Устройство и принцип работы электродегидраторов реферат
Обновлено: 05.07.2024
Электродегидратор – специализированное устройство, применяемое в промышленности нефтедобывающей. Его функция заключается в отделении получаемой от воды из скважины сырой нефти, а также ее Данное. обессоливании оборудование может использоваться как месторождении на непосредственно в качестве средства подготовки для транспортировки последующей нефти, так и на нефтеперерабатывающих заводах.
так Процесс называемой деэмульсации (то есть отделения нефти от воды) происходит за счет воздействия на эмульсию типа обратного с помощью электрического поля, которое поляризацию обеспечивает водяных глобул и синхронизацию их движения полю основному. Находясь в постоянном движении, глобулы непрерывно воды меняют свою форму, за счет происходит чего смятие структурно-механических барьеров и глобул слияние.
По форме устройства могут представлять сферические собой или цилиндрические емкости. В зависимости от расположения пространственного устройств выделяются вертикальные и горизонтальные Последние. конструкции нашли более широкое применение, они поскольку отличаются более высокими показателями при и эффективности этом обеспечивают экономичность работы. площадь Большая электродов и высокие значения производительности горизонтальный сделали тип электродегидраторов наиболее востребованным.
В типа от зависимости обрабатываемого состава в электродегидраторе может предусмотрен быть один (для работы с легкими и нефтями средними) или два ввода (для тяжелых обезвоживания нефтей). Как правило, перед обработки началом сырье предварительно нагревают.
Пример горизонтального схемы электродегидратора представлен на рисунке справа. нефтяная-Водно эмульсия подается в коллекторную емкость штуцер через, последовательно проходя через три обработки зоны. Первичная обработка начинается после как, того эмульсия поступает через отверстия водяную в коллектора подушку, где подвергается водной счет, за промывке чего удаляется основная часть воды пластовой. После этого эмульсия поднимается на выше уровень отстоявшейся воды, но ниже нижнего этом. На электрода этапе она подвергается воздействию поля электрического слабой напряженности, за счет чего крупные удаляются глобулы.
Финальный этап заключается в подъеме дальнейшем с прохождением между двумя электродами, нее на где воздействует электрическое поле высокого Благодаря. напряжения этому удаляются и оседают, а затем мельчайшие отводятся капли воды. Сама очищенная поднимается нефть на верхний уровень устройства, откуда через отводится штуцер по мере накопления объема.
последовательное Такое воздействие вкупе с равномерностью подачи эффективно позволяет обработать любые, даже очень эмульсии вязкие.
Главным аппаратом установки является — емкость, снабженная электродами, к которым подводится переменный ток высокого напряжения. В эксплуатации на промысловых и заводских установках ЭЛОУ находятся электродегидраторы различных конструкций: вертикальные, шаровые и горизонтальные.
Вертикальный электродегидратор представляет собой цилиндрический сосуд диаметром 3 м, высотой 5 м и объемом 30 м 3 . Внутри находятся электроды — металлические пластины, подвешенные на фарфоровых изоляторах. Напряжение подается к электродам от двух повышающих трансформаторов мощностью по 5 кВ·А. Напряжение между электродами от 15 до 33 кВ.
Сырье вводится в электродегидратор через вертикальную, вмонтированную по оси аппарата трубу, которая на половине высоты дегидратора заканчивается распределительной головкой. Головка устроена так, что через ее узкую кольцевую щель эмульсия нефти и воды вводится в виде тонкой веерообразной горизонтальной струи. Обработанная нефть выводится в центре верхнего днища электродегидратора, а отстоявшаяся вода — через нижнее днище.
Недостатком вертикальных электродегидраторов, приведшим к их вытеснению более современными конструкциями, является низкая производительность, недостаточно высокая температура обессоливания. Из-за низкой производительности на установках ЭЛОУ приходилось соединять параллельно 6—12 аппаратов.
На мощных электрообессоливающих установках, построенных в 1955—1970 гг., применяются шаровые электродегидраторы вместимостью 600 м 3 с диаметром 10,5 м. Производительность такого дегидратора равна 300—500 м 3 /ч. Принцип его действия тот же, что и вертикального аппарата, но вместо одного стояка с распределительной головкой для ввода сырья и одной пары электродов в шаровом электродегидраторе их по три.
