Термоөңделген мұнайлар мен мұнай өнімдерін айдау

Шайыр мен асфальтендері бар жоғы парафиндімұнайларды құбырмен тасымалдау үшін дайындаудың тәсілдерінің бірі – термиялық өңдеу болып табылады. Оның мәні – мұнайды белгілі температураға дейін қыздырып, кейін оны берілген қарқынмен суытуы.

Жоғары парафинді мұнайларды (мұнай өнімдерін) табиғи суытқанда парафиннің бөлініп шығатын кристалдары бірімен-бірі қосыла отырып, жеткілікті берік құрылымдық торды құрайды, және оның ұяшықтарында мұнайдың сұйық фазасы орналасқан. Мұнайда парафин мен асфальтошайырлы заттар көп болған сайын, тор соғұрлым берік болып, ν тұтқырлық, Т₃ қату температурасы мен τ₀ жылжуының статикалық кернеуі көп болады. Парафин кристалдарының өлшемі оның балқу температурасы мен суу қарқынына байланысты. Баяу балқитын парафиндер мен церезиндер майда дисперсиялы құрылымды (майда шашырайтын), ал балқу температурасы төмен парафин кенет көрсетілген пластиналық немесе ленталық құрылымды түзеді.

Суытудың берілген қарқынында біріншіден, адсорбыланған шайыр мен асфальтендер қабатымен жабылатын баяу балқитын парафиндер кристалдана бастайды, және қалған парафиннің кейінгі кристалдануы бар кристалдардың қабырғалары мен шеттерінде болады. Нәтижесінде парафинді-шайырлы заттардың жеткілікті үлкен друздар түріндегі және бірімен-бірі қосылмайтын агломераттарды түзеді. Сондықтан мұнай жылжымалы болып қалады және оның тұтқырлығы, қату температурасы мен жылжудың статикалық кернеуі бастапқы мұнай үшін қарағанда елеулі аз болады.

Термоөңдеудің эффектісіне жету үшін мұнайды қыздыру температурасы мен суыту жылдамдығын мұқият таңдау қажет. әрбір мұнай үшін олардың мәндері термоөңдеуден кейін ең жақсы реологиялық параметрлер ала-алатындай болу керек. Термоөңдеу кезінде мұнайдың температурасы оптималдық температурадан асып кетсе, жақсы әсер бермейді, керісінше реолоиялық параметрлердің нашарлауына әкеп соғады. Жоғары парафинді мұнайлардың реологиялық параметрлерінің шамасына термиялық жайт (предыстория), ғни берілген мұнайды қанша уақыт және қалай қыздырып суытқаны әсер етеді. Мұнайдың қыздыру температурасы мен суыту қарқындылығының мәндерін осыған байланысты ұсынады. Берілген суыту қарқындылығы статикалық та, динамикалық та жағдайларда қамтамасыз етіле алады. Динамикалық шарттарда белгілі қарқынды қамтамасыз ету аса қиын, сондықтан суыту көбінесе статикалық жағдайда арнайы тоңазытқыштарда өткізеді.

Термоөңделген мұнайлардың жылу физикалық параметрлері (Т₃, ν, τ₀) уақыт өткен сайын нашарлап, мұнайдың термоөңдеуге дейінгі болған алғашқы шамаларына жетеді. Әртүрлі мұнайлар үшін қасиеттерінің қалпына келу уақыты әртүрлі болады. Мысалы, термоөңделген өзексуат мұнайының қасиеттері үш тәулікке жетер – жетпес уақытта қалпына келсе, маңғышлақ мұнайының қасиеттері 45 тәулікте қалпына келеді. Термоөңделген мұнайдың параметрлері бастапқа мәндеріне дейін қалпына келу мерзімін білу қажет, себебі құбыр мен айдау ұзақтығы едәуір үлкен болып кетуі мүмкін. Осыған байланысты маңғышлақ мұнайының термоөңдеуін іске асыруға болады, себебі 20-40 тәулік ішінде мұнайды 2000-5000 км аралыққа дейін айдауға болады, ал өзексуат мұнайларын термоөңдеуге ұшыратпаған дұрыс. Соңғы жағдайда құбырдың “қатып қалу” қаупі бар.

