ГИДРОЦИКЛОННАЯ УСТАНОВКА ГУД-900-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Целью данной работы является рассмотрение процессоров центробежного типа ГУД-900. Использование гидроциклонных установок ГУД-900 в процессах подготовки нефти позволяет добиться улучшения качества товарной нефти, сократить расходы на ее подготовку, сократить потери легких фракций нефти, уменьшить металлоемкость оборудования установки подготовки нефти, а также решить ряд других задач. Все это прямо влияет на снижение себестоимости нефти, что имеет большое значение в современных рыночных условиях. Рассмотрены вопросы получения максимальной эффективности при эксплуатации гидроциклонной установки типа ГУД-900, а также преимущества установки перед другими аналогами.
Дипломный проект состоит из пояснительной записки и графической части.
Пояснительная записка включает в себя три раздела: техническая, экономическая часть и раздел по безопасности и экологичности проекта. В технической части проводится обзор существующих аналогов гидроциклонной установки, описание конструкции, принципа работы; рассматривается влияние конструктивных параметров на работу установки, а также проводятся необходимые расчеты. Экономическая часть раскрывает оценку экономической эффективности внедрения гидроциклонной установки ГУД-900. В разделе безопасности и экологичности проекта рассматриваются вопросы охраны труда и окружающей среды.
Пояснительная записка объемом 87 машинописных листов формата А4, содержит 20 рисунков, 10 таблиц и список литературы из 24 наименований. Графическая часть состоит из графического материала объемом в количестве 8 листов машиностроительных чертежей и 2 схемы, выполненных на формате А1.

1.2 Патентная проработка изделия

Гидроциклонная установка ГУД-900 имеет ряд аналогов аналогичного принципа действия, которые могут быть использованы для подготовки нефти в промысловых условиях. Анализ авторских свидетельств и патентов показал, что большинство из них имеют определенные недостатки, отсутствующие у ГУД-900.
Известен, например, ступенчатый гидроциклон, содержащий корпус, разделенный перегородкой на камеру предварительной очистки с тангенциальным входным патрубком [1]. В корпусе установлены параллельно включенные группы сепарирующих элементов, образующие предварительные ступени разделения по ходу слива (рисунок 1.4).

Рисунок 1.4 – Ступенчатый мультигидроциклон
Недостатком гидроциклона является малая эффективность разделения. Камера предварительной очистки исходной смеси имеет диаметр значительно больший, чем диаметр сепарирующих элементов, что требует на закрутку потока больших расходов энергии.
Известна батарея гидроциклонов предварительного разделения с тангенциальным входным патрубком [2]. Последовательно по ходу слива установлены параллельно включенные группы гидроциклонов, питающие патрубки которых соединены тангенциально со сливным патрубком гидроциклона предварительного разделения (рисунок 1.5). Сливные патрубки гидроциклонов первой группы установлены тангенциально к гидроциклонам второй группы.

Рисунок 1.5 – Батарея гидроциклонов
Недостатком батареи гидроциклонов является сложность конструкции соединений сепарирующих элементов различных групп и ступеней разделения, что создает значительные гидравлические сопротивления и снижает производительность.
Известен также двухзаходный циклон [3], включающий корпус 3, осевую выхлопную трубу 4 и два тангенциальных диаметрально расположенных входных патрубка 1 и 2, один из которых установлен под углом 11-15°, а другой – под углом 15-20° к горизонтали (рисунок 1.6).

Рисунок 1.6 – Двухзаходный циклон

Недостатком его является малая эффективность, вследствие того, что корпус аппарата представляет собой сепарирующий элемент, выполняющий все стадии процесса разделения с перегрузкой как на стадии отделения жидкости, так и на стадии отделения газообразной фазы. Кроме того, разность углов наклона входных патрубков недостаточна – всего 4-5°, вследствие чего возможны случаи сбоя потока с меньшим напором потоком более мощным и изменения направления на обратное. Это приводит к нарушению режима технологии разделения.
С целью повышения эффективности и качества разделения нефтегазовой смеси было разработано устройство для разделения нефтегазовой смеси [17], включающее сепарирующие элементы 1, тангенциально направленные, расположенные под углом входные патрубки 2 и 3 и выхлопную трубу 5 (рисунок 1.7).

Рисунок 1.7 – Устройство для разделения нефтегазовой смеси

Сепарирующие элементы снабжены цилиндрическими секциями с радиальными отводами 4 и последовательно установлены соосно с общей выхлопной трубой. Выхлопная труба выполнена перфорированной с тангенциально направленными отверстиями. Тангенциальные входные патрубки выполнены в виде спирали и установлены с разностью углов наклона между собой в пределах 25-30°.
Недостатком данного устройства является недостаточная эффективность отделения и высокий унос капельной жидкости на начальной фазе сепарации.