Строящиеся в настоящее время установки обессоливания оснащаются горизонтальными электродегидраторами. Конструкция этих аппаратов позволяет проводить обессоливание при давлении до 1,8 МПа и температуре до 160°С. Горизонтальные электродегидраторы имеют диаметр 3—3,4 м и объем 80 и 160 м 3 . Повышение расчетного давления и температуры позволяет проводить глубокое обессоливание трудно обессоливаемых нефтей.
Горизонтальный электродегидратор
Электроды в горизонтальном электродегидраторе расположены почти посредине аппарата. Они подвешены горизонтально друг над другом. Расстояние между ними составляет 25—40 см.
Ввод сырья в горизонтальный электродегидратор осуществляется через расположенный вдоль аппарата горизонтальный маточник. Поступая в аппарат, нефть попадает в слой отстоявшейся воды, а затем — в зону под электродами, в межэлектродное пространство, и, наконец, в зону над электродами. В верхней части дегидратора располагаются выкидные коллекторы обработанной нефти. Достоинством этой конструкции является большой путь движения нефти и время ее пребывания в аппарате, так как ввод сырья расположен значительно ниже, чем в других электродегидраторах. При этом значительно улучшаются условия отстаивания воды.
Кроме того, в горизонтальном электродегидраторе крупные частицы воды выпадают из нефти еще до попадания в зону сильного электрического поля, расположенную в межэлектродном пространстве. Поэтому в нем можно обрабатывать нефть с большим содержанием воды, не опасаясь чрезмерного увеличения силы тока между электродами.
Нижняя половина аппарата изнутри защищена от коррозии слоем торкрет-бетона. В корпусе 1 по длине размещены два одинаковых комплекта устройств, включающие распределитель сырья 8, три плоских горизонтальных электрода 4, 5 и 6, сборник обессоленной нефти.
Распределитель сырья представляет собой центральный коллектор с горизонтальными и вертикальными отводами. Горизонтальные отводы имеют перфорацию, вертикальные отводы на концах снабжены распределительными головками, расположенными между нижними и средними электродами. Расстояние между этими электродами (200 мм) меньше расстояния между средним и верхним электродами, равного 300 мм.
В зависимости от характера нефтяной эмульсии аппарат может быть подготовлен к работе с использованием только вертикальных отводов (горизонтальные отглушены); только горизонтальных отводов; и тех и других одновременно. Работа с использованием только вертикальных отводов рекомендуется при переработке стойких эмульсий.
Сборник обессоленной нефти 2 состоит из коллектора и перфорированных отводов. Дренажный коллектор 7 используют периодически для промывки аппарата. Для этого в него под давлением подают воду, которая смывает грязь и выводится через штуцер откачки воды. Нижний и верхний электроды подвешены на общих изоляторах и питаются от двух общих трансформаторов 11. Средний электрод имеет свою систему поддерживающих изоляторов и трансформаторов. Напряжение подается через проходные изоляторы 10. Трансформаторы подключают к питающей сети через реактивные катушки 12, которые обеспечивают снижение напряжения при чрезмерном возрастании силы тока.
Характерной особенностью электродегидраторов с двумя раздельными вводами является универсальность, позволяющая при необходимости эксплуатировать эти аппараты, только с нижней подачей, когда обрабатывается лёгкая (по плотности) и малообводненная нефть, или только с верхней подачей при высокообводненной нефти средней плотности. Высоковязкие нефти обрабатываются в аппаратах, как правило, с нижним и верхним вводами.
В нефтяной промышленности для обессоливания и обезвоживания эмульсионной нефти чаще всего используют электродегидраторы:
- Вертикальные
- Горизонтальные
- Шаровые
Вертикальные электродегидраторы
Вертикальный электродегидратор – это вертикальная емкость с полусферическими днищами следующих габаритов: диаметр – 3 м, высота – 5 м, объем – 30 м³.
Аппарат 1, внутри которого приблизительно посередине на изоляторы прикреплены горизонтальные электроды 6 и 7. Электроды питаются от 2 высоковольтных трансформаторов 2, их мощность составляет 5 кВА у каждого.
