Исследование процесса струйного размыва донных отложений в нефтяных резервуарах

Abstract

Актуальность. При эксплуатации нефтяных резервуаров часто возникает проблема отложения твердых частиц и тяжелых парафинистых осадков на днище резервуара. Выпадение данных осадков влечет за собой уменьшение полезного объема резервуара, препятствует свободному перемешиванию слоев нефти, что в свою очередь способствует концентрации агрессивных растворов солей в районе днища и развитию коррозионных разрушений нефтяных резервуаров. Для предотвращения подобных ситуаций предусмотрен комплекс мер (например, ручная и механизированная очистка резервуаров с использованием горячей воды и химических реагентов), однако существенный интерес представляют устройства, препятствующие выпадению донных осадков без остановки эксплуатации резервуара, например, винтовые устройства, размывающие донные отложения с помощью турбулентной струи. Цель исследования: расчет гидродинамических характеристик турбулентной затопленной струи в резервуаре при различных температурах нефти; определение реологических параметров нефти, при которых возможно размытие донных отложений в резервуаре. Объекты исследования: конструкция винтового устройства размыва донных отложений в резервуарах с нефтью, влияние основных режимных и конструктивных характеристик винта устройства на параметры турбулентной струи, моделирование процесса гидродинамического течения нефти в замкнутом объеме резервуара. Методы: метод конечных объемов с использованием ANSYS CFX. В результате расчетов конструкций показаны зависимость скорости размыва от расстояния до винта для разных значений температур и соответствующей им вязкости нефти, показаны условия, при которых возможен размыв донных отложений в резервуаре для данной геометрии гребного винта.

The relevance. When crude oil is stored in tanks, invariably solid particles and heavy paraffin sediments are deposited. The precipitation of these sediments entails a decrease in reservoir useful volume, prevents free mixing of oil layers, which boosts the concentration of aggressive salt solutions in the bottom region and the development of corrosive destruction of oil reservoirs. A set of measures is envisaged to prevent such situations (including manual and mechanized cleaning of tanks using hot water and chemical reagents), however, the devices that prevent precipitation of bottom sediments without stopping the operation of the reservoir are of significant interest, for example, screw devices that dilute bottom sediments with the help of turbulent jet. The aim of the research is calculation of hydrodynamic properties of turbulent submerged jet at various oil temperatures; definition of oil rheological parameters which enable the lift off, mix, and re-suspension of sediments in a tank. Objects of research: design of the bottom sediment erosion device for oil tanks; influence of the screw regime and design parameters on the turbulent jet properties; simulation of oil hydrodynamic flow in a closed reservoir volume. Methods: finite volume method in ANSYS CFX. Results. The paper demonstrates the dependence of sediment resuspension velocity on the distance from the screw at various temperatures and corresponding oil viscosities. The conditions to re-suspend oil tank bottom sediments were defined for the given propeller geometry. It was proved that the screw-type device is an effective means to lift solids off the storage tank floor and ensure required characteristics of tank oil.