ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ДЕЭМУЛЬСАТОР-Курсовая работа

Системы сбора и обработки продукции скважин предназначены для обработки скважинной продукции, разделение пластовой жидкости на нефть и воду. После обработки скважинной продукции на системах сбора нефть соответствует определенным качествам и соответствует ГОСТу. Деэмульсатор в системах сбора нефти предназначен для отделения воды от нефти, и доведения его до определенного качества. В данном проекте рассмотренно несколько различных конструкций деэмульсаторов и предложен выбор наиболее оптимального аппарата с учетом местных специфических условий.

7.ВИДЫ ДЕЭМУЛЬСАТОРОВ

В технологических схемах сбора и подготовки нефти на промыслах применяется большое количество разнообразной аппаратуры и оборудо-вания, поставляемых машиностроительными фирмами, в основном, в виде готовых блоков, требующих лишь установки на фундаменты и под¬ключения к различным технологическим и энергетическим коммуни¬кациям. В частности, в блочном варианте применяются дозаторы реагента, делители потока, отстойники, деэмульсаторы, электродегидраторы, сырьевые, товарные и промысловые (технологические) резервуары, нагреватели, блоки замера, КИПи А и другое оборудование.
Делители потока.
Делители потока разработаны в связи с применением на объектах большого числа аппаратов низкой производительности одного и того же назначения. Применение поточной технологии и аппаратов высо¬кой производительности делает их изготовление и использование на про¬мыслах излишним. Различают делители потока - сепараторы и делители потока — нагреватели Делитель потока — сепаратор типа Д-1 -предназначен для отделения нефтяного газа от сырья, частичного отделе¬ния воды от нефти, а также разделения оставшейся эмульсии на восемь регулируемых потоков, направляемых обычно в нагреватели-деэмуль¬саторы. Аппарат представляет собой горизонтальную цилиндрическую емкость. Сырье вводится через гидроциклонную головку. Внутри аппарата располагается коаллисцирующая секция, заполненная кольцами и занимающая полностью вертикальное сечение сосуда. В противоположном конце аппарата установлены сливные камеры с регулирующими поток перегородками.




Рис 7. Делитель потока - сепаратор типа Д-1:
I — гидроциклонная головка; 2 - сливная перегородка с камерами; 3 - коалесцируюшая секция; 4 - змеевик; / - вход нефти; // - выход газа; /// - выход нефти; IV - выход воды
В днище аппарата предусмотрены патрубки для отбора нефти и воды. Все выходящие из аппарата потоки контролируются регу¬ляторами уровня и клапанами. Основные технико-экономические пара¬метры приведены ниже. Расход сырья — 1261 т/ч, обводненность эмуль¬сии на входе - 22 %, выходе - 12 %; расход: из каждой сливной ка¬меры - 113 т/ч, на автономный нагреватель - 338 т/ч, отделившейся воды - 335 т/ч, выделившегося газа - 4582 кг/ч. Давление, МПа: рабо¬чее — 0,42, расчетное - 0,63. Температура, 0C: рабочая — 10, расчетная — 46. Масса — 36 700 кг, объем — 200 м3. Аппараты этого типа применяются, в основном, перед деэмульсаторами, нагревательными элементами, электродегидраторами.
Отстойники.
Известны гравитационные отстойники и аппараты, пре-дусматривающие комплексное использование коалесцирующих элементов различных типов (промывочная вода, промежуточный слой, гидрофиль¬ные набивки, электрополе, гидродинамические коалесценторы и др.) с эффектами гравитационного разделения.
Гравитационные отстойники. Простейшими и наименее эффективными аппаратами являются гравитационные отстойники. Практически все известные решения для выбора гравитационных отстойников за рубежом основывались либо на гидравлических расчетах двухфазных потоков или эмпирических определениях времени пребывания эмульсии в аппара¬тах.
Самостоятельного значения гравитационные отстойники в последнее время практически не получили и используются для разделения грубодисперсных или нестойких эмульсий, а также отде¬ления от нефти и воды различного шлама.
Шламоотстойник. Относится к вспомогательному оборудованию, в котором происходит отделение от нефти крупнодис¬персных примесей. Для удале¬ния отложений парафина в нижней части аппарата предусмотрен паро-вой змеевик. При удалении шлама из аппарата его останавливают.
Отстойники с коалесцирующим и элементами. Большее распростра-нение на промыслах получили отстойники с твердыми коалесцирующими набивками. Отстойники этого типа предназначены для отделения воды от нефти после ее подогрева и обработки деэмульгатором. Аппарат пред-ставляет собой горизонтальную цилиндрическую емкость, в которой обрабатываемая нефть движется по оси Ввод и вывод нефти предусмотрен с противоположных сторон аппарата. Вывод воды осущест¬вляется через перфорированный трубчатый сборник. Внутри аппарата размещены три коалесцирующих фильтра из древесной стружки, занима¬ющих все вертикальное сечение сосуда. В качестве фильтрующих материалов нередко применяют угольную крошку, полиэтиленовые гранулы. Основной недостаток аппаратов этого типа состоит в быстром выходе из строя фильтрующих элементов из-за засорения и в ухудшении вследствие этого качества обрабатываемой нефти. Широкое применение получили отстойники с нижним распределен¬ным вводом, в которых коалесцирующим элементом служит слой промывной воды. Конструкция аппаратов этого типа рассматривается в разделах, посвященных деэмульсаторам, электроде-гидраторам и про¬мывным резервуарам.