Напряжение между электродами колеблется в диапазоне 15-35 кВ. Эмульсионная нефть поступает в аппарат тонкой горизонтальной веерообразной струей через распределительную головку 8. Расстояние между электродами подбирается экспериментальным путем и лежит в интервале 10-14 см.
Эмульсия находится в электрическом поле несколько минут. Типовой дегидратор достигает производительности 15-25, иногда 30 м³/ч. Нефть движется между электродами с линейной скоростью 2-4 м/ч (3-6 см/мин).
Одним из важных элементов служат изоляторы, подвесные и проходные. Они изготавливаются из фарфора (тип П-4,5) или стекла (тип ПС-4,5). Агрессивная среда горячей нефти в смеси с соленой водой и механическими примесями достаточно быстро разрушает изоляторы. А тенденции увеличения температуры обессоливания (до 110-115 ºС и даже до 160-180 ºС) поднимают актуальность поиска материала, подходящего для работы в подобных условиях. Один из таких материалов – фторопласт-4.
В комплектацию электродегидратора входят: реактивные катушки 5, регулирующая тягу щель в распределительной головке, сигнальные лампы, змеевик для подогрева низа аппарата, манометр, шламовый насос, поплавковый выключатель, мерное стекло и предохранительный клапан.
Электродегидраторы вертикального типа используют на нефтепромыслах и старых нефтезаводах. На современных заводах их не применяют, так как их объем ограничен, а производительность невелика (300-600 т/сут).
Шаровые электродегидраторы
Увеличение мощности современных установок первичной перегонки нефти требует применения более производительных электрообессоливающих блоков и установок, чем вертикальные электродегидраторы. Их сооружение не выгодно экономически и технически. Количество дегидраторов вертикального типа средней пропускной способности 400 т/сут для установок АТ и АВТ различной производительности приведено в таблице:
Кроме того, большое количество небольших аппаратов осложняет эксплуатацию установки, требует большого штата обслуживающего персонала и большей площади.
Поэтому встал вопрос о создании электродегидраторов с более высокой пропускной способностью. В основу его конструкции лег сферический резервуар, объем которого 600 м³. Резервуар оборудован распылительными устройствами и электродами. Диаметр резервуара составляет 10,5 м. Этот тип электродегидраторов называется шаровым (рис. 2), он подходит для длительной эксплуатации.
Принцип действия шаровых электродегидраторов не отличается от принципа действия вертикальных. Через распределительные головки 7 по трем стоякам 8 в аппарат поступает эмульсионная нефть. Головка расположена на расстоянии 3 м от вертикальной оси шара в его экваториальной плоскости симметрично.
Три пары горизонтальных электродов 6 диаметром 2-3 м крепятся на изоляторах 5 внутри электродегидратора. Распределительные головки находятся между электродами. Специальное устройство регулирует расстояние между электродами, оно составляет 13-17 см.
Трансформаторы 3 типа ОМ-66/35 питают электроды током высокого напряжения. При этом на каждую пару электродов приходится по два трансформатора мощностью 50 кВА и два проходных изолятора. Номинальное напряжение на первичной обмотке трансформатора составляет 380 В, на вторичных зависит от способа соединения и составляет 11, 16,0 или 22 кВ.
Запитаны трансформаторы в сеть трехфазного тока 3 х 380 В и создают напряжение между электродами 33 или 44 кВ. Напряженность электрического поля равна 2-3 кВ/см. В цепь первичных обмоток всех трансформаторов включены реактивные катушки РОМ-50/05, чтобы ограничить силу тока и защитить оборудование от короткого замыкания. Сила тока одного трансформатора не должна быть выше 30-35 А при стабильной работе электродегидратора шарового типа.
Схема ЭЛОУ с шаровыми электродегидраторами
Принципиальная схема работы электрообезвоживающей и электрообессоливающей установки (ЭЛОУ) с использованием шаровых электродегидраторов представлена ниже.
