Способ и устройство нагрева высоковязких нефтей в трубопроводах высокочастотными электромагнитными полями

Изобретение относится к области технологии нагрева высоковязких нефтей в трубопроводах электромагнитными полями и может быть использовано на производствах нефтедобывающих и нефтетранспортирующих предприятий при транспортировке высоковязких нефтей по промысловым и магистральным трубопроводам. Обеспечивает повышение эффективности нагрева транспортируемой нефти за счет объемного прогрева и термодинамических процессов, возникающих в среде, находящейся под воздействием высокочастотного электромагнитного поля, а также снижение затрат электроэнергии.

Известно устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов при помощи комплексного воздействия микроволновой энергии и ультразвукового излучения, содержащее секцию микроволновой обработки и секцию ультразвуковой обработки (патент РФ №2382933, опубл. 27.02.2010). Секция микроволновой обработки содержит магнетронные генераторы, рупорные излучатели и окна связи с круглым волноводом, имеющим внутри коаксиально расположенную трубу из радиопрозрачного материала. В этом устройстве микроволновая энергия подается в трубопровод, который играет роль круглого волновода, посредством рупорных излучателей. Рупорные излучатели излучают электромагнитные волны в трубопровод через окно связи.

Недостатками данного устройства является то, что микроволновая энергия вводится в трубопровод в одной точке и в нефтяной среде, содержащей влагу, электромагнитная волна будет затухать на расстоянии нескольких сантиметров (до 10 см). Поэтому при значительных скоростях потока продукции трубопроводов либо в трубопроводах диаметром более 10 см описанное устройство будет работать не эффективно.

Наиболее близким аналогом изобретения является устройство разогрева вязких диэлектрических продуктов при их транспортировке трубопроводами (патент РФ №2439863, МПК Н05В 6/64, опубл. 10.01.2012), содержащий волновод в форме спиралевидной металлической полосы с распределенными на нем излучателями. Волновод расположен на тефлоновой трубе. Тефлоновая труба коаксиально установлена внутри трубопровода и плотно к нему прилегает. Источник микроволнового излучения соединен с волноводом с помощью коаксиального кабеля через отверстие в трубопроводе.

Однако описанная установка имеет ограничения по частоте излучения и не предусматривает использование электромагнитных волн высокочастотного диапазона (1-100 МГц), именно под воздействием которых происходит дипольная поляризация полярных компонент нефти, приводящая к объемному выделению тепла внутри потока. Кроме этого спиралевидный волновод внутри трубопровода создает дополнительное сопротивление.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности нагрева нефтей высокочастотными электромагнитными полями для обеспечения подвижности продукции трубопроводов и снижение затрат электроэнергии.

Технический результат в способе нагрева высоковязких нефтей в трубопроводах высокочастотными электромагнитными полями, заключающемся в непрерывном воздействии высокочастотного электромагнитного поля на поток нефти в трубопроводе, и в устройстве для осуществления данного способа, содержащем источник электромагнитных волн, достигается тем, что в трубопровод врезается байпас, выполненный в виде обвода трубопровода. Внутри байпаса при помощи центраторов устанавливается излучатель длиной, равной половине длины электромагнитной волны, и подсоединяется к высокочастотному генератору через коаксиальный кабель. Наружная поверхность излучателя изолируется радиопрозрачным материалом. Далее для продукции трубопровода определяют низшую критическую температуру Т_кн, ниже которой температура продукции не должна снижаться, и высшую критическую температуру Т_кв, выше которой нагрев продукции нецелесообразен. Затем на блоке измерения температуры регистрируют начальную температуру продукции трубопровода Т₀. Если Т₀<Т_кн, через блок управления открывают первый электромагнитный клапан, а второй электромагнитный клапан закрывают. Продукция попадает в байпас. Включают высокочастотный генератор. В блоке согласования сопоставлением значений волновых сопротивлений согласуют высокочастотный генератор с байпасом. Через блок измерения температуры измеряют температуру на выходе из байпаса Т_вых. Через блок управления регулируют мощность высокочастотного генератора до выполнения условия Т_вых=Т_кв.

На фиг. 1 представлена схема устройства для реализации данного способа. Условные обозначения: 1 - трубопровод, 2 - байпас, 3 - излучатель электромагнитных волн, 4 - центраторы из радиопрозрачного материала, 5 - коаксиальный кабель, 6 - высокочастотный генератор, 7 - термопары, 8 - блок измерения температуры, 9 - первый электромагнитный клапан, 10 - второй электромагнитный клапан, 11 - блок согласования, 12 - блок управления.

Пример конкретной реализации.

Для контрольных испытаний способа были использованы макет устройства и нефть русского месторождения. Были определены значения Т₀=24°C, Т_кн=50°C и Т_кв=70°C. Продукция прокачивалась через байпас. Затем был включен высокочастотный генератор с начальной мощностью 0,5 кВт. Было проведено согласование системы генератор-байпас. Контролируя температуру продукции на выходе из условия Т_вых=Т_кв=70°C, была подобрана оптимальная мощность генератора 1,1 кВт.

Данный способ и устройство для его реализации могут быть использованы на промысловых и магистральных трубопроводах в условиях крайнего Севера и в других регионах Российской федерации и странах СНГ в зимний период. Применение данного способа и устройства позволит снизить аварийные ситуации на трубопроводах и в узловых точках, а также повысить период охлаждения продукции трубопровода, так как данным способом прогревается весь объем продукции трубопровода.

1. Способ нагрева высоковязких нефтей в трубопроводах высокочастотными электромагнитными полями, включающий непрерывное воздействие электромагнитного поля на поток нефти в трубопроводе, отличающийся тем, что для продукции трубопровода определяют низшую критическую температуру Т_кн, ниже которой температура продукции не должна снижаться, и высшую критическую температуру Т_кв, выше которой нагрев продукции нецелесообразен, на блоке измерения температуры регистрируют начальную температуру продукции трубопровода T₀; если Т₀<Т_кн, через блок управления открывают первый электромагнитный клапан, а второй электромагнитный клапан закрывают; включают высокочастотный генератор, в блоке согласования сопоставлением значений волновых сопротивлений согласуют высокочастотный генератор с излучателем, через блок измерения температуры измеряют температуру на выходе из байпаса Т_вых, через блок управления регулируют мощность высокочастотного генератора до выполнения условия Т_вых=Т_кв.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее генератор электромагнитных волн, коаксиальный кабель для соединения генератора с излучателем, трубопровод, отличающееся тем, что в трубопровод врезается байпас со встроенным излучателем.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что излучатель устанавливается внутри байпаса при помощи центраторов из радиопрозрачного материала и длина излучателя составляет половину длины электромагнитной волны.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что наружная поверхность излучателя изолируется радиопрозрачным материалом.