Рис 8. Отстойник Д-27 с коалесцирующим фильтром:
1 — корпус; 2 — ввод нефти; 3 - коалесцирующий фильтр; 4 - отбойная перего¬родка; 5 - штуцер выхода нефти; 6 - сборник воды; / - вход эмульсии; //- вы¬ход нефти; /// - выход воды

Отстойники с гидродинамическими коалесценторами. Эффективное разрушение эмульсии в промежуточном слое и на границе раздела нефть — вода во многом определяется размерами составляющих этот слой капель, степенью разрушенности межфазных пленок, скоростью формирования слоя и коалесценцией капель с плоской поверхностью дренажных вод, что, в свою очередь, характеризуется степенью разрушенности эмульсии и предварительного укрупнения капель в коалесценторах различного типа перед входом эмульсии в отстойник.
Создание гидродинамических трубчатых коалесценторов за рубежом постепенно выходит из стадии опытных работ и находит все более широ¬кое применение на практике. Широкое применение в последнее время трубчатые каплеобразователи получили на наиболее крупных объектах подготовки нефти в Иране с общей производительностью несколько десятков миллионов тонн. Разрабатываются конструкции секционных трубчатых капле-образователей с профильными стенками. С помощью трубчатых каплеобразователей производительность отстойников объемом 200 м3 доведена до 4,0 млн. т/год. Эта производительность является пока наивысшей, но не предельной Электродегидраторы лучших конструкций пока значительно уступают отстойникам с трубчатыми коалесценторами по всем основным технико-экономическим показателям.
Деэмульсаторы-нагреватели.
Применение блочного автоматизирован¬ного оборудования, изготовляемого на заводах, для сооружений объектов подготовки нефти на промыслах в принципе позволяет эффективно ре¬шать такие проблемы, связанные с обустройством нефтяных промыслов, как снижение капитальных вложений, металлоемкости, сокращение сроков строительства, уменьшение размеров технологических площадок и т. д. Однако решение этих проблем может быть достигнуто лишь в том случае, если выпускаемые аппараты соответствуют современным техноло¬гическим требованиям и применяются в условиях, позволяющих реализо¬вать преимущества, связанные с их конструктивными особенностями. Периодическая эксплуатация скважин, связанная с ограничениями по добыче нефти, обусловила необходимость разработки автоматизирован¬ных систем, отключающих скважины при выполнении суточной нормы и включающих их в работу для нового цикла ее отбора. В связи с этим все деэмульсаторы автоматизированы и в ежедневном обслуживании не нуж¬даются. Так как каждый владелец стремится продать не только конди¬ционную нефть, но и газ, аппараты рассчитаны и на его сепарацию. Деэмульсаторы применяются преимущественно отдельными нефтепромыш¬ленниками, имеющими всего несколько скважин, сооружать для которых более мощную деэмульсационную установку экономически нецелесо¬образно. Промышленностью за рубежом освоено большое число деэмуль¬саторов различных модификаций, многие из которых длительное время эксплуатировались на промыслах. В зависимости от изменяемых средств интенсификации процессов коалесценции и расслоения эмульсии, деэмуль-саторы можно классифицировать в две группы. К первой группе следует отнести аппараты, в которых используются отстой, нагрев, обработка деэмульгатором, применяется в качестве коалесцирующего элемента слой дренажных вод. Вторая группа деэмульсаторов включает аппараты, в которых, наряду с отмеченными, используются такие средства интенси-фикации процесса укрупнения капель, как коалесцирующие фильтры, электрическое поле, гидродинамические коалесценторы-каплеобраэователи. Современная технология подготовки нефти предполагает использова¬ние максимально возможного числа средств интенсификации процесса раз-рушения эмульсии, поэтому выпускаемые промышленностью различных стран деэмульсаторы первого типа являются устаревшими. Водонефтяная эмульсия в аппаратах первого типа поступает в сепарационный блок, в котором происходит отделение нефтяного газа. Отделившийся нефтяной газ направляется в промысловый газовый коллектор и частично исполь¬зуется для сжигания в топках нагревателей установки. В нагревательном отсеке при прохождении эмульсации через слой горячей дренажной воды температура ее повышается до необходимого уровня и осуществляется сброс свободной воды. В отсеке отстоя происходят коалесценция капель и отделение воды от нефти. Обезвоженная нефть из зоны отстоя через измеритель расхода поступает в нефтесборный отсек и оттуда с помощью регулятора уровня — в нефтесборную сеть промысла. Отделившаяся от нефти вода из нижней части отсека отстоя направляется в водосборную секцию, снабженную регулятором уровня, и сбрасывается с установки. Применение электрического поля и гидродинамических каплеобразователей для интенсификации коалесценции капель позволило существенно повысить производительность сепараторов и улучшить качество подготав¬ливаемой на них нефти. С другой стороны, применение твердых коалесцирующих фильтров, которые не пригодны для эксплуатации в режиме самоочистки, приводит к снижению производительности аппаратов и делает их неконкурентоспособными даже с аппаратами без коалесцирующих устройств. К таким аппаратам относятся все зарубежные деэмуль¬саторы, использующие твердую коалесцирующую набивку. Деэмульсато¬ры этого типа выпускаются вертикальными и горизонтальными. Аппара¬ты первого типа выполнены в виде вертикального моноблока и работают следующим образом. Сырая нефть по коллектору поступает в верхнюю часть аппарата, где происходит ее разгазирование. Газ через отбойный фильтр центробежного типа отводится из аппарата, и часть его подается на инжекционные газовые горелки. Обводненная нефть по коллектору поступает под нижнюю решетку нагревательно-промывной секции и промывается водой, а затем проходит через слой древесной стружки.