Егер өңдңрңлетін мұнай өз параметрлері бойынша термоөңдеу талаптарына сәйкес келмесе, онда термоөңделген мұнайды берілген қашықтыққа айдауға арналған магистральді құбыр, тұтқырлығы аз мұнайды айдауға арналған құбырдан тек басты станцияларда термоөңдеу пунктарының бар болуымен ғана ажыратылады. Гидравликалық есепті, сорапты станцияларын орналастыруын кәдімгі құбырға жасаған сияқты орындайды.

Термоөңделген мұнайдың қасиеттері келесі термиялық әсер етулерде де өзгереді. Термоөңделген мұнайларды тасымалдау кезінде не сораптардың сору қасиеттерін жақсарту үшін, не ағызу-құю операцияларын үдету үшін және т.б. үшін көбінесе оларды қайта қыздыру қажеттілігі туындайды. Термоөңделген мұнайларды парафинді балқыту температурасына төмен температураға дейін қайта қыздырылуы оның реологиялық қасиеттерін күрт нашарлатады. Осыдан, термоөңделген мұнайды шамалы ғана жылытуды ұсынуға болмайтындығы шығады. Мұндай мұнайды термоөңдеудің оптималды температурасына дейін қайта қыздырған дұрыс, себебі суығаннан кейін реологиялық параметрлер қажетті деңгейде сақталады. Іске асыру процесінде термоөңделген мұнайдың температурасының 5-6 К-ге дейін жоғарлауы немесе 20К-ге төмендеуі қату температурасын, тиімді тұтқырлықты және жылжудың бастапқы кернеуін өзгертпейді.

Берілген тәсіл бойынша Индиядағы Нахоркатья – Барауни магистральді мұнай құбырын пайдаланады. Нахоркатья кен орнындағы 11,5% парафині бар және қату температурасы 305К болатын мұнайды термоөңдеуге ұшыратып, 1158 км қашықтыққа айдайды. Құбырда төрт аралық сорапты станциялар салынған.

1.1.4 Мұнайларды присадкалармен айдау

Тұтқырлы және жоғары парафинді мұнайлар мен мұнай өнімдерінің реологиялық қасиеттерін депрессорлы присадкаларды (депресаторларды) пайдалану арқылы жақсартуға болады. Депрессорлы присадкалар есебінде ЕСА, ДН-1, “Паранин”, А3 және т.б. типті присадкаларды пайдаланады. Олрадың жұмыс істеу механизмі аяғына дейін анықталмаған, бірақ шамамен келесідей: температура төмендеген кезде тығыздық флуктуациясының пайда болуы арқасында присадкалар парафин микрокристалдарының шашырамдылығын жоғарылатады (парафин кристалдарының өлшемдері төрт-тоғыз есе кішірейеді), және олар парафин кристалдануы кезінде ұрықтар болып табылады. Присадка парафин кристалының өлшемін макромолекуланың өзіндік өлшемінің шамасында шектейді де, парафиннің бөлек кристалдарының торына бітіп кетуінен сақтап қалады. Нәтижесінде парафинді мұнайлардың реологиялық сипаттамаларын жақсартады.

Көптеген присадкалар күрделі эфирлер, акрилді және метакрилді қышқылдар мен жоғары қаныққан спирттер негізіндегі сополимерлер болып табылады.

Депрессорлы присадкаларды пайдалану көптеген көмекші капиталды шығындарды керек етпейді, және присадкалар өндірісін кеңінен меңгерген кезде жоғары парафинді мұнайларды айдаудың басқа тәсілдерімен салыстырғанда, экономикалық жағынан тиімді болуы мүмкін. Депрессаторларды пайдалану айдауға кететін энергошығындарды ғана төмендетпей, сонымен қатар, капиталды шығындарды да азайтады, себебі оларды пайдаланған кезде сорапты және жылу станцияларының саны қысқарады. Бұл айдатылатын мұнайдың тиімді тұтқырлығы төмендейді де, құбыр трассасының ұзындығы бойымен мұнайды қыздыруды керек етпейтіндігін түсіндірледі.

