не только разбавителя, но подогрева смеси. При проведении гидравлических, а также тепловых расчётов нефтепроводов в случае совместного использования разбавления и подогрева решающее значение имеет выбор формулы для вычисления вязкости смеси в зависимости от значений количества разбавителя и температуры [9].

В диссертации кандидата технических наук Комаровой Т.А. «Повышение эффективности слива вязких нефтепродуктов из железнодорожных цистерн» анализируются особенности перевозок загустевающих наливных грузов железнодорожным транспортом России, влияния естественной конвекции на скорость остывания жидкости в цистерне, состояние парка железнодорожных цистерн, устройства и способы разогрева вязких жидкостей в железнодорожных цистернах. Рассматриваются способы разогрева жидкости через стенки котла цистерны. Рассчитываются скорости остывания загустевающих вязких жидкостей в железнодорожной цистерне при подавлении естественной конвекции. Перевозка загустевающих вязких жидкостей (ЗВЖ), в частности таких нефтепродуктов, как мазуты, масла, и др. в железнодорожных цистернах в холодное время года встречает большие трудности. С понижением температуры ЗВЖ приобретают большую вязкость, их слив без предварительного разогрева становится невозможным, а масса затвердевших остатков может достигать нескольких тонн. Перевозка загустевающих вязких жидкостей (ЗВЖ), в частности таких нефтепродуктов, как мазуты, масла, и др. в железнодорожных цистернах в холодное время года встречает большие трудности. С понижением температуры ЗВЖ приобретают большую вязкость, их слив без предварительного разогрева становится невозможным, а масса затвердевших остатков может достигать нескольких тонн. Актуальность проблемы перевозок загустевающих вязких нефтепродуктов (мазутов, парафинистых нефтей, крекинг-остатков и др.), для Российских железных дорог определяется тем обстоятельством, что большое число предприятий по добыче и переработке нефти находится в районах Севера и Сибири. Отсюда вытекают условия перевозок: продолжительность холодного времени года ~6.8 месяцев; дальность ~ 1200км; длительность 7,5. 14 суток, при объеме перевозок до 15 млн.т. в год. Целью работы является исследование проблем повышения эффективности перевозок ЗВЖ и выработка рекомендаций по техническим решениям выполнения этой задачи, которая подразумевает сокращение времени оборота цистерн за счет снижения их простоя под сливом, снижение энергозатрат на разогрев ЗВЖ перед и во время слива и обеспечение полного слива на площадках с ограниченными энергоресурсами [10].

Глава 2. Патентные исследования

2.1. Общие сведения

Патентный поиск - это процесс отбора соответствующих запросу документов или сведений по одному или нескольким признакам из массива патентных документов или данных, при этом осуществляется процесс поиска из множества документов и текстов только тех, которые соответствуют теме или предмету запроса.

Основную роль в проведении этих исследований играет анализ патентной информации, представляющей собой совокупность сведений научно-технического и экономико-правового характера. К ее достоинствам следует отнести, прежде всего, подтвержденную патентной экспертизой достоверность, новизну и практическую полезность содержащихся в ней сведений. Важно отметить подробность описаний изобретений, сопровождаемых необходимыми графическими материалами в виде чертежей, схем и графиков. Кроме того, существенным для патентной документации является сравнительная легкость ее поиска и обработки благодаря единой международной систематизации с помощью МПК, где принята лаконичная и унифицированная форма изложения.

Анализ описаний отечественных и зарубежных изобретений позволяют дать оценку новизны и технико-экономической эффективности разрабатываемого объекта.

В общем случае содержание патентных исследований может составлять следующее:

— исследование патентной чистоты объектов техники (экспертиза объектов техники на патентную чистоту, обоснование мер по обеспечению их патентной чистоты и беспрепятственному производству и реализации объектов техники в стране и за рубежом); — анализ конкурентоспособности объектов хозяйственной деятельности, эффективности их использования по назначению, соответствия тенденциям и прогнозу развития;

— исследование технического уровня объектов хозяйственной деятельности, выявление тенденций, обоснование прогноза их развития;

— исследование состояния рынков данной продукции, сложившейся патентной ситуации, характера национального производства в странах исследования [11].

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой МАХП Сарилов М. Ю.

« »____________ 20__ г.