Рис 9. Вертикальный деэмульсатор-нагреватель фирмы "Натко":
1- основание; 2 - дрипп; 3 - дренажная линия; 4 - сброс воды; 5 - управля¬емая задвижка; б - ввод топливного газа; 7 - скруббер; 8 - термостат; 9 - горел¬ка; 10 - основание вытяжной трубы; И - термометр; 12 - стружечный фильтр; 13 - регулируемый сифонный патрубок; 14 - перегородка; 15 - наружный сифон; 16 - газоуравнительная трубка; 17 - крепление трубы; 18 - труба; 19 - оголовок трубы; 20 - гидроциклонный каплеуловитель; 21 — выход газа; 22 - газовая линия на управляемые задвижки; 23 - вход газонефтяной смеси; 24 - отбор обезвоженной нефти; 25 - переливная труба; 26 - смотровой люк; 27 -пере¬городка секции нагрева; 28 - жаровая труба; 29 - регулирующий клапан; 30 - внутренняя переливная перегородка для нефти; 31 — наружная переливная перегородка; 32 - противовороночное устройство; 33 - люк; 34 — предохрани¬тельный клапан.

Обезвоженная нефть направляется в сборный коллектор или резервуар товарной нефти. Дренажная вода сбрасывается. Уровень дренажной воды поддерживается выше топочного устройства на 20—30 см. Рабочее давление в деэмульсаторе поддерживается, а, но мощью клапана, пропускающего избытки газа на факел. Топочное устройство представляет собой П-образную секцию из жаропрочных труб, погруженную в дренажную воду и вытяжной трубой, приподнятой на 0,5 м выше сферическою эмульсатора.
Эти деэмульсаторы также имеют низкую производительность и предназначены для обработки продукции одной или нескольких скважин. Как правило, деэмульсаторы располагаются в непосредственной близости от устья скважин и обрабатывают нестойкие, свежие эмульсии и высокую производительность развивают горизонтальные деэмульсаторы.
Деэмульсаторы рассчитаны на получение товарной нефти с остаточным содержанием воды в ней 0,5 — 2 %. Эти деэмульсаторы имеют следующие недостатки: технологически нерациональное совмещение операций нагрева эмульсии, коалесценции капель и отстоя воды от нефти в одном аппарате; несоблюдение принципа оптимальной последовательности операций (наг¬рев, обработка реагентом, разрушение бронирующих оболочек, коалесценция капель, расслоение потока) и осуществление их одновременно при одном и том же гидродинамически неблагоприятном режиме движе¬ния потока (чаще --ламинарном); отсутствие массообменной и коалесцирующей секций, способных эффективно выполнять свои функции в режи¬ме самоочищения. Все это обусловливает низкую производительность аппаратов и невысокое качество подготовленной нефти, увеличивает пожароопасность вызывает необходимость остановки всего блока при неисправности в любой из его секций, обусловливает повышенную потреб¬ность в КИП и А, регулирующей и запорной аппаратуре, делает неизбеж¬ным использование большого числа аппаратов на объектах высокой производительности.
Электродегидраторы.
Электрообезвоживание нефти на промыслах применяется редко. В то же время на НПЗ нефть обрабатывают почти исключительно электрическим методом с применением токов промыш¬ленной частоты.
Известно множество элекродегидраторов различных модификаций. По форме различают вертикальные, шаровые и горизонтальные электро-дегидраторы, электрическое поле которых создается переменным или постоянным током промышленной частоты.
