Как рассчитывается отстойная аппаратура

Расчет отстойной аппаратуры

Технологический расчет отстойной аппаратуры заключается в определении пропускной способности отстойника или его размеров.

Обводненность нефти на выходе из отстойника определяют по содержанию мелких капель воды, время осаждения которых больше времени осевого перемещения разделяемой эмульсии в отстойнике.

Допустим, что распределение капель воды в нефти после заполнения отстойника равномерно. Следовательно, обводненность эмульсии в любом его сечении одинакова и равна исходной обводненности В.

Зависимость суммарного объема воды от относительного размера капель воды в эмульсии хорошо аппроксимируется уравнением:

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура(1)

где VB – объем воды в эмульсии;

dmax— максимальный диаметр капель воды в эмульсии;

VBi – объем воды в каплях, размеры которых меньше или равны di:

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура(2)

По определению обводненность эмульсии есть отношение

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура% (3)

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура(4)

Аналогично для обводненности в слое эмульсии:

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура(5)

Подставляя VB и VBi в (1), получим следующее равенство:

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура(6)

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура(7)

Подставляя (7) в выражение (см (4.50) в лекциях):

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура(8)

и преобразовывая, имеем:

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура(9)

Таким образом, по (9), в отличие от (8), определяют относительную скорость осаждения капель воды в слое эмульсии с обводненностью Вi, которая меньше начальной обводненности эмульсии В вследствие опережающего движения капель размером больше di. Следовательно, по (9) можно рассчитать спектр скоростей стесненного осаждения капель воды с учетом изменения обводненности эмульсии по высоте отстойника.

На момент времени t после начала гравитационного расслоения эмульсии нижняя граница слоя эмульсии, содержащей капли размером di и меньше, hi, может быть найдена по формуле:

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура(10)

где wод i – скорость стесненного оседания капель воды диаметром di.

Необходимая длина зоны отстоя эмульсии при непрерывной подаче эмульсии в отстойник определяется:

допустимым остаточным содержанием воды в эмульсии;

горизонтальной составляющей скорости движения эмульсии;

скоростью расслоения эмульсии.

Из-за перехода части воды из эмульсии в водную фазу через поверхность раздела фаз вода-нефть, горизонтальная скорость перемещения эмульсии непрерывно уменьшается, поэтому:

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура(11)

где l – длина зоны отстоя эмульсии, м;

wГ – горизонтальная скорость движения эмульсии на входе в отстойник, м/с;

Время пребывания эмульсии в отстойнике может быть определено как отношение:

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура(12)

где h – высота слоя водонефтяной эмульсии на входе в отстойник;

ti – время оседания частиц диаметром di, т.е. время прохождения их через слой эмульсии высотой h.

Подставляя (12) в (11) с учетом (9), получаем:

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура(13)

где mС – вязкость среды, Па×с;

di – минимальный диаметр капель воды, которые будут осаждаться в отстойнике, м;

rВ, rН – плотности воды и нефти, соответственно, кг/м 3 ;

li – длина зоны отстоя капель воды диаметром di.

Источник

Отстойная аппаратура

Проблема создания высокопроизводительной отстойной ап­паратуры в последние годы стала одной из наиболее актуальных. Вы­сокие темпы увеличения объемов добычи и подготовки нефти, ее концентрация в огромных количествах на центральных сборных пунктах потребовали создания отстойных аппаратов высокой произ­водительности. Применение отстойной аппаратуры с прежними тех­нологическими характеристиками неизбежно приводит к созданию дорогостоящих и металлоемких промышленных комплексов, отчуж­дению под технологические площадки больших земельных участков, использованию значительного числа контрольной, регулирующей аппаратуры и запорных устройств, усложнению обслуживания и т.д.

Совершенствование конструкции отстойных аппаратов до недавнего времени развивалось в двух направлениях:

— улучшение гидродинамики потока внутри аппаратов для более полного использования их полезного объема (распределитель­ные устройства, отстойники и т.д.) рис.7.20;

— интенсификация процессов коалесценции глобул пластовой воды и отделения ее от нефти (перегородки, изменяющие направле­ние потока, ввод эмульсии под слой воды, применение электрическо­го поля, вибровоздействия на граничный слой и т.д.) см. рис. 7.20.

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура

Рис. 7.20. Принципиальные схемы отстойных аппаратов различного типа: а – с перфорированной решеткой; б – с нижним распределенным вводом под слой дренажной воды и верхним распределенным отводом нефти; в – с секционным каплеобразователем, нижним распределенным вводом эмульсии и верхним распределенным отводом нефти; г – вертикальный с секционным каплеобразователем и нижним распределенным вводом эмульсии под слой дренажной воды; д – с торцевыми распределительными устройствами для ввода эмульсин и отвода нефти; е – с переливной перегородкой и промывкой нефти в слое дренажной воды

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура, (7.17)

При h = 0 формула принимает вид:

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. (7.18)

Из формулы (7.18) видно, что производительность отстойника зависит от размеров глобул пластовой воды во второй степени. Так увеличение размеров капель только в 3,3 раза приведет к повышению производительности отстойников в 10 раз. Другие же параметры влияют на производительность отстойников линейно. Отсюда следу­ет, что для увеличения производительности отстойных аппаратов по­следние должны быть снабжены устройствами, способными укруп­нять капли еще до того как эмульсия попадает в зону отстоя. Этому должно предшествовать завершение массообменных процес­сов по доведению реагента до каждой глобулы пластовой воды и раз­рушению на них бронирующих оболочек. При увеличении размеров капель до 0,1 мм и более скорость осаждения возрастает, режим оса­ждения становится турбулентным и производительность отстойника определяется формулой (7.19)

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. (7.19)

Анализ формул (7.18) и (7.19), а также их сопоставление пока­зывает, что Qт на два порядка больше Qл. Следовательно, теоретиче­ски производительность отстойных аппаратов при условии предвари­тельного укрупнения капель может быть повышена в 100 раз. Если учесть ряд факторов, ограничивающих возможность увеличения про­изводительности отстойных аппаратов до этого уровня в практиче­ских условиях, то возможная загрузка аппаратов оказывается в 10 раз выше достигнутой. Для этого необходимо:

— осуществлять предварительное укрупнение капель эмульсии до их введения в зону отстоя или расслоение эмульсии;

— обеспечивать верхний торцевой ввод жидкости по сечению аппарата, а также равномерный отбор жидкости;

— поддерживать низкий уровень водяной подушки или прак­тически исключать ее;

— исключать из отстойной зоны аппарата операцию «промыв­ки» эмульсии через слой дренажной воды.

Устройствами, которые позволяют увеличить размер капель перед поступлением эмульсии на отстой, могут быть трубчатые и объемные каплеобразователи гидродинамического типа. Трубчатые каплеобразователи уже получили широкое распространение на ме­сторождениях, объемные находятся на стадии разработки. Их приме­нение позволило в отдельных случаях повысить производительность отстойных аппаратов объемом 200 м 3 до 4,05 млн.т/год (Бирючевская ТХУ объединения Татнефть).

При сохранении производительности без изменения исполь­зование каплеобразователей позволяет улучшить качество нефти в 5-10 раз.

Применявшаяся ранее промывка эмульсии через водный слой при обработке неразрушенной эмульсии, безусловно, играла поло­жительную роль, так как способствовала снижению прочности бро­нирующих оболочек на каплях пластовой воды и переходу значи­тельного их числа в объем дренажных вод. При осуществлении про­цесса разрушения эмульсии и коалесценции капель в каплеобразователях необходимость в промывке отпадает, а ее исключение позволя­ет повысить производительность отстойников, так как при этом ста­новится невозможным вынос части капель восходящим потоком неф­ти.

Производительность отстойников прямоугольного сечения при условии движения жидкости перпендикулярно направлению си­лы тяжести (торцевой ввод) определяется равенством:

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура,

Максимальная производительность отстойника с нижним вводом определяется равенством скоростей восходящего потока и осаждения капель в зоне границы раздела фаз нефть-вода, размер ко­торых учитывается при расчете

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура

Однако Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура, отсюда Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура, следовательно

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура.

Соотношение Q’/Q» дает выражение

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура,

откуда следует, что производительность отстойников с торцевым распределенным в плане вводом в реальных условиях может быть в два раза выше производительности отстойника с нижним распределен­ным вводом, работающего с водяной подушкой, поскольку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Промышленные испытания показали, что производительность отстойного аппарата с каплеобразователем и торцевым распределен­ным в плане вводом может быть доведена до 9 млн.м 3 /год (рис.7.21).

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура

Выбор объемных отстойных аппаратов

Производительность отстойной аппаратуры промысловых и заводских установок подготовки нефти определяется степенью дис­персности капель воды, вязкостью нефти и другими параметрами, влияющими на скорость расслоения водонефтяных эмульсий. Ре­шающее влияние на увеличение производительности отстойных ап­паратов при прочих равных условиях оказывают технологические приемы, направленные на степень укрупнения капель пластовой воды перед отстоем эмульсии. При осаждении большого числа капель ско­рость стесненного падения w определяется не только параметрами, входящими в выражение закона Стокса, но и соотношением объемов фаз эмульсии. На основе экспериментальных исследований стесненного осаждения предложена учитывающая этот фактор эмпи­рическая зависимость, которая после некоторых преобразований мо­жет быть представлена следующим образом:

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура, (7.20)

Порядок расчета числа аппаратов для ступени обезвоживания по номограмме рис. 7.22, задаваясь размером капель на выходе из каплеобразователя и вязкостью нефти, определяют точку пересече­ния перпендикуляра, восстановленного от значения mн с кривой для заданного диаметра капель (точка I). Проводя от полученной точки вправо горизонталь до кривой, соответствующей выбранному объему отстойного аппарата, получаем точку II. Перпендикуляр из этой точ­ки на ось Q дает величину производительности отстойника выбран­ного объема Qпр.

Поправка на стесненные условия осаждения Кст, учитывающая обводненность поступающего в отстойники сырья, берется на вспомо­гательном графике Г номограммы рис. 7.22. Окончательно произво­дительность определяется как

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура.

Необходимый тип отстойника выбирают, исходя из произво­дительности аппаратов, размеров площади для их установки и других факторов. Число отстойников определяют по формуле

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура.

Порядок расчета отстойных аппаратов для ступени обессоливания такой же, как и для ступени обезвоживания. При этом учиты­ваются размеры капель, которые могут существовать в потоке на вы­ходе из секции ступени обессоливания. Для обеих ступеней предпо­лагается использование одного резервного отстойника, обвязка кото­рого позволяет подключить его при необходимости как к ступени обезвоживания, так и к ступени обессоливания.

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура.

При Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратураполучим Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратураотсюда следует, что Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Другими словами, один аппарат радиусом R может быть заменен батареей труб малого диаметра такой же длины при условии, что сумма радиусов этих труб будет равна величине радиуса большого отстойника. Это открывает путь к созданию малогабарит­ных, транспортабельных и неметаллоемких отстойных аппаратов. Естественно, что увеличение производительности отстойных аппара­тов связано с необходимостью изменения гидродинамического ре­жима потока и возрастанием скорости движения жидкости в них вплоть до значений, характеризующих турбулентный поток. Факто­ром, ограничивающим производительность отстойных аппаратов с правильно выбранными гидродинамическими характеристиками, яв­ляется величина поперечных пульсационных составляющих скоро­сти, действующих против сил гравитации.

Длина отстойного аппарата, на которой может быть завершен процесс расслоения эмульсии при ламинарном режиме движения, определяется выражением

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура,

Для осаждения капель на дно трубчатого отстойника из пото­ка, движущегося в турбулентном режиме, необходимая длина аппа­рата определяется выражением

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура

На рис. 7.24. представлена зависимость длины аппаратов раз­личного диаметра от размера капель воды, необходимой для расслоения турбулентного потока эмульсии, характеризуемого числом Рейнольдса 10000 при вязкости нефти 0,044 П.

Расчеты показали, что блочный трубчатый комплекс, вклю­чающий двухсекционный каплеобразователь и отстойник с расшири­телем производительностью 1 млн.т/год весит 25 т. Серийные от­стойные аппараты, работающие в аналогичных условиях с такой же суммарной производительностью, весят 144 т, т.е. в 5 раз больше. Экономия внедрения одного трубчатого отстойника с каплеобразователем (при производительности 1 млн.т/год) очень велика.

Увеличение производительности существующей отстойной аппаратуры может быть достигнуто также путем использования пре­имуществ, присущих как объемным, так и трубчатым отстойником (рис.7.25.). К преимуществам объемных аппаратов следует отнести возможность их использования одновременно в качестве распредели­тельного устройства и каплеобразователя, а также расслаивающей емкости, пригодной для отбора нефти и воды в больших количествах. Качество воды в этом случае таково, что нередко ее можно закачи­вать в пласт без дополнительной очистки. Преимущества трубчатых аппаратов обусловлены их низкой металлоемкостью, простотой мон­тажа, удобством обслуживания. Создание комбинированных аппара­тов предусматривает совместный монтаж трубчатых и объемных элементов в такой комбинации, которая отвечает поставленным тех­нологическим задачам. Например, несколько трубчатых отстойников с каплеобразователями могут быть сблокированы с одним отстойни­ком большого объема и включены в него как в разделительную ем­кость.

Для решения этой проблемы целесообразно использо­вать в качестве аппаратов предварительного сброса воды часть или всю отстойную аппаратуру первой ступени обессоливающих устано­вок, снабженную каплеобразователями.

В последнем случае должно быть достигнуто достаточно глубокое обезвоживание нефти, позво­ляющее осуществить ее обессоливание на последующих ступенях. При этом транспортирование эмульсии с промысла осуществляется по схеме, предусматривающей ее перекачку непосредственно на ус­тановку, минуя резервуары предварительного сброса. Имеющаяся отстойная аппаратура и дренажная система установок в этом случае должны быть пригодны для сброса всего объема воды, поступающей на узел с нефтью. Узел предварительного сброса воды в этом случае из набора промыслового оборудования исключается.

В целом перспективы увеличения производительности от­стойных аппаратов, создания на этой основе блочного малогабарит­ного оборудования для подготовки нефти и воды высокой производитель­ности и низкой металлоемкости, а также получение чистых дренаж­ных вод непосредственно из технологических аппаратов подготовки нефти связаны с соблюдением следующих технологических принци­пов:

— укрупнение капель пластовой воды, вплоть до расслоения потока на нефть и воду в процессе продвижения эмульсии от скважин до отстойной аппаратуры и использование для этих целей промысло­вых систем сбора и встроенных каплеобразователей;

— снижение турбулентности потока по направлению движения эмульсии к отстойной аппаратуре;

— осуществление торцевого распределенного в плане ввода и отбора нефти в отстойных аппаратах;

— обвязка отстойной аппаратуры по схеме возврата дренаж­ных вод в головную часть процесса для первичной очистки и деэмульсации нефти и ее эксплуатация в режиме оптимального контро­ля.

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура

Источник

Отстойная аппаратура

Проблема создания высокопроизводительной отстойной ап­паратуры в последние годы стала одной из наиболее актуальных. Вы­сокие темпы увеличения объемов добычи и подготовки нефти, ее концентрация в огромных количествах на центральных сборных пунктах потребовали создания отстойных аппаратов высокой произ­водительности. Применение отстойной аппаратуры с прежними тех­нологическими характеристиками неизбежно приводит к созданию дорогостоящих и металлоемких промышленных комплексов, отчуж­дению под технологические площадки больших земельных участков, использованию значительного числа контрольной, регулирующей аппаратуры и запорных устройств, усложнению обслуживания и т.д.

Совершенствование конструкции отстойных аппаратов до недавнего времени развивалось в двух направлениях:

— улучшение гидродинамики потока внутри аппаратов для более полного использования их полезного объема (распределитель­ные устройства, отстойники и т.д.) рис.7.20;

— интенсификация процессов коалесценции глобул пластовой воды и отделения ее от нефти (перегородки, изменяющие направле­ние потока, ввод эмульсии под слой воды, применение электрическо­го поля, вибровоздействия на граничный слой и т.д.) см. рис. 7.20.

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура

Рис. 7.20. Принципиальные схемы отстойных аппаратов различного типа: а – с перфорированной решеткой; б – с нижним распределенным вводом под слой дренажной воды и верхним распределенным отводом нефти; в – с секционным каплеобразователем, нижним распределенным вводом эмульсии и верхним распределенным отводом нефти; г – вертикальный с секционным каплеобразователем и нижним распределенным вводом эмульсии под слой дренажной воды; д – с торцевыми распределительными устройствами для ввода эмульсин и отвода нефти; е – с переливной перегородкой и промывкой нефти в слое дренажной воды

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура, (7.17)

При h = 0 формула принимает вид:

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. (7.18)

Из формулы (7.18) видно, что производительность отстойника зависит от размеров глобул пластовой воды во второй степени. Так увеличение размеров капель только в 3,3 раза приведет к повышению производительности отстойников в 10 раз. Другие же параметры влияют на производительность отстойников линейно. Отсюда следу­ет, что для увеличения производительности отстойных аппаратов по­следние должны быть снабжены устройствами, способными укруп­нять капли еще до того как эмульсия попадает в зону отстоя. Этому должно предшествовать завершение массообменных процес­сов по доведению реагента до каждой глобулы пластовой воды и раз­рушению на них бронирующих оболочек. При увеличении размеров капель до 0,1 мм и более скорость осаждения возрастает, режим оса­ждения становится турбулентным и производительность отстойника определяется формулой (7.19)

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. (7.19)

Анализ формул (7.18) и (7.19), а также их сопоставление пока­зывает, что Qт на два порядка больше Qл. Следовательно, теоретиче­ски производительность отстойных аппаратов при условии предвари­тельного укрупнения капель может быть повышена в 100 раз. Если учесть ряд факторов, ограничивающих возможность увеличения про­изводительности отстойных аппаратов до этого уровня в практиче­ских условиях, то возможная загрузка аппаратов оказывается в 10 раз выше достигнутой. Для этого необходимо:

— осуществлять предварительное укрупнение капель эмульсии до их введения в зону отстоя или расслоение эмульсии;

— обеспечивать верхний торцевой ввод жидкости по сечению аппарата, а также равномерный отбор жидкости;

— поддерживать низкий уровень водяной подушки или прак­тически исключать ее;

— исключать из отстойной зоны аппарата операцию «промыв­ки» эмульсии через слой дренажной воды.

Устройствами, которые позволяют увеличить размер капель перед поступлением эмульсии на отстой, могут быть трубчатые и объемные каплеобразователи гидродинамического типа. Трубчатые каплеобразователи уже получили широкое распространение на ме­сторождениях, объемные находятся на стадии разработки. Их приме­нение позволило в отдельных случаях повысить производительность отстойных аппаратов объемом 200 м 3 до 4,05 млн.т/год (Бирючевская ТХУ объединения Татнефть).

При сохранении производительности без изменения исполь­зование каплеобразователей позволяет улучшить качество нефти в 5-10 раз.

Применявшаяся ранее промывка эмульсии через водный слой при обработке неразрушенной эмульсии, безусловно, играла поло­жительную роль, так как способствовала снижению прочности бро­нирующих оболочек на каплях пластовой воды и переходу значи­тельного их числа в объем дренажных вод. При осуществлении про­цесса разрушения эмульсии и коалесценции капель в каплеобразователях необходимость в промывке отпадает, а ее исключение позволя­ет повысить производительность отстойников, так как при этом ста­новится невозможным вынос части капель восходящим потоком неф­ти.