ЗАДАНИЕ №__8__

на проведение патентных исследований

Наименование работы (темы) Транспортировка вязких нефтепродуктов в железнодорожных цистернах

шифр работы (темы) __________________________ КНИРС3МАб-1_______________________________

Этап работы _Курсовое проектирование_ сроки его выполнения _____1.09.2016-28.12.2016___________

^{при необходимости}

Задачи патентных исследований: _ поиск патентов-аналогов, для проверки уникальности своего изобретения _______________________________________________________________________

КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН

Виды патентных исследований	Подразделения-исполнители (соисполнители)	Ответственные исполнители (Ф.И.О.)	Сроки выполнения патентных исследований. Начало. Окончание	Отчетные документы
Патентный поиск на тему: «Транспортировка вязких нефтепродуктов в железнодорожных цистернах»	www.fips.ru	Токарева И.В.	01.09.2016 – 18.11.2016	Заполнение таблицы 2.1 – Патентная документация
			18.11.2016 – 01.12.2016	Заполнение таблицы 2.2 – Научно-техническая и нормативная документация
			01.12.2016 – 22.12.2016	Заполнение таблицы 2.3 – Тенденция развития объекта исследования

Руководитель ___________ Т.И. Башкова _______________

патентного подразделения ^{личная подписьрасшифровкадата}

^{подписи}

Руководитель подразделения ___________ М.Ю. Сарилов _______________

исполнителя работы ^{личная подписьрасшифровкадата}

^{подписи}

2.3. Регламент патентного поиска

К заданию № __8__ от __2016__ г.

Студенту___И.В. Токаревой_____

Группы _3МАб-1_ по теме Транспортировка вязких нефтепродуктов в железнодорожных цистернах_

Стадия ________________________Курсовое проектирование______________________________

(курсовое или дипломное проектирование)

Цель поиска информации: изучение технического уровня и тенденций развития объекта разработки. Обоснование регламента поиска: Патентные исследования являются обязательной, необъемлемой и составной частью при выполнении научно-исследовательских, опытно-конструкторских и проектно-конструкторских работ. Такой же обязательной частью они становятся сегодня при выполнении курсовых и дипломных проектов, так как дипломные работы представляют собой одну из составляющих вышеперечисленных этапов. Предмет поиска представляет собой устройство в целом в соответствии с заданием на дипломное проектирование, классификационные рубрики определены по ключевым словам, характеризующим объект разработки, страны поиска определены в результате проведения предварительного поиска по журналам и являются ведущими в данной отрасли техники, глубина поиска достаточна для определения технического уровня и тенденций развития объекта разработки, источники информации соответствуют минимуму технической документации, которую необходимо просмотреть с целью определения технического уровня и тенденций развития объекта разработки.

Руководитель подразделения исполнителя М.Ю. Сарилов

Подпись ____________

Руководитель патентного подразделения Т.И. Башкова

Подпись ___________

2.4. Форма отчета о поиске

1. Поиск проведен в соответствии с заданием _зав. Кафедра МАХПСарилова М.Ю.____

^{должность и фамилия ответственного руководителя работы}

№ __8__ от __01.09.2016__ и Регламентом поиска № 3 МА от _____01.09.2016_____

2. Этап работы ____________________Курсовое проектирование_________________________

^{при необходимости}

3. Начало поиска _____1.09.2016_____ Окончание поиска ________28.12.2016_______

4. Сведения о выполнении регламента поиска (указывают степень выполнения регламента поиска, отступления от требований регламента, причины этих отступлений)

4. Предложения по дальнейшему проведению поиска и патентных исследований

5. Материалы, отобранные для последующего анализа:

Таблица 2.1. – Патентная документация

Предмет поиска (объект исследования, его составные части)	Страна выдачи, вид и номер охранного документа. Классификационный индекс*	Заявитель (патентообладатель), страна. Номер заявки, дата приоритета, конвенционный приоритет, дата публикации*	Название изобретения (полной модели, образца)	Сведения о действии охранного документа или причина его аннулирования (только для анализа патентной чистоты)
Подогрев вязких нефтепродуктов	Патент РФ 2103211 B65D 88/74	Афанасьев Владимир Михайлович 2006141980/12 10.06.2008	Устройство для разогрева загустевших и застывших высоковязких нефтепродуктов в железнодорожных цистернах	Прекратил действие, но может быть восстановлен
Подогрев вязких нефтепродуктов	Патент РФ 2126767 B65D 88/74 B65G 69/20	ООО "Газ-Проект Инжиниринг" 2004132317/11 10.04.2006	Устройство для разогрева и слива из емкости продуктов в холодном и вязком состоянии	Действует
	Патент РФ B65D 88/74	Общество с ограниченной ответственностью "АРП-Комплект-Технологии нефтеналива" 2013143243/12 24.09.2013	Автоматизированная установка для подогрева и слива вязких жидкостей и нефтепродуктов из железнодорожных цистерн	Прекратил действие, но может быть восстановлен
Транспортировка вязких нефтей	Патент РФ 2204514 B65D 88/74 G05D 27/02	ФГУП "25 Государственный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации" 2003134398/12 27.07.2005	Способ управления процессом слива высоковязких нефтепродуктов из железнодорожных цистерн	Не действует
	Патент РФ B65D 88/74 B61D 5/02	Петербургский государственный университет путей сообщения 2000117423/13 27.12.2002	Цистерна для транспортировки загустевающих жидкостей	Не действует
Транспортировка вязких нефтей	Патент РФ 2171766 B61D 5/00 B65D 88/12 B65D 88/74 B65G 69/20	Петербургский государственный университет путей сообщения 2002123471/13 20.02.2004	Вагон-цистерна для перевозки вязких нефтепродуктов	Не действует

Таблица 2.2. – Научно-техническая, конъюнктурная, нормативная документация и материалы государственной регистрации (отчеты о научно-исследовательских работах).

Предмет поиска	Наименование источника информации с указанием страницы источника	Автор, фирма (держатель) технической документации	Год, место и орган издания (утверждения, депонирования источника)
Подогрев вязких нефтепродуктов	www.fips.ru Стр.5	Афанасьев Владимир Михайлович	10.06.2008
Подогрев вязких нефтепродуктов	www.fips.ru Стр. 6	Макулов Ирек Альбертович, Макулов Рустам Ирекович, Зидиханов Тимур Мингарифович, Ягудин Ильгиз Флюрович, Музиров Радик Рифаитович	27.09.2007
Подогрев вязких нефтепродуктов	www.fips.ru Стр. 32	Трофимов Никита Александрович, Марьяскин Леонид Юрьевич	24.09.2013
Транспортировка вязких нефтей	www.fips.ru Стр. 17	Пирогов Ю.Н., Попов А.В., Щербин В.Д.	27.07.2005
Транспортировка вязких нефтей	www.fips.ru Стр. 2	Моисеев В.И., Комарова Т.А., Комарова О.А., Флоринский В.Ю.	27.12.2002
Транспортировка вязких нефтей	www.fips.ru Стр. 10	Моисеев В.И., Воробьев А.М., Комарова Т.А., Комарова О.А., Флоринский В.Ю.	20.02.2004