Жоғары парафинді мұнайларды тасымалдауға арналған құбырларды пайдалану эксперименті мен тәжірибе, массасы бойынша 0,02-0,2 % мөлшерінде “Парамин” типті тімді присадкаларды қосу, қоршаған ортаның температурасына жақын температуралар кезінде, қатуы жоғары парафинді мұнайларды ағымына Ньютондық сипаттама беретіндігі анықталды. Присадкаларды енгізудің төменгі шегі мұнай тұтқырлығын төмендетпейді, бірақ құбырлар мен жабдықтардың парафинделуінен сақтайды.

Присадкаларда енгізу алдында мұнайды парафиннің толық балқуы мен мұнайда таза парафин ерітіндісі пайда болғанға дейін қыздыру керек (мұнайларды қыздыру температурасы 320-350К болу керек). Егер присадканы парафиннің кристалдану температурасынан төмен температурада енгізсе, онда эффект өте төмен болады. Бірақ мұнайдың парафиндер балқуының температурасына дейінгі келесі қыздыруы депрессатор тиімділігін қайтадан көтереді.

Присадкалар жұмысына мұнайдың араластыру қарқынымен суу темпі елеулі әсер етеді. Қарқынды араластырудың әсері – ол парафин кристалдарын депрессатор молекулаларымен толық қоршау болып табылады. Бұл жағдайда присадканың әсері емес, термоөңдеу эффектісі үлкен роль ойнайтындығы айқын, себебі олардың әсерін бөлу мүмкін емес.

Айдау тоқтап қалған кездерде мұнайда депрессатормен бірге әлсіз беріктікпен сипатталатын құрылымдық тор пайда болады және ол айдаудың жаңаруын жеңілдетеді. Сонымен, модельдегі тәжірибе мен эксперименттер (Батыс Еуропадағы Финнарт-Гринжемаут құбыры) 277К-нен жоғары температура кезінде депрессатормен өңделген мұнайды айдаудың тоқтауы уақыт бойынша шектелмеген. Депрессатормен өңделген мұнайы бар Финнарт-Гринжемаут мұнай құбыры 13 тәулік бойы тұрды, одан кейін айдау қайтадан жеңіл жасалған, және мұнай құбыры есепті жіберілуге жеткілікті тез шықты.

Депрессаторды пайдалану шарттарының маңыздыларының бірі – ол ұзақ уақыт ішінде олардың мұнайға әсерінің тұрақтылығы болып табылады. Депрессаторлардың көбісі осы талапқа сай келеді.

Әшейінде, жоғары парафинді мұнайды депрессорлы присадкамен бірге айдау, айдалатын мұнайдың барлық көлемін өңдеуді қарастырады, ал бұл присадкалардың көп мөлшерін және барлық мұнайды қыздыру мен араластыруға кететін едәуір шығындарды талап етеді. Присадкалар бағасы әлі де жоғары, және олардың қолданылуы ыстық айдау тәсілімен салыстырғанда тиімсіз. Осыған байланысты ВНИИСПТ қызметкерлері мұнайға депрессорлы присадканы тек сақиналы қабырғаға жақын қабатқа енгізуді ұсынды. Бұл мұнайды айдауға кететін энергошығындарды төмендетуін қамтамасыз етеді. Сақиналы құбырға жақын қабат депрессатор қосылғанмұнайдан тұрады, сондықтан ағын ядросы тығыздықтар тепе-теңдігіне байланысты қалқып шықпайды.

Сасақиналы қабатпен айдау технологиясы шамамен келесідей болады: жоғары парафинді мұнайды қыздырудың керекті температурасымен құбырға ендіреді, содан кейін сорапты станциядан белгілі бір қашықтықта, қатысты температурада, сақина түрінде присадканы құбырдың ішкі қабырғасының жанына енгізеді. Бұл жағдайда депрессатордың шығыны, осы барлық айдалатын мұнайға енгізумен салыстырғанда, шамамен 10 есе қысқарады.

Депрессаторлар әлі де өте қымбат, сондықтан оларды максималды бола алатын техникалық немесе технико-экономикалық әсер алу үшін пайдалану қажет.