Структурная схема автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) установки подготовки и перекачки нефти (УППН)

Рисунок 2.4

2.5 Расчет электродегидратора

Электродегидратор - аппарат для отделения воды от сырой нефти путём разрушения нефтяной эмульсии обратного типа (вода в нефти) в электрическом поле (см. Деэмульсация). В результате индукции электрического поля диспергированные глобулы воды поляризуются с образованием в вершинах электрических зарядов, изменяют направление своего движения синхронно основном полю и всё время находятся в состоянии колебания. Форма глобул постоянно меняется, что приводит к смятию структурно-механического барьера (см. Эмульгирование), разрушению адсорбционных оболочек и коалесценции глобул воды. По геометрической форме различают цилиндрические и сферические электродегидраторы, по расположению в пространстве — вертикальные и горизонтальные (рис.).

Электродегидратор имеет один или несколько вводов нефтяных эмульсий, что обеспечивает более равномерное поступление их по всему горизонтальному сечению. Подвешенные на специальных изоляторах электроды подсоединены к высоковольтным выводам трансформаторов. Последние установлены над электродегидратором рядом с реактивными катушками большой индуктивности, обеспечивающими ограничение величины тока и защиту электрооборудования от короткого замыкания.

В электродегидраторах электроды (от 2 до 8 штук) подвешены горизонтально друг над другом и имеют форму прямоугольных рам. Нефтяная эмульсия вводится на 0,7 м ниже расположения электродов, проходит через слой воды (теряя при этом основную массу солёной воды), затем поднимается и последовательно проходит зону слабой напряжённости электрического поля и зону сильной напряжённости (между электродами).

В отстойниках нижней зоны (под электродами) вода отстаивается от нефти, верхней зоны (над электродами) — нефть от воды.

В электродегидраторах для обезвоживания лёгких и средних нефтей (например, ЭГ-200-10) предусмотрен один ввод сырья, для обезвоживания тяжёлых нефтей с плотностью до 910 кг/м³ (например, ЭГ-200-2р) — два раздельных ввода. По верхнему вводу нефть подаётся непосредственно в межэлектродное пространство, где особенно эффективно разрушаются устойчивые и тяжёлые нефтяные эмульсии при этом также повышается устойчивость электрического режима работы электродегидратора. В трёхвходовом электродегидраторе (например, ТЭД-400) эффективность обезвоживания достигается многократной обработкой нефтяной эмульсии в электрическом поле и использованием поворота потока обрабатываемой эмульсии с нисходящего на восходящий, что резко интенсифицирует процесс отделения коалесцированных глобул воды.

Производительность электродегидратора с ёмкостью аппарата 200 м³ — до 6000 м³/сутки, остаточное содержание воды в товарной нефти 0-0,2%. В составе установок подготовки нефти при герметизированной системе сбора электродегидратор располагают в технологической схеме после сепараторов второй ступени и отстойников по обезвоживанию нефти. Для повышения эффективности работы электродегидратора, нефтяные эмульсии предварительно подогревают до 100-110°С, добавляют деэмульгаторы, иногда до 10% пресной воды.

Материальный баланс

Для составления материального баланса электродегидратора необходимо знать время работы оборудования в году. Установка периодически должна подвергаться ремонту, для проведения которого она прекращает свою работу, и, следовательно, время ее работы будет меньше 365 дней. Время работы оборудования определяется как:

(2.1)

где число дней в году;

время, необходимое на ремонт;

время простоя.

Принимаем согласно положению о планово-предупредительных ремонтах, дней, дней. Следовательно, время работы оборудования будет равно:

Годовая мощность установки по обводненной нефти G=2,35 млн. т./год.

Обводненность сырой нефти 10,2% масс.

Содержание воды в товарной нефти 0,2% масс.

В блок электродегидраторов поступает сырая нефть в количестве:

Q_н= 2,35∙10⁹/(350∙24)=279761,91 кг/ч, в том числе: (2.2)

- нефть – 0,898∙Q_н=251226,191 кг/ч,

- вода – 0,102∙Q_н=28535,714 кг/ч.

После процесса обессоливания и окончательного обезвоживания состав потока на выходе из блока электродегидраторов должен соответствовать требованиям:

- товарная нефть: вода – 0,2%, нефть – 99,8%;

- пластовая вода: нефть – 0,48%, вода – 99,52%.

Принимаем:

Q_н^вых=Н – количество товарной нефти из блока электродегидраторов, кг/ч;

Q_в^вых=В – количество пластовой воды из блока электродегидраторов, кг/ч.

Составим систему уравнений:

0,898∙Q_н=0,998Н + 0,0048В

0,102∙Q_н=0,002Н + 0,9952В

Решая эту систему, получим:

Н=251594,17 кг/ч,

В=28167,74 кг/ч.

Таким образом, получили следующее массовое распределение потоков на выходе из блока электродегидраторов:

товарная нефть: Q_н^вых=251594,17 кг/ч, в том числе:

- нефть – 0,998∙Q_н^вых=251090,98 кг/ч;

- вода – 0,002∙Q_н^вых=503,19 кг/ч.

пластовая вода: Q_в^вых=28167,74 кг/ч, в том числе:

- вода – 0,9952∙Q_в^вых=28032,535 кг/ч;

- нефть – 0,0048∙Q_в^вых=135,205 кг/ч.

Расчет материального баланса электродегидраторов выполнен правильно, если соблюдается равенство:

∑Q^{до дег}=∑Q^{после дег}

∑Q^{до дег}=Q_н^от=251594,17 кг/ч

∑Q^{после дег}= Q_н^вых+ Q_в^вых=251594,17+28167,74=279761,91 кг/ч.

Равенство соблюдается.

Данные заносим в таблицу 2.5.1

Материальный баланс блока электродегидротирования.

Таблица 2.5.1