Вертикальные электродегидраторы. В ранний период развития нефтя-ной промышленности на промыслах получили распространение вертикальные электродегидраторы типа Петреко. Аппарат имеет диаметр 3 м и высоту 6 м, объем 30 м3, рассчитан на работу при высокой температуре (до 90 °С) и давлении до 0,4 МПа. В зависимости от свойств обрабатываемой нефти, температуры нагрева, напряженности электрического поля и других параметров производительность аппаратов этого типа изменяется от 100 до 200 тыс.т/год. Электродегидратор вклю¬чает в себя корпус: электроды диаметром от 1,3 до 2,7 м, поддерживае¬мые тремя гирляндами подвесных изоляторов, крепящихся к раме; два трансформатора мощностью по 5 кВт с проходными изоляторами; входной патрубок, стояк и распределительную головку, позволяющую вводить эмульсию в межэлектродное пространство в виде веерообразной струи с помощью щели, зазор которой регулируется специальной тягой. Под воздействием поля эмульсия разрушается в межэлектродном прос¬транстве, а укрупнившиеся капли оседают на дно аппарата. Обезвоженная нефть и накопившаяся дренажная вода сбрасываются через отводы, расположенные соответственно в верхней и нижней частях аппарата.
Горизонтальные электродегидраторы. Наиболее широкое распростране¬ние на промыслах и нефтеперерабатывающих заводах получили горизон¬тальные электродегидраторы, гидродинамические характеристи¬ки и технико-экономические показатели которых оказались наилучшими (наименьшая скорость потока и наибольшая производительность).
Фирмой "Петролайт" выпускаются электродегидраторы. С 1963 г. начинают широко применяться электростатические горизонтальные дегидраторы фирмы "Натко" и других корпораций, рас¬считанные на обезвоживание нефти. Основное преимущество этих аппара¬тов состоит в том, что обезвоживание в них нефти можно осуществлять при более низкой температуре, чем в электродегидраторах обычного типа. В результате этого экономится топливный газ, улучшается состав нефти, снижаются коррозия оборудования и осадкообразование. При высокой температуре нефти на устье скважин надобность в подогреве практически отпадает, уменьшается пожароопасность объектов и улуч¬шается охрана окружающей среды. Аппарат трансформирует энергию из подводящей линии в соответствии с требу¬емой нагрузкой и в зависимости от проводимости обрабатываемой в каждое мгновение нефти. Если нагрузка становится слишком большой, трансформатор снижает ее до допустимого уровня.

Рис 10. Электростатический дегидратор фирмы "Натко':
1- корпус; 2 - выход нефти; 3 - трансформатор; 4 - реактивная катушка; 5, 6, 7 - люки; 8 - зачистной патрубок; 9 - подвесные изоляторы и электроды; 10 - верхняя отборная труба; 11 - граница раздела фаз нефть - вода; 12 - ниж¬ний распределительный короб; 13 - короб отбора промежуточного слоя; 14 -отверстия для выхода эмульсии; 15 - сброс воды; 16 - сброс промежуточного слоя; 17- ввод эмульсии; 18 –опора.
Эксплуатационные затраты на электроэнергию зависят от размера установки (площади электродов) и электропроводности нефти. С увели-чением электропроводности нефти затраты на электроэнергию возрастают. Поскольку стоимость аппаратов зависит от их конструкции и свойств обрабатываемой нефти, то с учетом этих факторов она может изменяться в 2—3 раза в ту или иную сторону при одной и той же производительности и прочих равных условиях. В последние годы электродегидраторы постав-ляются на объекты в блочном исполнении, смонтированными на салазках. В монтажные работы на объектах обычно входят операции, связанные со строительством подводящих и отводящих трубопроводов для сырой и об-работанной нефти, линий пресной промывочной воды, дозаторов реагента, а также сооружение фундаментов или других оснований под оборудова¬ние.