Сырьевой насос 1 забирает сырую нефть из резервуара и перекачивает через теплообменник 2 в термохимической отстойник 4. Там нефть освобождается от воды и частично от механических примесей и растворенных солей, затем выходит из отстойника сверху и поступает под собственным давлением последовательно в электродегидраторы 5 и 6 первой и второй ступени.
Из последней ступени электродегидратора обессоленная нефть поступает через теплообменник в отстойник или резервуар.
Технологическая схема электрообессоливающей установки (ЭЛОУ) с шаровыми электродегидраторами:
1 – сырьевой насос; 2 – теплообменник; 3 – паровой подогреватель; 4 – термоотстойник; 5,6 – электродегидраторы; 7,8 – водяные насосы; 9 – дозировочные насосы; 10 – смесительные клапаны; 11 – регулятор давления.
Линии: I – сырая нефть; II – деэмульгатор; III – щёлочь; IV – свежая вода; V – обессоленная нефть; VI – водяной пар; VII – вода в канализацию
Деэмульгатор подают в сырую нефть на выкид сырьевого насоса 1, воду и щелочь подают через смесительные устройства насосами перед электродегидраторами. При этом в электродегидратор первой ступени подается вода, дренируемая из электродегидратора второй ступени.
Вода, которая отстоялась внизу электродегидраторов, сливается в канализацию. На некоторых установках ЭЛОУ в качестве нагревающего агента используется водяной пар под давлением 10-12 кгс/см².
На современных заводах блок ЭЛОУ комбинируют с установками первичной перегонки нефти. Это позволяет снизить затраты на подогрев нефтяного сырья перед электродегидраторами. Горячие нефтепродукты атмосферной и вакуумной колонн подогревают нефть, соответственно нет необходимости использовать пар извне.
Недостатки
Однако, у шаровых электродегидраторов есть недостатки: большие размеры и трудоемкое изготовление. Вес шарового дегидратора 6-9 тс, а учитывая электрооборудование, металлоконструкции и трубопроводы составляет 100 тс. Такие аппараты можно изготавливать исключительно на площадке строительства. Шаровой электродегидратор диаметром 10,5 м с внутренним давлением 6 кгс/см² имеет стенки толщиной 24 мм.
Если же аппарат работает при 140 ºС и 10 кгс/см², толщина стенок возрастает до 40 мм, а общий вес достигает в таком случае 140 тс. Установка двух или трех дегидраторов объемом по 600 м³ пожароопасна.
По существующим нормам электродегидраторы шарового типа при комбинированных процессах первичной переработки нефти должны находиться не ближе, чем в 30 м от аппаратов технологических установок АТ и АВТ.
Горизонтальные электродегидраторы
На нефтезаводах по всему миру активно используют горизонтальные электродегидраторы. Комбинированные установки первичной переработки нефти А-12/9, А-12/9В, А-12/10, 11/3 оснащены блоками ЭЛОУ с горизонтальными электродегидраторами, разработанными ВНИИнефтемаш (бывший Гипронефтемаш).
Такие электродегидраторы имеют емкость в три раза меньше, чем шаровые. Они выдерживают температуру 135-150 ºС и на максимальное давление до 20 кгс/см². На нефтезаводах и нефтепромыслах устанавливают горизонтальные электродегидраторы 3-3,4 м в диаметре, объем их от 80 до 160 м³. По принципу работы они не отличаются от шаровых и вертикальных.
Типовой электродегидратор 2ЭГ-160
Типовой горизонтальный электродегидратор 2ЭГ-160 по проекту ВНИИнефтемаш показан на рис. 4. В нем на высоте чуть больше половины аппарата прикреплены два рамных прямоугольных электрода 8 один над другим. Питают их два трансформатора типа ОМ-66/35, имеющие мощность 5 кВА. Электроды расположены в 25-40 см друг от друга и занимают практически все продольное сечение электродегидратора.
Сырьевая нефть равномерно подается в аппарат через горизонтальный маточник, который расположен вдоль аппарата. Сначала нефть поступает в слой отстоявшейся воды, потом попадает в зону под электродами и далее в пространство между электродами.
Далее она перемещается в пространство над электродами и выше, направляясь к выходным коллекторам обработанной нефти 2, которые распределены в верхней части электродегидратора по всей длине. Контакт нефти с водой и деэмульгатором, который растворен в ней, помогает достичь более полного удаления солей и воды.