Таблица 2.3 – Тенденции развития объекта исследования

Выявленные тенденции развития объекта исследования	Источники информации	Технические решения, реализующие тенденции
		в объектах организаций (фирм)	в исследуемом объекте
Повышение эффективности разогрева загустевших и застывших высоковязких нефтепродуктов в железнодорожных цистернах.	Патент РФ 2103211 B65D 88/74	НПЗ	Изобретение относится к разгрузке железнодорожных цистерн с загустевшими и застывшими высоковязкими нефтепродуктами. Устройство состоит из СВЧ-генератора, жестко связанного с волноводным трактом, крышкой-экраном и излучателем. Нижняя посадочная поверхность кольца выполнена в соответствии с размерами и профилем верха горловины подлежащего СВЧ-обработке типа цистерны и имеет круговой паз с уплотнительной экранирующей прокладкой. Кольцо плотно притягивается к горловине откидными люковочными болтами с барашками, а при их отсутствии специальными прижимами. Техническим результатом является повышение эффективности разогрева загустевших и застывших высоковязких нефтепродуктов в железнодорожных цистернах, снижение утечки неиспользуемого СВЧ-излучения в окружающее пространство [12].
Облегчение транспортирования и разгрузки продуктов в холодном и вязком состоянии	Патент РФ 2126767 B65D 88/74 B65G 69/20	НПЗ	Изобретение относится к транспортированию и разгрузке продуктов в холодном и вязком состоянии, например нефти и нефтепродуктов, и может быть использовано для ускоренного опорожнения железнодорожных цистерн и других транспортных емкостей. Индукционное устройство для разогрева и слива из емкости продуктов в холодном и вязком состоянии содержит полупроводниковый преобразователь частоты 1, индуктор 2, выполненный в виде полого, незамкнутого цилиндра, размещенный на сливном приборе 3. Кроме того, устройство содержит другие индукторы, форма которых повторяет форму стенок емкости в нижней и средней частях. Изобретение позволяет интенсифицировать процесс слива продукта, снизить расход электроэнергии при эксплуатации, за счет возможности автоматизации выбора режимов работы в зависимости от температуры окружающей среды и температуры продукта в емкости [13].
Автоматизация установки для подогрева и слива вязких жидкостей и нефтепродуктов из железнодорожных цистерн	Патент РФ B65D 88/74	НПЗ	Автоматизированная установка для подогрева и слива вязких жидкостей и нефтепродуктов из железнодорожных цистерн, содержащая контур циркуляционного разогрева продукта, включающий устройство нижнего слива, соединенное с донной частью цистерны; систему управления работой установки с датчиками давления и температуры и регулирующим клапаном на напорном трубопроводе, отличающаяся тем, что контур рециркуляционного разогрева продукта включает последовательно соединенные расходную емкость с предварительно разогретым стартовым объемом продукта. Система управления работой установки содержит промышленный контроллер, датчики температуры расходной емкости, систему электроподогрева продукта в расходной емкости, датчики верхнего и нижнего уровней в расходной емкости, датчики давления и температуры напорного трубопровода, датчик температуры на дополнительном напорном трубопроводе [14].
Повышение эффективности способа управления процессом слива высоковязких нефтепродуктов из железнодорожных цистерн	Патент РФ 2204514 B65D 88/74 G05D 27/02	НПЗ	Изобретение относится к автоматизированным способам управления контроля за технологическим процессом слива высоковязких нефтепродуктов из железнодорожных цистерн с использованием систем циркуляционного подогрева. Определяют температуру наружной стенки железнодорожной цистерны, которую сравнивают с расчетной величиной этой температуры, определяемой тепловым расчетом на управляющей ЭВМ по известным зависимостям с учетом значений температуры окружающей среды и скорости ветра, технических характеристик железнодорожных цистерн, физических свойств сливаемого нефтепродукта и воздуха. Такие приемы позволяют повысить эффективность способа за счет уменьшения несливаемого остатка и снижения расхода обогревающего агента путем определения оптимального момента отключения разогрева [15].
Ускорение транспортировки загустевающих жидкостей	Патент РФ B65D 88/74 B61D 5/02	НПЗ	Изобретение относится к области железнодорожного транспорта для транспортировки загустевающих жидкостей. Цистерна выполнена в виде цилиндрической емкости, смонтированной горизонтально на надрессорных балках экипажных тележек, и содержит систему нагрева транспортируемой жидкости из двух гидравлически связанных друг с другом нагревательных элементов. Один из элементов предназначен для обогрева сливного вентиля, а другой способствует сливу жидкости. Цистерна содержит два тепловых аккумулятора. Аккумуляторы в цистерне установлены горизонтально от одного ее торца к другому и предназначены для препятствия внутренней конвекции и снижения темпа остывания жидкости. Изобретение обеспечивает повышение эффективности слива загустевающей жидкости [16].
Усовершенствование перевозки и разогрева вязких нефтепродуктов	Патент РФ 2171766 B61D 5/00 B65D 88/12 B65D 88/74 B65G 69/20	НПЗ	Изобретение относится к железнодорожному транспорту. Вагон-цистерна для перевозки вязких нефтепродуктов содержит установленный горизонтально на транспортной тележке котел цилиндрической формы. При этом вагон-цистерна дополнительно содержит систему труб для подачи разогретого нефтепродукта, причем трубы для подачи пара образуют две петли, и проходят от верхнего наливного люка к нижнему сливному патрубку. В верхней части котла указанные трубы проходят внутри труб для подачи разогретого нефтепродукта, которые имеют выходящие на наружную поверхность котла штуцера и рассеивающие сопла на своих концах. В результате сокращается время слива вязких нефтепродуктов и обеспечивается снижение энергозатрат [17].

1.  

   1. Анализ патентов

Достоинством патента РФ 2103211 является повышение эффективности разогрева загустевших и застывших нефтепродуктов, увеличение скорости их превращения в жидкое, менее вязкое состояние, снижение утечки неиспользуемого СВЧ-излучения в окружающее пространство. Из недостатков стоит отметить высокую стоимость СВЧ-генератора.

Преимущество патента РФ 2126767 заключается в том, что изобретение ускоряет опорожнения железнодорожных цистерн и других транспортных емкостей, позволяет снизить расход электроэнергии при эксплуатации, за счет возможности автоматизации выбора режимов работы в зависимости от температуры окружающей среды и температуры продукта в емкости.

В патенте РФ B65D 88/74 предлагается система управления работой установки с датчиками давления и температуры и регулирующим клапаном на напорном трубопроводе. Это повышает точность слива и налива продукта, а также позволяет частично заменить труд человека на производстве. Из недостатков – длительное время внедрения, высокая стоимость.

Достоинством патента РФ 2204514 является повышение эффективности способа за счет уменьшения несливаемого остатка и снижения расхода обогревающего агента путем определения оптимального момента отключения разогрева. Недостатком является использование циркуляционного подогрева – необходимо отбирать сливаемый нефтепродукт и дополнительно подогревать его в теплообменнике для разогрева основной массы продукта.

Преимуществом патента РФ B65D 88/74 является обеспечение повышения эффективности слива загустевающей жидкости, а также поддержание высокой температуры во время её транспортировки. Недостатком является высокая стоимость энергии для используемого теплового аккумулятора.

В патенте РФ 2171766 предлагаемая технология сокращает время слива вязких нефтепродуктов и обеспечивает снижение энергозатрат, осуществляя подогрев как разогретым нефтепродуктом, так и горячим паром. Недостатками являются отсутствие возможности регулировки температуры продукта и проблема возврата водяного конденсата, неизбежно образующегося при использовании пара.

Глава 3. Транспортировка нефтепродуктов железнодорожным транспортом

3.1. Значимость железнодорожного транспорта в перевозке нефтепродуктов

По мере истощения запасов уже известных эксплуатируемых месторождений нефти возрастает интерес к разработке месторождений с вязкими и высоковязкими нефтями. Развитие техники и технологий на современном этапе позволяет достаточно эффективно добывать такую нефть и объемы ее будут постоянно расти. Соответственно станет актуальным и вопрос ее транспортировки. В мире, в т.ч. России и Казахстане, уже имеется опыт трубопроводного транспорта вязких нефтей и нефтепродуктов по так называемым «горячим трубопроводам», когда транспортировка производится по теплоизолированным трубопроводам с периодическим подогревом в тепловых печах на линейных нефтеперекачивающих станциях. Однако при этом возникает множество проблем, большинство из которых не нашло своего решения до настоящего времени. Это и надежная и эффективная теплоизоляция трубопроводов, необходимость установки через определенные промежутки на трубопроводе печей подогрева с системами автоматики, необходимость сжигания углеводородного топлива в печах подогрева и т.п. Кроме того, высока вероятность застывания трубопровода в случае отказа систем подогрева, что может привести к полной остановке транспортной системы и капитальному ремонту с заменой больших участков труб. Даже частичная остановка трубопровода на небольшой промежуток времени может вызвать большие проблемы, связанные с ее повторным запуском.

В этих условиях единственно конкурентноспособным видом транспорта остается железнодорожный транспорт. Причем его роль, по мере роста объемов добычи вязких нефтей, будет непрерывно возрастать [18].

Перевозка вязких и застывающих веществ с содержанием нефти с помощью железнодорожного транспорта имеет свои особенности. Для этой цели используются специальные цистерны, учитывающие тот факт, что ряд нефтепродуктов сгущается при перевозке со временем, при остывании.

Битум, как и еще ряд нефтесодержащих продуктов (гудрон, к примеру) обладает высокой вязкостью, что говорит о затруднительном характере его транспортировки зимой. Застывший битум перед сливом из цистерны необходимо разогревать, а это увеличивает технологическое время, необходимое на перевозку.

Данный факт нужно учитывать, осуществляя еще налив битума. Он затвердевает уже при +60 градусах, поэтому процесс его разогрева в конечном пункте прибытия груза практически неизбежен.

Кроме того, при перевозке наливных грузов по ж/д, необходимо учитывать также ряд других факторов. К примеру, воспламеняемость вещества. Практически все нефтесодержащие вещества обладают высокой степенью горючести и легко воспламеняемы. Поэтому для их перевозки по ж/д используют специальные вагоны-цистерны, а сам процесс перевозки обставляют соответствующими мерами безопасности. Как, например, меры безопасности, которые применяют при эксплуатации вертикальных резервуаров.

Сюда же можно отнести взрывоопасность, испаряемость, токсичность, воздействие на металлическую оболочку цистерны, а также окружающую среду. Есть и еще один важный нюанс, связанный с остыванием битума в процессе его перевозки по железной дороге. С уменьшением температуры уменьшается и объем битума. В итоге, по прибытии в конечную точку, часть цистерны оказывается свободной.

Все вышеприведенные факторы еще раз подчеркивают тот факт, что при перевозке битума и других нефтесодержащих веществ по железной дороге, особое внимание уделяется средствам транспортировки. Для перевозки битума используются специальные полуцистерны-полувагоны, обладающие повышенной прочностью и герметичностью. Каждый из них оборудован устройством для слива, либо в нижней части, либо специальной насосной установкой в верхней части.

Кроме того, подобные полуцистерны удобны для транспортировки не только железнодорожным, но и автомобильным транспортом, а также для последующей перегрузки на борт корабля. Цистерну с битумом можно легко установить на соответствующе оборудованном тягаче. Они обладают универсальным объемом, что позволяет работать с различными партиями грузов [19].

3.2. Предлагаемый метод повышения эффективности транспортировки вязких нефтепродуктов

Исходя из исследований вышеуказанных патентов, можно сделать вывод, что для увеличения эффективности слива, налива, а также транспортировки вязких нефтепродуктов следует объединить одновременно несколько патентов.

Для транспортировки следует использовать цистерну из патента РФ B65D 88/74, которая содержит систему нагрева транспортируемой жидкости из двух гидравлически связанных друг с другом нагревательных элементов. Цистерна имеет два тепловых аккумулятора, которые установлены в цистерне горизонтально от одного ее торца к другому и предназначены для препятствия внутренней конвекции и снижения темпа остывания жидкости. Поддержание высокой температуры жидкости внутри цистерны позволяет транспортировать нефтепродукт на большее расстояние, не останавливаясь на промежуточных станциях для дополнительного разогрева застывающей жидкости.

С большей вероятностью по прибытию в конечный пункт не удастся предотвратить частичное застывание нефтепродукта внутри цистерны. Особенно, если расстояние между начальным и конечным пунктом слишком большое. В таком случае необходимо разогреть застывший нефтепродукт. Сделать это можно несколькими способами.

Например, с использованием СВЧ-генератора, техническим результатом которого является повышение эффективности разогрева загустевших и застывших высоковязких нефтепродуктов в железнодорожных цистернах, снижение утечки неиспользуемого СВЧ-излучения в окружающее пространство. Мощность источником СВЧ-излучения направляется на нагрев ограниченного площадью поверхности части объёма нефти. При этом часть объёма нефти ограничивается радиопоглощающим материалом с образованием проходов между пластинами из этого материала и размещена в районе сливного устройства. Необходимо выполнить условие, при котором вся излучаемая источником СВЧ-излучения мощность поглощалась в этом объёме и величина мощности была достаточной для поддержания в районе сливного устройства температуры, соответствующей нормальному режиму слива.

Также можно использовать вагон-цистерну, которая дополнительно содержит систему труб для подачи разогретого нефтепродукта, причем трубы для подачи пара образуют две петли, и проходят от верхнего наливного люка к нижнему сливному патрубку. В верхней части котла указанные трубы проходят внутри труб для подачи разогретого нефтепродукта, которые имеют выходящие на наружную поверхность котла штуцера и рассеивающие сопла на своих концах. Разогрев происходит двумя способами – с помощью острого пара и с помощью циркуляционного подогрева. Циркуляционный подогрев основан на передачи тепла от горячего нефтепродукта холодному. Односортный продукт греется вне цистерны в теплообменном аппарате до высокой температуры и затем насосом, под высоким давлением, подаётся в вагон-цистерну. Подогретый нефтепродукт из вагона-цистерны откачивается насосом, часть его сливается в хранилище, а другая часть направляется в теплообменник для подогрева и последующего размыва. В результате сокращается время слива вязких нефтепродуктов и обеспечивается снижение энергозатрат.

Подогрев острым паром заключается в подаче насыщенного пара непосредственно в нефтепродукт, где он конденсируется, сообщая нефтепродукту необходимое тепло. Этот способ не желательно использовать, так как имеется необходимость удаления в дальнейшем воды из обводнённого продукта.

Необходимо автоматизировать управление контроля за технологическим процессом слива высоковязких нефтепродуктов из железнодорожных цистерн. Для увеличения точности работы системы подогрева, конструкция должна быть оснащена датчиками температуры расходной емкости, датчиками верхнего и нижнего уровней в расходной емкости, датчиками давления и температуры напорного трубопровода, датчиком температуры на дополнительном напорном трубопроводе, а также должна иметь возможность выбора режимов работы в зависимости от температуры окружающей среды и температуры продукта в емкости.

Автоматизация процесса позволяет повысить эффективность слива нефтепродукта за счет уменьшения несливаемого остатка и снижения расхода обогревающего агента путем определения оптимального момента отключения разогрева.

Заключение

Актуальность проблемы перевозок загустевающих вязких нефтепродуктов (мазутов, парафинистых нефтей, крекинг-остатков и др.), для Российских железных дорог определяется тем обстоятельством, что большое число предприятий по добыче и переработке нефти находится в районах Севера и Сибири. Отсюда вытекают условия перевозок: продолжительность холодного времени года -6...8 месяцев; дальность 1200 км; длительность 7,5...14 суток, при объеме перевозок до 15 млн.т. в год.

Для перевозки загустевающих вязких жидкостей (ЗВЖ) по железной дороге используют цистерны с объемом котла 50 и 60 м³ без тепловой изоляции стенок, так как разогрев продукта на пунктах слива экономически более оправдан, чем массовое изготовление и эксплуатация вагонов-термосов. Разогрев ЗВЖ представляет собой длительную, трудоемкую, энергоемкую и дорогостоящую операцию, во многом определяющую низкий оборот цистерн. Продолжительность слива в холодное время года часто превышает установленные нормы МПС (8... 10 часов), а на площадках с ограниченными энергоресурсами полный слив часто не обеспечивается, причем масса затвердевших остатков достигает нескольких тонн.

Мы изучили способы транспортировки высоковязких нефтей в железнодорожных цистернах, методы разогрева высоковязких нефтей при низких температурах, проанализировали существующие методы и способы подогрева.

Провести литературный, научный обзор по данной тематике. Рассмотреть способы транспортировки высоковязких нефтей в железнодорожных цистернах, методы подогрева и слива-налива. Провели патентный поиск, выявили достоинства и недостатки каждого патента. Разработали мероприятия по улучшению слива-налива вязких нефтепродуктов в железнодорожных цистернах.

Список использованных источников

1. Макаревич, В.Н. Ресурсный потенциал месторождений тяжелых нефтей европейской части Российской Федерации / В.Н. Макаревич, Н.И. Искрицкая, С.А. Богословский // Нефтегазовая геология. Теория и практика. - №3. – 2012, С. 1-16.

2. Бекбаулиева, А.А. Перекачка высоковязких и застывающих нефтей : учеб. пособие / А.А. Бекбаулиева. - Актау: КГУТиИ им.Ш. Есенова, 2011. – 71 с.

3. Коннова, Г.В. Оборудование транспорта и хранения нефти и газа / Г.В. Коннова. - Ростов-на-Дону, Феникс, 2006. –128 с.

4. Коршак, А.А. Основы нефтегазового дела / А.А. Коршак, А.М. Шаммазов. – Уфа : ООО «ДизайнПолиграфСервис», 2001 – 544 с.

5. Оленев, Н.М. Хранение нефти и нефтепродуктов / Н.М. Оленев – Л., Издательство «НЕДРА», 1964. – 429 с.

6. Адаменко, И. И. Автоматизация железнодорожной эстакады слива-налива нефтепродуктов / И. И. Адаменко // Современные технологии автоматизации. – 2015. – №2. – С. 70-74.

7. Башкирцева, Н. Ю. Механизм воздействия химических реагентов на структуру нефтяных дисперсных систем / Н. Ю. Башкирцева // Нефть. Газ. Новации. – 2013. – №4. – С. 23-28.

8. Алаева, А. В. На пути к «нетрадиционной» добыче / А. В. Алаева, Г.С. Горячева // Нефть России. – 2016. – №3-4. – С. 42-46.

9. Родин, А. А. Оптимизация транспорта высоковязких нефтей с подогревом и применением углеводородных разбавителей : дис. …канд. тех. наук : 25.00.19 / Родин Артём Александрович. – М. – 2009. – 125 с.

10. Комарова, Т. А. Повышение эффективности слива вязких нефтепродуктов из железнодорожных цистерн : дис. …канд. тех. наук : 55.22.07 / Комарова Татьяна Александровна. – Санкт-Петербург. – 2003. – 163 с.

11. Методика патентного поиска: методические указания к практической работе / сост.: М.Ю.Сарилов, Е.А.Фролова, А.А.Оглоблина – Комсомольск-на-Амуре: ФГБОУ ВПО «КнАГТУ», 2011. – 14 с.

12. Пат. 2172286 Российская Федерация, МПК⁷ B 65 D 88/74. Устройство для разогрева загустевших и застывших высоковязких нефтепродуктов в железнодорожных цистернах / В. М. Афанасьев, заявитель и патентообладатель Афанасьев В.М. – № 2006141980/12; заявл. 27.11.2006; опубл. 10.06.2008, Бюл. №31 – 7 с. : ил.

13. Пат. 2126767 Российская Федерация, МПК⁷ B 65 D 88/74. Устройство для разогрева и слива из емкости продуктов в холодном и вязком состоянии / И.А. Макулов, Р.И. Макулов, Т.М. Зидиханов, И.Ф. Ягудин, Р.Р. Музиров, заявитель и патентообладатель ООО "Газ-Проект Инжиниринг". – № 2004132317/11; заявл. 04.11.2004; опубл. 10.04.2006, Бюл. №10 – 4 с. : ил.

14. Пат. 2172365 Российская Федерация, МПК⁷ B 65 D 88/74. Автоматизированная установка для подогрева и слива вязкихжидкостей и нефтепродуктов из железнодорожных цистерн / Н.А. Трофимов, Л.Ю. Марьяскин, заявитель и патентообладатель ООО "АРП-Комплект-Технологии нефтеналива". – № 2013143243/12; заявл. 24.09.2013; опубл. 10.05.2014, Бюл. №13 – 3 с. : ил.

15. Пат. 2204514 Российская Федерация, МПК⁷ B 65 D 88/74. Способ управления процессом слива высоковязких нефтепродуктов из железнодорожных цистерн / Ю.Н. Пирогов, А.В. Попов, В.Д. Щербин, заявитель и патентообладатель ФГУП "25 Государственный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации". – № 2003134398/12; заявл. 28.11.2003; опубл. 27.07.2005, Бюл. №21 – 8 с. : ил.

16. Пат. 2245263 Российская Федерация, МПК⁷ B 65 D 88/74. Цистерна для транспортировки загустевающих жидкостей / В.И. Моисеев, Т.А. Комарова, О.А. Комарова, В.Ю. Флоринский, заявитель и патентообладатель Петербургский государственный университет путей сообщения. – № 2000117423/13; заявл. 30.06.2000; опубл. 27.12.2002, Бюл. №36 – 7 с. : ил.

17. Пат. 2171766 Российская Федерация, МПК⁷ B 61 D 5/00. Вагон-цистерна для перевозки вязких нефтепродуктов / В.И. Моисеев, М.М. Воробьев, Т.А. Комарова, О.А. Комарова, В.Ю. Флоринский, заявитель и патентообладатель Петербургский государственный университет путей сообщения. – № 2002123471/13; заявл. 02.09.2002; опубл. 20.02.2004, Бюл. №5 – 5 с. : ил.

18. Мырзахметов Е.Б. Энергоресурсосберегающая техника и технология транспортировки вязких нефтей и нефтепродуктов : дис. …канд. фил. наук. 6D070700 / Мырзахметов Ерлан Бейбитович. – Алматы, 2013. – 132.

19. Перевозка битума и других вязких нефтесодержащих веществ на железнодорожном транспорте // Научно-производственное предприятие «Газэнергохим» : [Электронный ресурс] / сост. : Научно-производственное предприятие «Газэнергохим» ; Электрон. дан. – М., [2004-2016]. URL: http://sam-sebe-psycholog.ru/articles/funkcii-psihiki (дата обращения 01.12.2016).

20. Гельман Я.Л. Большегрузные специализированные вагоны за рубежом / Я.Л. Гельман, - М.: Транспорт, 1972. - 56 с.

Код для цитирования: Скопировать