2 ГИДРОЦИКЛОННАЯ УСТАНОВКА ГУД-900

2.1 Назначение гидроциклонной установки ГУД-900

Гидроциклонирование нефти позволяет решить ряд крупных народнохозяйственных задач:
а) получение товарной нефти, соответствующей ГОСТ 9965-76;
б) выделение и использование легких углеводородов и их композиций в качестве внутреннего резерва для подготовки нефти, в том числе ловушечной или промежуточных слоев;
в) использование полученных легких углеводородов в качестве растворителя цементирующей основы асфальтосмолопарафиновых отложений и осуществить, тем самым, промывку оборудования и скважин.
Мультигидроциклон ГУД-900 является одним из наиболее оптимальных блочных аппаратов для подготовки нефти с получением легких углеводородов. ГУД-900 обеспечивает наиболее полную стабилизацию нефти при максимальном выделении легких углеводородов.
С целью исключения потерь легких фракций нефти и обеспечения полной герметизации системы, мультигидроциклон ГУД-900 используется в герметизированной системе трубопроводного транспорта, разработанной Р.Р.Ахсановым.
Герметизированная система трубопроводного транспорта включает в себя блок газосепарации, насос с узлами учета и обвязки, инжектор, резервуарный парк с уравнительными линиями.
Блок газосепарации (рисунок 2.1) состоит из сепаратора 1, снабженного каплеуловителем 2, мультигидроциклона 3, снабженного сборником жидкой фазы 4 и сборником парогазовой смеси 5.
Поток газонасыщенной нефти поступает в мультигидроциклон 3 и распределяется равномерно по всем гидроциклонным элементам 6. В периферийной области гидроциклонного элемента собирается более тяжелая фаза, стабильная нефть без газа , а в центре вращения потока образуется парогазовый шнур. Парогазовая смесь по газоотводной трубке 7 поступает в общий сборник 5 и по трубе 8 - в сепаратор 1, ударяясь и стекая по наклонной перегородке 9. Перегородка 9 имеет отверстия 10 для выхода газа.


Рисунок 2.1- Блок получения легких углеводородов
Жидкая фаза из сборника 4, а также стабильная нефть из разгрузочного отверстия стекают на козырек отбойника 11, где происходит более полная дегазация.
Свободный газ собирается в парогазовой зоне блока сепарации и поступает в каплеуловитель 2. Стабильная нефть без газа поступает на прием насоса и, пройдя узел учета, перекачивается в резервуарный парк.
Техническая характеристика ГУД-900:
1. Рабочее давление - 0,6МПа;
2. Пробное давление - 0,9МПа;
3. Объем - 0,076м3;
4. Производительность - 700м3/сут;
5. Минимальная температура окружающей среды -
минус 40 0С;
6. Рабочая среда - нефть.
На рисунке 2.2 показана установка подготовки нефти с блоком получения легких углеводородов. Установка выполнена таким образом, что на входе продукции скважин установлено устройство предварительного отбора газа, выполненное из труб. Далее эта продукция традиционно подается в газосепаратор, откуда газ поступает в линию высокого давления на дальнейшую подготовку и откачку, а нефть с водой, смешиваясь по пути с подаваемым в линию реагентом, - в отстойник. Дальнейшее отделение воды от нефти осуществляется в электродегидраторах. Далее, после соответствующего подогрева, нефть поступает в концевые сепараторы.
Отличительной особенностью установки является совмещение концевого сепаратора с гидроциклонным сепаратором. Подачу нагретой нефти производят не в сепаратор, а в гидроциклон, парогазовую смесь из гидроциклона подают в сепаратор, в котором отделившийся газ уже не смешивается с нефтью. Установка снабжена блоком получения легких углеводородов и состоит из участка трубопровода 1 для предварительного отбора газа, сепаратора 2, отстойника 3 для сброса отделившейся воды, сепаратора 4, электродегидратора 5, печи 6 для сжигания газа и нагрева нефти, каплеуловителя-сепаратора 7, гидроциклона 8 для глубокой стабилизации нефти, конденсатора-холодильника 9 для конденсации паров углеводородов, эжектора 10 и резервуаров 11 товарного парка.
Нагрев нефти в печи осуществляют до 70 - 80 °С и подают в гидроциклон под давлением 4 кгс/см2. в этом случае в каждом гидроциклонном элементе в центре вращения потока образуется разрежение. Это дает возможность снизить коэффициент фазового равновесия “газ (пар) - жидкость” и увеличить выход легких фракций из нефти при довольно низких температурах нагрева. Этому же способствует и температура охлаждения в конденсаторе-холодильнике, которую поддерживают в пределах 10 ÷ 15 °С. Для более качественного отделения сухого газа от конденсата в сепараторе 4 поддерживают давление в пределах 1,7 атм.
Использование данной схемы позволило значительно сократить энергозатраты на подготовку нефти, снизить металлоемкость оборудования и улучшить качество подготовленной нефти.