Под воздействием слабого электрического поля, возникающего между поверхностью воды и нижним электродом, по пути нефти в межэлектродное пространство из нее выпадают крупные частицы воды. В сильное электрическое поле поступает нефть с более мелкими частичками воды, которым необходимо воздействие поля с большей напряженностью.
Схема ЭЛОУ с горизонтальными электродегидраторами
Ниже представлена принципиальная схема блока электрообессоливания с электродегидраторами горизонтальными типа 2ЭГ-160.
Электрообессоливание нефтяной эмульсии происходит в две ступени. Насос перекачивает эмульсионную нефть через подогреватели тремя параллельными потоками в электродегидратор первой ступени.
Деэмульгатор ОЖК в виде 2%-ного раствора поступает на прием насоса.
Абсолюное давление в электродегидраторе первой ступени составляет 10 кгс/см², температура – 110 ºС. Горячий соляной раствор забирается из электродегидратора второй ступени и подается в деэмульгатор перед поступлением эмульсионной нефти через инжектор, где нефть, вода и деэмульгатор равномерно перемешиваются.
Маточники-распылители создают равномерный поток нефти в электрическом поле, через них нефть вводится снизу вверх.
Схема ЭЛОУ с горизонтальными электродегидраторами
В электродегидратор второй ступени подается частично обессоленная и частично обезвоженная нефть из электродегидратора первой ступени обессоливания, в неё через инжектор нагнетается насосом холодная вода (5% на нефть). Соляной раствор, который отстоялся в электродегидраторе первой ступени, сливается в отстойник.
Принцип действия электродегидраторов обеих ступеней одинаков. Промывная вода из электродегидратора второй ступени подается в инжекторы, её малая часть сливается в отстойник для отделения оставшейся в ней нефти. В емкость поступает соляной раствор с низа отстойника. Его охлаждают с помощью холодной воды с 110 до 60 ºС.
В некоторых новых установках ЭЛОУ для охлаждения раствора используют аппараты воздушного охлаждения, а затем сливают раствор в канализацию.
После обессоливания и обезвоживания в электродегидраторе второй ступени нефть подается в емкость обессоленной нефти, затем насосом через теплообменники поступает на установку.
Скорость выпадения частиц воды
От скорости выпадения из нефти частиц воды зависит производительность всех типов электродегидраторов. Чтобы с обессоленной и обезвоженной нефтью не увлекались мельчайшие частицы воды, которые не успели отделиться, скорость оседания диспергированных частиц должна быть выше скорости движения нефти вверх электродегидратора.
В горизонтальных электродегидраторах достигаются минимальные скорости движения нефти. При одинаковой удельной загрузке аппарата скорость движения нефти в шаровом электродегидраторе будет в 3 раза больше. Это обуславливает высокую удельную производительность горизонтальных электродегидраторов по отношению к их объему. В таблице ниже представлены основные показатели трех типов электродегидраторов:
Скорость выпадения частиц воды в различных электродегидраторах
За границей широкое применение имеют вертикальные электродегидраторы фирмы Petrico (США) и горизонтальные электродегидраторы фирмы How Becker (США), в которых сырьевая нефть подается снизу.
На новых и реконструируемых российских нефтезаводах в основном используют сконструированные ВНИИнефтемаш горизонтальные электродегидраторы типа 1ЭГ-160 и 2ЭГ-160. Они включены в блок ЭЛОУ-АТ, ЭЛОУ-АВТ и других комбинированных установок для первичной переработки нефти.
Основные способы повышения качества подготовки нефти к переработке
После глубокого обессоливания на нефтезаводах содержание солей в нефти составляет менее 20 мг/л. Но для переработки нефти содержание солей не должно превышать 5 мг/л. Основной проблемой является недостаточная подготовка нефти на нефтепромыслах. Оттуда приходит постаревшая нефтяная эмульсия с содержанием солей 1000-4000 мг/л и больше. Целесообразно проведение первичного обессоливания непосредственно на нефтепромыслах до достижения содержания солей в эмульсионной нефти не больше 40 мг/л. На качество обессоливания влияют также такие факторы, как:
- увеличение температуры обессоливания;
- увеличение количества промывной воды и ее повторное использование;
- равномерность подачи деэмульгатора и смешивания нефти с промывной водой;
- подача щелочи перед завершающей ступенью обессоливания;
- увеличение напряженности электрического поля и усиление его воздействия на нефть.
Многие электрообессоливающие установки включают низкоэффективные термохимические отстойники, где степень обессоливания не поднимается выше 20-30%. Имеет смысл реконструировать термохимическую ступень в электрическую, доработав термохимический отстойник электродами. Такая модернизация была проведена на двух нефтезаводах и позволила значительно увеличить показатели. На потоке нефти установили последовательно три электродегидратора. В таблице ниже приведены результаты обессоливания при замене термохимических отстойников на электродегидраторы.
Исходя из данных, приведенных в таблице можно сделать вывод, что проведение электрообессоливания в три ступени значительно снижает содержание соли и воды.
Сырая нефть обычно содержит определенный процент воды и твердых примесей. До процесса глубокой переработки нефти в применяемые в различных отраслях нефтепродукты, эти примеси должны быть отделены. Электродегидратор используется на начальных этапах обработки и эффективно обезвоживает и обессоливает сырую нефть.
Типы электродегидраторов
Электродегидраторы можно условно разделить на три основных типа: шаровые, вертикальные и горизонтальные электродегидраторы.
Шаровые электродегидраторы способны аккумулировать большее количество перерабатываемого материала, но не могут использоваться при высоких давлениях и температурах. Их нечасто можно встретить в прайс-листах производителей, так как они на данный момент наименее распространены. Их основная отличительная черта - сферическая конструкция с опорами, наличие трех впускных труб для сырья и наличие трех пар электродов, электричество к которым подается от трансформаторов, расположенных на внешней площадке конструкции (сверху). Сырая нефть поступает в шаровой электродегидратор по трубам, расположенным внизу конструкции, затем нефть через распределительные головки на концах труб распределяется в области электрического поля. Отделенная вода выходит через нижний штуцер конструкции, а обезвоженная нефть - через штуцер, расположенный сверху.
Вертикальные электродегидраторы. Основная отличительная черта вертикального электродегидратора (применение которого сравнительно редко) - это высокая напряженность неоднородного электрического поля внутри конструкции и расположение электродов (друг напротив друга - заземленных внизу и высокопотенциальных сверху), что позволяет произвести процесс отделения даже в очень стойких эмульсиях. Сам же аппарат представляет собой конструкцию цилиндрической формы. По производительности вертикальный электродегидратор уступает горизонтальному и шаровому, а также может применяться только при невысоких давлениях и температурах. В этом типе конструкций сырье вводится в резервуар через расположенную в центре трубу, а затем, поднимаясь вверх, проходит через распределитель. Отделенная вода с растворенными в ней солями непрерывным потоком выходит из спускного патрубка, расположенного в нижней части электродегидратора. Обессоленная и обезвоженная нефть выходит через верхние штуцеры, откуда уже поступает в резервуары для хранения.
Горизонтальные электродегидраторы. Горизонтальные электродегидраторы наиболее распространены, что обусловлено их высокой производительностью, способностью работать при высоких давлениях и температурах, меньшей стоимостью при эксплуатации и простотой используемых в нем электрических схем. В целом, принцип работы горизонтальной конструкции таков: подача эмульсии осуществляется через трубу, затем после первичного этапа разделения, основанного на законе Стокса, сырье распределяется в области электрического поля. В верхней части аппарата расположены рамы с заземленными и высокопотенциальными электродами. Эмульсия, проходя через сетку электродов, сперва попадает в поле низкого, а затем - высокого напряжения. В поле высокого напряжения осуществляется окончательное отделение мельчайших капель воды от нефти. Осаждение более крупных капель происходит еще до того, как сырье попадает в электрическое поле высокого напряжения. Вода выводится через штуцер, расположенный внизу электродегидратора, а очищенная нефть выводится через штуцеры, расположенные в верхней части аппарата.
Читайте также: