резко снизить скорость потока внутри отстойника (более чем в 300 раз);
сократить протяженность возмущенного потока после отражателя;
совместная работа входных и выходных коллекторов, отсутствие внутренних перегородок обеспечивают горизонтальное движение потока в ламинарном режиме, что позволяет эффективно использовать объем аппарата за счет выравнивания эпюры скоростей по сечению и длине емкостной части отстойника.
. Исходя из теоретических положений для описания коагуляции дисперсных систем, перед горизонтальным емкостным отстойником нефти установлено коалесцирующее устройство с внутренней начинкой в виде регулярной металлической насадки, интенсифицирующей процесс водоотделения путем гидродинамического воздействия на эмульсию. Обвязка коалесцеров позволяет обеспечить возможность их использования при последовательном и параллельном режимах их подключения для обезвоживания нефти в отстойнике до необходимой степени.
. Внедрение выполненных научно-технических и технологических разработок на месторождении Ата Мура позволили вывести установку подготовки нефти на стабильный режим работы. Использование коалесцеров и конструктивные изменения отстойника нефти, усовершенствование ряда технологических процессов позволили получать качественную товарную нефть с параметрами, превышающими экспортные требования. При исходной обводненности нефти 70% и концентрации солей до 162000 мг/л содержание воды в подготовленной нефти снижено до 0,3-0,5%, хлористых солей - до 25-40 мг/л, а мехпримесей - 0,05%.
Улучшено качество подготовленной до требований ГОСТа подтоварной воды, закачиваемой при минимальных давлениях 0,6 МПа в нагнетательные скважины.
Уменьшено количество остаточного растворенного газа в нефти, что позволило продлить эксплуатацию технологических и товарных резервуаров.
Применение
российских технологий и оборудования позволило снизить эксплуатационные затраты
и совместить эксплуатацию российского и западного оборудования для подготовки
товарной нефти высшей категории.
.6
Расчет отстойника
Любой тип сепараторов должен рассчитываться на пропускную способность как по газу, так и по жидкости. Сравнительно легко поддаются расчету вертикальные гравитационные сепараторы и гидроциклонные.
Средняя скорость газа в сепараторе Wгср должна быть несколько меньше расчетной скорости оседания частиц жидкости Wr, определяемой формулой Стокса:
а) при ламинарном режиме осаждения ,когда число Рейнольдса Re =< 1
=
d 2
* (ρж - ρг) * g / 18
/ μг,
м/с(3.6.1)
где:- диаметр оседающей или всплывающей частицы (жидкости, газа), м;
ρж и ρг - соответственно, плотность жидкости и газа в сепараторе, кг/м3;- ускорение свободного падения, м/с2;
μг -
абсолютная вязкость газа, Па*с
б)
при 2 < Re =< 500, формула Аллена= 0.152 * d1.14 * ((ρr - ρг) * g / ρг) 0.71 / υг 0.43
(3.6.2)
в) при Re > 500, формула Ньютона- Ритингера
= 1.75*(d * (ρr - ρг) * g)/ρг)1/2(3.6.3)
Условие осаждения частицы: Wr - Wг > 0(3.6.4)
На практике при расчетах принимается, что Wr =1.2Wг (3.6.5)
Пропускная
способность вертикального сепаратора по газу связана со скоростью газа
следующим уравнением:
V = 86400 * F * Wг
* (P / Po) * (To / T) * (1 / z),(3.6.6)
где: Wг - скорость подъема газа в вертикальном сепараторе, м/сек;- площадь поперечного сечения сепаратора, м;
Р1 и Ро - соответственно давление в сепараторе и нормальное давление (101.3 * 10 3), Па;
Т1 и Т2 - соответственно рабочая температура и нормальная (273 К);- коэффициент сверхсжимаемости газа.
Отсюда:
г
= 5.4 * 10 3 * V * T / D 2 / P * z, м/с(3.6.7)
Подставив уравнения (5.2.4) и (5.2.10) в (5.2.8) получаем:
н 2 * (ρr - ρг) * g / 18 / υг / ρг = 1.2 * 5.4 * 10 3 * V * T * z / D 2 / P
или=
84 * D 2 * P * dн 2
* (ρr - ρг) / z / T /
υг / ρг, м3/сут
(3.6.8)
Расчет вертикальных гравитационных сепараторов по жидкости сводится к выполнению условия, чтобы скорость подъема уровня жидкости Wж в них была меньше скорости всплывания газовых пузырьков, т.е.
ж < Wг (3.6.9)
Скорость всплывания пузырьков газа Wг в жидкости можно определять по формуле Стокса (6.1), заменив в ней динамическую вязкость газа μг на динамическую вязкость жидкости μж.
Учитывая соотношение (6.9), пропускную способность вертикального сепаратора по жидкости можно записать в следующем виде:
ж = Qн / 86400 / F < Wг = d 2 * (ρж - ρг) * g / 18 / μж (3.6.10)
илин
< 86400 * F * d 2
* (ρж - ρг) * g / 18
/ μж (3.6.11)
После подстановки в формулу (5.2.14) величин F = π*D2/4, g = 9.81м/с2, и соотношения Wг = 1.2Wж, получим:
н
= 30803 * D 2 * d2г *(ρж - ρг) / μж,
м3/сут(3.6.12)
При расчете горизонтального гравитационного сепаратора по газу
В условиях горизонтального сепаратора:
н
/ Wг = h / l(6.13)
Где Wн - скорость оседания частиц нефти, м/с;г - скорость газа в сепараторе, м/с;- расстояние по вертикали от верхней образующей до уровня нефти в сепараторе, м; h = (0.5 - 0.55)D;-- длина сепаратора, м
Подставив в (5.2.16) выражения для скоростей (6.1) и (6.7), получаем уравнения для определения пропускной способности по газу:
= 101 * l / h * D 2 * P * d 2 * (ρн - ρг) / (μг * Т * z) , м/с(6.14)
При
расчетах сепараторов на пропускную способность плотность газов в условиях
сепаратора рассчитывается по формуле:
ρг = ρо *(Р / Ро)*
(То / Т) * (1 / z),(6.15)
где: ρо - плотность газа при Н.У., кг/м3;
Р,
Ро - соответственно давление в сепараторе и давление при Н.У.
(Ро
= 0.1013 МПа = 1.033 * 9.81 * 10 4 Па);
Т, То - соответственно абсолютная температура в сепараторе, и абсолютная нормальная температура (273 К).
Для нашего случая: 1. При прохождении нефтегазовой смеси через штуцер в сепараторе образуются капли нефти диаметром 30 мкм. Смесь находится под давлением 2 МПа при 293 К.
Найти скорость осаждения капель нефти (Wн ) и определить пропускную способность вертикального гравитационного сепаратора по газу, если его диаметр 0.9м, ρн = 800 кг/м3 ρог = 1.21 кг/м3, Z = 1, μг = 0.000012 Па*с (вязкость газа в рабочих условиях).
Дано: D = 0.9 м, P = 2 МПа, T = 293 К, Z = 1, d = 30 мкм, ρн = 800 кг/м3, ρо = 1.21 кг/м3, μг = 0.000012 Па*
Определим
плотность газа в условиях сепаратора:
ρг
= ρо
* P / Po * To / T * 1 / Z = 1.21*2/0.1013*273/293*1 = 21.8 кг/м3
Рассчитаем скорость осаждения капли нефти заданного диаметра:
н = dн 2 * (ρн-ρг) * g / 18 / μг = (30 * 10 -6) 2 * (800-21.8)*9.81/18/0.000012 = 0.0318 м/c
Рассчитать пропускную способность сепаратора по газу можно по нескольким формулам (6.6, 6.8). Для (6.6) необходимо знать скорость газа. Поскольку должно выполняться условие Wн = 1.2*Wг, чтобы происходило осаждение капель нефти, отсюда
г
= Wн / 1.2 = 0.0318/1.2 = 0.0265 м/сек
Пропускная
способность по газу:
V = 86400 * π
* D 2 / 4 * Wг
* P / Po * To / T * 1 / Z = 86400 * 3 / 14 * 0.9 2 / 4 * 0 / 0265 * 2 * 10 6 * 273
/ 1.033 / 9.81 / 10 4 / 293 / 1 = 267.71 м3/сут
2. Для вертикального сепаратора пропускная способность по газу вертикального сепаратора диаметром 0.8 м равна 5*104 м3/сут. Установить, будет ли происходить оседание капель нефти диаметром 80 мкм в потоке газа, если давление в сепараторе 4 МПа, температура 300 К, плотность нефти 780 кг/м3, плотность газа ( при Н.У.) 1.20 кг/м3, вязкость газа в рабочих условиях 0.000012 Па*с (кг/м3), Z = 0.7.
Дано: D = 0.8 м, P = 4 МПа, T = 300 К, Z = 0.7, dн = 80 мкм; ρн = 780 кг/м3; ρо = 1.20 кг/м3; μг = 0.000012 Па*с;
Условием осаждения капель нефти является: Wн > Wг
Определим скорость газа:
г
= V / S / 86400 * Po / P * T / To * Z = 5.4 * 10 -3 * V * T * Z / D 2 / P = 5.4
* 10 -3 * 5 * 10 4 * 300 * 0.7 / 0.8 2 / 4 / 10 6 = 0.021 м/с
Определим скорость оседания частицы (капли нефти) по формуле Стокса:
н = dн 2 * (ρн - ρг) * g / 18 / μг,
где ρг = ρо * P / Po * To / T * 1 / Z = 1.2 * 4 * 10 6 / 1.033 / 9.81 / 10 4 * 273 / 300 / 0.7 =0.6158 * 10 2 = 61.58 кг/м3
Wг
= (80 * 10 -6) 2 * (780 - 61.58) * 9.81 / 18 / 0.000012 / 10 -3 = 0.2088 м/с
Сравним скорость частицы и скорость газа:
н
= 0.2088 м/с, Wг = 0.0221 м/с, Wн / Wг = 9.45
Если частица нефти заданного диаметра не осаждается при данных параметрах режима сепаратора, то рассчитайте:
а) величину давления сепарации, при котором частица заданного диаметра будет осаждаться;
б) минимальный диаметр частицы, которая будет осаждаться в заданных условиях
.Через вертикальный сепаратор диаметром 0.9 м проходит нефть вязкостью 10 сП (10*10-3 Па*с) и плотностью 0.8 г/см3 в количестве 200 т/сут. Определить скорость подъема уровня нефти в сепараторе (без учета времени, затрачиваемого на сброс) и диаметр пузырьков газа, которые поднимутся при этой скорости. В сепараторе поддерживается режим: давление 1.962 МПа (20 кГс/см2), температура 300 К, плотность газа 21.8 кг/см3.
Дано: D = 0.9 м, μн = 10 сП, T = 300 К, Р = 1.962 МПа, ρн = 0.8 г/см3, ρг = 21.8 кг/м3, G = 200 т/сут;
Условием всплытия пузырьков газа: Wн < Wг
Определяем скорость подъема уровня нефти:
н = Q / 86400 / S = G / 86400 / S / ρн = 200 * 10 3 * 4 / 86400 / 3.14 / 0.9 2 / 800 = 0.00455 м/с
Скорость подъема пузырьков газа должна превышать скорость подъема уровня нефти в 1.2 раза. Отсюда:
г
= 1.2 * Wн = 1.2 * 0.00455 = 0.00546 м/с
Диаметр пузырьков газа, которые поднимутся при данной скорости подъема уровня нефти, рассчитываем из формулы Стокса:
г
= 2√(18 * μн * Wг / (ρн - ρг) / g) = 2√
(18 * 10 * 10 -3 * 5.46 * 10 -3 / (800 - 21.8) / 9.81) = 3.59 * 10 -4 (м) =
0.36 мм
.Определим производительность горизонтального сепаратора по газу, если его диаметр равен 0.9 м, длина 4.5 м. Расстояние от верхней образующей до уровня нефти 0.45 м. Рабочее давление 10 кгс/см2, температура 300 К. Капельки нефти, оседающие в потоке газа, имеют диаметр 25 мкм, относительная плотность газа по воздуху ρ' = 0.95, вязкость газа 0.000011 Па*с, Z = 0.95; плотность нефти 780 кг/м3, плотность воздуха (при С.У.) 1.205 кг/м3.
Дано: D = 0.9 м, Р = 10 кгс/см2, l = 4.5 м, ρн = 780 кг/м3, T = 300 К, ρв = 1.205 кг/м3 h = 0.45 м, dн = 25 мкм, Z = 0.95, ρ' = 0.95, μг = 0.000011 Па*с;
ρо = ρ' *
ρв
= 0.95 * 1.205 = 1.145 кг/м3
:
Определим плотность газа в рабочих условиях:
ρг = ρо * (Р /
Ро)* (То / Т) * (1 / Z) = 10.6 кг/м3
Определим
производительность:= 101 * 4.5 / 0.45 * 0.9 2 * 9.81 * 10 5 * (25 * 10 -6) 2 *
(780-10.6) / 0.000011 / 300 / 0.95 = 121884.5 м3/сут
4.
ОХРАНА ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
.1
Охрана труда
Для сбора, хранения и транспортировки нефти и газа применяют сепараторы, резервуары, резервуары-сборники, товарные резервуары, насосы, нефтепроводы и газопроводы.
Установка гидроциклонного типа состоит из гидроциклонов с винтовой технологической емкости и горизонтального гравитационного сепаратора. При обслуживании гравитационных и гидроциклонных сепараторов возможны следующие опасные моменты:
а) повышение давления сверх допустимого разрыв сепараторов при отсутствии или неправильном регулировании предохранительного клапана;
б) образование взрывной среды около сепараторов;
в) возможно падение рабочих с высоты при отсутствии устройств, позволяющих безопасно проводить ремонтно-монтажные работы;
г) загрязнение территории около сепараторов нефтью и связи с этим опасность пожара.
При обслуживании нефте- и газопроводов возможны опасные моменты с образованием взрывоопасных смесей, а также отравление при вдыхании нефтяных паров и газов, особенно содержащих сероводород. Трудоемки и опасны работы по очистке нефтепроводов от песка и парафина. Особенно опасна очистка нефтепроводов, перекачивающих сернистую нефть, так как газы, выделяющиеся из очищаемого трубопровода и удаленных остатков, вредно действуют на организм.
Сепараторы
Для безопасности работы по обслуживанию сепараторов необходимо соблюдать следующие требования: устраивать, устанавливать, освидетельствовать, эксплуатировать сепараторы как сосуды, работающие под давлением, необходимо в соответствии с правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением.
Сепараторы должны быть оборудованы предохранительным клапаном, установленным с расчетом обеспечения удобства обслуживания и наблюдения за ним, снабженным выкидом с отводом, направляющим струю газа вверх.
Для спуска жидкости предусматривают автоматически действующее устройства и открываемую вручную задвижку на отводной линии на случай порчи устройства.
Сепаратор должен иметь манометр для измерения давления, снабженный трехходовым краном и указателем уровня. На верху сепаратора устраивают площадку и лестницу для обслуживания и ремонтных работ.
При обслуживании сепараторов необходимо выполнять определенные правила. Перед подключением скважины к сепаратору, а также эксплуатации сепаратора необходимо проверить исправность установленных на нем предохранительных клапанов, манометра, автоматического устройства для спуска жидкости. В зимнее время клапан нужно утеплить чтобы тарелка клапана не перемерзла к седлу. Регулировать предохранительный клапан следует на стенде. Для предотвращения аварий и несчастных случаев при подключении скважины к сепаратору и отключении ее необходимо соблюдать установленный порядок открывания и закрывания задвижек.
Особое внимание должно быть обращено на герметичность сепараторов и задвижек, так как даже небольшой пропуск в их корпусе или сальнике задвижек пожароопасен, а выделяющийся через неплотности нефтяной газ вреден для здоровья. При необходимости внутреннего осмотра или ремонта сепаратор должен быть изолирован от трубопроводов заглушками, продут до полного удаления газа, после чего очищен от остатков нефти и газа. Содержание газа аппарате проверяют газоанализатором, индикатором или химическим анализом пробы. При опасности пирофорных отложений в сепараторе (в случае сернистой нефти) для предотвращения самовозгорания их перед чисткой сепаратора следует заполнить его водяным паром или водой и продолжать смачивание в процессе чистки. Перед огневыми работами в сепараторе помимо указанных мероприятий, сепаратор должен быть промыт и пропарен, а порядок проведения работ согласован с пожарной охраной. Чтобы жидкость не попадала в газовую смесь лишь по отсутствии или неисправности автоматического устройства, сепаратор следует регулярно промывать вручную.
На нефтепроводе, имеющим самотек в сторону резервуара, должна быть установлена задвижка на расстоянии не менее 100м и не дальше 500м от обвалования резервуарного парка или отдельно стоящего резервуара. При обслуживании резервуаров необходимо строго соблюдать правила безопасности и противопожарные норм. оборудование резервуаров должно удовлетворять следующим требованием: крыша резервуара должна быть герметичной с механическим (детальными) и гидравлическими (предохранительным) клапанами.
Техника безопасности при работе с установками подготовки нефти и газа
В связи с выделением нефтяных паров и газов и колодцев промышленную канализацию необходимо устраивать закрытого типа. Промышленные сточные воды направлять только в нефтеловушки.
Разрывы оборудования, трубопроводов могут произойти при превышении допустимого давления вследствие регулирования или неисправности их, повреждений или ошибочном закрытии задвижек после аппаратов. Опасность отравления и химического ожога возникает при использовании в качестве деэмульгаторов диссолвана, щелочи и черного контакта. Дисолван ядовит и огнеопасен. Обычно в качестве щелочи применяют едкий натрий, который при попадании на кожу вызывает ожоги. Особенно опасно попадание его в глаза.
Основной опасностью при обслуживании электродегидраторов является опасность поражение электрическим током. Поражение электрическим током может произойти при подъеме наверх электродегидратора до его отключения от электрической сети, выполнения каких-либо работ на электродегидраторе, находящимся по напряжением. При подачи в Электродегидратор нефти с температурой выше допустимой возникает опасность разрушение изоляторов, что может привести к короткому замыканию в электродегидраторе, взрыву и разрыву аппарата при наличии верхней части его паров нефти. Во избежание разрушение изоляторов в электродегидраторе необходимо следить за температурой, подаваемой в него нефти. При пробое (разрушений) изолятора следует немедленно снять напряжения с электродегидратора (осмотр контактов заземляющих устройств, смена сигнальных ламп и другое), а так же подъем наверх электродегидратора необходимо выполнять только после снятия напряжения. Верхняя площадка, на которой расположен трансформаторы и реактивные катушки, должна иметь сетчатое или решетчатое ограждение. На ограждении необходимо вывешивать предупредительный плакат «Высокое напряжение», «Опасно для жизни». В случае пожара или аварии на установки напряжение в электродегидраторе должно быть немедленно снято. Тушить пожар следует с помощью углекислотных огнетушителей. При обслуживании трубчатых печей возникает опасность ожога пламенем, горячей нефтью, паром, от взрыва, пожара, а также отравление парами нефти, особенно содержащий сероводородов.