Производительность отстойников прямоугольного сечения при условии движения жидкости перпендикулярно направлению си­лы тяжести (торцевой ввод) определяется равенством:

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура,

Максимальная производительность отстойника с нижним вводом определяется равенством скоростей восходящего потока и осаждения капель в зоне границы раздела фаз нефть-вода, размер ко­торых учитывается при расчете

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура

Однако Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура, отсюда Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура, следовательно

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура.

Соотношение Q’/Q» дает выражение

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура,

откуда следует, что производительность отстойников с торцевым распределенным в плане вводом в реальных условиях может быть в два раза выше производительности отстойника с нижним распределен­ным вводом, работающего с водяной подушкой, поскольку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Промышленные испытания показали, что производительность отстойного аппарата с каплеобразователем и торцевым распределен­ным в плане вводом может быть доведена до 9 млн.м 3 /год (рис.7.21).

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура

Выбор объемных отстойных аппаратов

Производительность отстойной аппаратуры промысловых и заводских установок подготовки нефти определяется степенью дис­персности капель воды, вязкостью нефти и другими параметрами, влияющими на скорость расслоения водонефтяных эмульсий. Ре­шающее влияние на увеличение производительности отстойных ап­паратов при прочих равных условиях оказывают технологические приемы, направленные на степень укрупнения капель пластовой воды перед отстоем эмульсии. При осаждении большого числа капель ско­рость стесненного падения w определяется не только параметрами, входящими в выражение закона Стокса, но и соотношением объемов фаз эмульсии. На основе экспериментальных исследований стесненного осаждения предложена учитывающая этот фактор эмпи­рическая зависимость, которая после некоторых преобразований мо­жет быть представлена следующим образом:

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура, (7.20)

Порядок расчета числа аппаратов для ступени обезвоживания по номограмме рис. 7.22, задаваясь размером капель на выходе из каплеобразователя и вязкостью нефти, определяют точку пересече­ния перпендикуляра, восстановленного от значения mн с кривой для заданного диаметра капель (точка I). Проводя от полученной точки вправо горизонталь до кривой, соответствующей выбранному объему отстойного аппарата, получаем точку II. Перпендикуляр из этой точ­ки на ось Q дает величину производительности отстойника выбран­ного объема Qпр.

Поправка на стесненные условия осаждения Кст, учитывающая обводненность поступающего в отстойники сырья, берется на вспомо­гательном графике Г номограммы рис. 7.22. Окончательно произво­дительность определяется как

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура.

Необходимый тип отстойника выбирают, исходя из произво­дительности аппаратов, размеров площади для их установки и других факторов. Число отстойников определяют по формуле

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура.

Порядок расчета отстойных аппаратов для ступени обессоливания такой же, как и для ступени обезвоживания. При этом учиты­ваются размеры капель, которые могут существовать в потоке на вы­ходе из секции ступени обессоливания. Для обеих ступеней предпо­лагается использование одного резервного отстойника, обвязка кото­рого позволяет подключить его при необходимости как к ступени обезвоживания, так и к ступени обессоливания.

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура.

При Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратураполучим Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратураотсюда следует, что Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Другими словами, один аппарат радиусом R может быть заменен батареей труб малого диаметра такой же длины при условии, что сумма радиусов этих труб будет равна величине радиуса большого отстойника. Это открывает путь к созданию малогабарит­ных, транспортабельных и неметаллоемких отстойных аппаратов. Естественно, что увеличение производительности отстойных аппара­тов связано с необходимостью изменения гидродинамического ре­жима потока и возрастанием скорости движения жидкости в них вплоть до значений, характеризующих турбулентный поток. Факто­ром, ограничивающим производительность отстойных аппаратов с правильно выбранными гидродинамическими характеристиками, яв­ляется величина поперечных пульсационных составляющих скоро­сти, действующих против сил гравитации.

Длина отстойного аппарата, на которой может быть завершен процесс расслоения эмульсии при ламинарном режиме движения, определяется выражением

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура,

Для осаждения капель на дно трубчатого отстойника из пото­ка, движущегося в турбулентном режиме, необходимая длина аппа­рата определяется выражением

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура

На рис. 7.24. представлена зависимость длины аппаратов раз­личного диаметра от размера капель воды, необходимой для расслоения турбулентного потока эмульсии, характеризуемого числом Рейнольдса 10000 при вязкости нефти 0,044 П.

Расчеты показали, что блочный трубчатый комплекс, вклю­чающий двухсекционный каплеобразователь и отстойник с расшири­телем производительностью 1 млн.т/год весит 25 т. Серийные от­стойные аппараты, работающие в аналогичных условиях с такой же суммарной производительностью, весят 144 т, т.е. в 5 раз больше. Экономия внедрения одного трубчатого отстойника с каплеобразователем (при производительности 1 млн.т/год) очень велика.

Увеличение производительности существующей отстойной аппаратуры может быть достигнуто также путем использования пре­имуществ, присущих как объемным, так и трубчатым отстойником (рис.7.25.). К преимуществам объемных аппаратов следует отнести возможность их использования одновременно в качестве распредели­тельного устройства и каплеобразователя, а также расслаивающей емкости, пригодной для отбора нефти и воды в больших количествах. Качество воды в этом случае таково, что нередко ее можно закачи­вать в пласт без дополнительной очистки. Преимущества трубчатых аппаратов обусловлены их низкой металлоемкостью, простотой мон­тажа, удобством обслуживания. Создание комбинированных аппара­тов предусматривает совместный монтаж трубчатых и объемных элементов в такой комбинации, которая отвечает поставленным тех­нологическим задачам. Например, несколько трубчатых отстойников с каплеобразователями могут быть сблокированы с одним отстойни­ком большого объема и включены в него как в разделительную ем­кость.

Для решения этой проблемы целесообразно использо­вать в качестве аппаратов предварительного сброса воды часть или всю отстойную аппаратуру первой ступени обессоливающих устано­вок, снабженную каплеобразователями.

В последнем случае должно быть достигнуто достаточно глубокое обезвоживание нефти, позво­ляющее осуществить ее обессоливание на последующих ступенях. При этом транспортирование эмульсии с промысла осуществляется по схеме, предусматривающей ее перекачку непосредственно на ус­тановку, минуя резервуары предварительного сброса. Имеющаяся отстойная аппаратура и дренажная система установок в этом случае должны быть пригодны для сброса всего объема воды, поступающей на узел с нефтью. Узел предварительного сброса воды в этом случае из набора промыслового оборудования исключается.

В целом перспективы увеличения производительности от­стойных аппаратов, создания на этой основе блочного малогабарит­ного оборудования для подготовки нефти и воды высокой производитель­ности и низкой металлоемкости, а также получение чистых дренаж­ных вод непосредственно из технологических аппаратов подготовки нефти связаны с соблюдением следующих технологических принци­пов:

— укрупнение капель пластовой воды, вплоть до расслоения потока на нефть и воду в процессе продвижения эмульсии от скважин до отстойной аппаратуры и использование для этих целей промысло­вых систем сбора и встроенных каплеобразователей;

— снижение турбулентности потока по направлению движения эмульсии к отстойной аппаратуре;

— осуществление торцевого распределенного в плане ввода и отбора нефти в отстойных аппаратах;

— обвязка отстойной аппаратуры по схеме возврата дренаж­ных вод в головную часть процесса для первичной очистки и деэмульсации нефти и ее эксплуатация в режиме оптимального контро­ля.

Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть фото Как рассчитывается отстойная аппаратура. Смотреть картинку Как рассчитывается отстойная аппаратура. Картинка про Как рассчитывается отстойная аппаратура. Фото Как рассчитывается отстойная аппаратура

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *