Смеситель для нефти с водой

Извлекаемая из нефтяных скважин жидкость представляет сложную смесь, состоящая из нефти, попутного нефтяного газа, воды и механических примесей. Наличие минеральных солей в нефти вызывает сильную коррозию нефтеперекачивающего и нефтеперерабатывающего оборудования, трубопроводов, повышает устойчивость эмульсий и затрудняет переработку нефти. Содержание солей в нефти обычно составляет 300–600 мг/л, но иногда достигает 2000–3000 мг/л, в отдельных случаях доходит до 0,4–0,3 %.

Отложение хлористых солей, как правило, происходит на внутренней поверхности трубопроводов и теплообменников, на контактных устройствах колонного оборудования. В змеевиках нагревательных печей и теплообменниках растворенные в воде соли выделяются в основном при испарении воды, при этом часть выкристаллизовавшихся солей прилипает к горячей поверхности, оседая на ней в виде прочной корки. В процессе работы эти соляные корки отламываются под воздействием потока нефти и воды, далее осаждаются в застойных зонах трубопровода, в емкостных и колонных аппаратах. Отложение солей в трубопроводах уменьшает их проходное сечение, повышает гидравлическое сопротивление и снижает их пропускную способность.

Таким образом, подготовка нефти на промыслах необходима не только для обеспечения определенных показателей качества сырья для переработки на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях, но и для создания таких условий, при которых вредные компоненты в нефти не будут оказывать серьезного отрицательного влияния на срок службы емкостного и насосного оборудования нефтепромыслов, магистральных нефтепроводов [8, 9].

Подготовка нефти на промыслах занимает одно из важных положений среди процессов, связанных с добычей, сбором и транспортированием товарной нефти на нефтеперерабатывающие заводы или на экспорт. Эффективность и надежность работы магистральных трубопроводов, резервуарных парков и насосного оборудования также зависит от качества подготовленной нефти.

По литературным данным известно, что снижение содержания хлористых солей в нефти с 40–50 до 8–10 мг/л позволяет до 1,5 раза увеличить продолжительность работы установок подготовки, хранения и перекачки нефти, а также снизить требования к выбору материалов для изготовления аппаратуры.

Одним из способов увеличения глубины обессоливания нефти является интенсификация ее промывки с водой. Это возможно в таких аппаратах, как статические смесители. Высокая степень диспергирования воды в нефти в статических смесителях достигается турбулизацией и смешением двух жидкостей за счет особой конструкции аппарата.

Основная причина широкого распространения статических смесителей в процессах подготовки нефти заключается в их простоте конструкции, низкой стоимости, отсутствии движущихся частей и безопасности эксплуатации.

На сегодняшний день статические смесители представлены различными конструкциями. Широкое распространение для гомогенизации жидкостей получили статические смесители с насадочными устройствами, работа которых основана на особой геометрии смесительных элементов. Неоднородный поток, попадая на смесительные элементы, многократно рассеивается на отдельные струи, которые впоследствии рассеиваются. В качестве насадок используются кольца Рашига, фирменные насадки Sulzer и т.д.

Несмотря на высокую эффективность при различных значениях числа Рейнольдса, применение статических смесителей с насадкой нежелательно при смешении сырой нефти и воды из-за возможного загрязнения, высокого гидравлического сопротивления [6].

На рис. 1 приведены фотографии статического смесителя для обессоливания нефти, на которых видно засорение посторонними включениями. Существующие традиционные гидродинамические способы и устройства для диспергирования промывочной воды в нефть в процессах обессоливания нефти: смесительные клапаны, задвижки и др., плохо управляемы, образуют грубодисперсные эмульсии и требуют большого перепада давления между жидкостями, что приводит к низкой эффективности перемешивания и большому расходу промывочной воды.

Рис. 1. Фотографии статического смесителя

В последнее время широкое распространение получили струйные гидродинамические смесители особой конструкции, где с целью повышения эффективности смешения осуществляют встречное контактирование воды и нефти [4, 5, 7].

Бурное развитие вычислительных мощностей персональных компьютеров и разработка современных программных комплексов в последние десятилетия позволяет проводить исследования сложных химико-технологических процессов посредством математического моделирования. Для оптимизации работы статических смесителей исследователи широко применяют CFD-анализ. Современные пакеты CFD-анализа позволяют моделировать процесс с высокой точностью как однофазные, так и многофазные потоки при различных режимах течения [1–3]. Использование мощных вычислительных комплексов и программных средств позволяет существенно сократить время и материальные ресурсы на разработку современных высокоэффективных статических смесителей нефти с водой и другими реагентами для процесса подготовки нефти.

Поэтому в настоящее время задача создания эффективных смесителей нефти с промывной водой с использованием современных инженерных методов расчета является актуальной.

С этой целью проводилось моделирование работы статического смесителя с закручивающим устройством использованием программного комплекса ANSYSCFX. Двухфазное течение жидкости описывалось Эйлер-Эйлеровским методом (Eulerian-Eulerianmethod).

На рис. 2 приведена компьютерная модель смесителя и схемы движения потоков.

Рис. 2. Схема движения потоков нефти и воды в модели смесителя

Встречное контактирование потоков нефти и воды реализовано как в струйном гидродинамическом смесителе, описанном в литературе [4, 5, 7]. Конструкция смесителя предусматривает дополнительную турбулизацию потока нефти в закручивающем устройстве (рис. 3).

Рис. 3. Струйный гидродинамический смеситель с закручивающим устройством

Устройство работает следующим образом: нефть закручивается в закручивающем устройстве с тангенциальными соплами, закрученная струя расширяется в диффузоре и соударяется со струей пресной воды, подаваемой из распылительных сопел, расположенных соосно с закручивающим устройством. Встречное соударение закрученной струи нефти и струи пресной воды способствует хорошей диспергации воды в нефти.

По результатам моделирования были получены поля распределения объемной доли нефти в водонефтяном потоке и генерации турбулентной энергии.

Численный анализ устройства показал достаточно хорошее перемешивание потоков нефти и воды (рис. 4). Средняя генерация турбулентной энергии почти в 100 раз выше, чем в статических смесителях без закручивающего устройства, и равна 0,46 Дж/кг (рис. 5).

Рис. 4. Распределение объемной доли нефти в водонефтяном потоке в смесителе с закручивающим устройством

Рис. 5. Генерация турбулентной энергии в аппарате с закручивающим устройством

На основе данных моделирования процесса при различных режимах использованием пакета CFD-анализа была разработана конструкция высокоэффективного статического смесителя нефти с водой для процесса обессоливания нефти.

С целью определения эффективности работы струйного гидравлического смесителя (нефть – вода) и достижения интенсивного перемешивания нефти с промывочной водой для эффективного обессоливания нефти в рамках опытно-промышленного испытания (ОПИ) нами были изготовлены и смонтированы смесители на первой и второй ступенях обессоливания установки подготовки высокосернистой нефти, производительностью 3500 тонн в сутки. На установке перерабатывают нефть (смесь девон и карбон) из более 20 различных скважин. Схема установки смесителей приведена на рис. 6.

Рис. 6. Схема установки смесителя перед электродегидраторами

Необходимость проведения опытно-промышленных испытаний (ОПИ) вызвало недостаточное обессоливание нефти в процессе подготовки нефти по существующей технологии. Остаточное содержание солей в товарной нефти составляло более 100 мг/л, что превышало допустимую норму для первой группы нефти, при условии подачи промывной воды более 10 % на нефть.

Несмотря на постоянное изменение содержания солей в нефти в течение суток в несколько раз (от 350 до 4000 мг/л) за счет использования нового смесителя, достигнуто 15–40 кратное уменьшение содержания солей в товарной нефти.

В процессе проведения ОПИ было достигнуто содержание солей в нефти на выходе из электродегидратора второй ступени менее 50 мг/л при значении содержания солей в исходной нефти 350–2000 мг/л. При этом расход воды составил 5–7 % на нефть. Кроме этого, использование в смесителях закручивающих устройств для нефти и воды, эффективной диспергации смешиваемых потоков, за счет использования центробежной силы удалось достичь снижения остаточного содержания воды в товарной нефти с 0,20–0,35 до 0,09–0,15 %.

В ходе проведения ОПИ струйный гидравлический смеситель показал высокую эффективность работы по сравнению с существующими смесителями даже в нестационарных режимных условиях. Смеситель обеспечивает: интенсивное перемешивания нефти с промывочной водой и эффективное обессоливание нефти; снижение удельного расхода электроэнергии за счет уменьшения объема рециркуляции дренажей внутри установки; увеличение производительности установки подготовки нефти на 40–45 %.

Источник

Смесители

Статические смесители ПР по ТУ 3667-003-33883316-02

ПР-1

ПР-2

Статические смесители ПР-1, ПР-2, ПР-3, ПР-4 предназначены для перемешивания потока многокомпонентной среды в радиальном и продольном направлениях в трубопроводах диаметром Ду 40-1200 мм. Смешиваемые компоненты могут быть сформированы в единый поток до смесителя или на входе в смеситель с использованием регулируемых по расходу и давлению вводных (диспергирующих) устройств. Применяются в самых различных областях промышленности и производствах, например, — нефтяной, нефтехимической, химической, пищевой, подготовке воды и др. В нефтяной промышленности перемешивание потока нефти осуществляют, например, для повышения эффективности/точности работы пробозаборных устройств, поточных анализаторов качества (поточных средств измерений параметров потока), в технологии обессоливания при смешении пресной промывочной воды с нефтью, для смешения химреагентов (деэмульгаторы, ингибиторы коррозии и солеотложений, средства, понижающие вязкость потока и др.).

Модификация смесителя ПР-4 позволяет осуществлять процесс перемешивание потока с регулируемой интенсивностью.

Смесители ПР монтируются на горизонтальных или вертикальных участках трубопровода, участках трубопровода с изменением направления или скорости движения потока с использованием фланцевых соединений или приваркой встык к трубопроводу.

Отличительные признаки, характеризующие более высокую технологичность смесителей ПР, обеспечивающие его преимущества перед отечественными и зарубежными аналогами:

высокая интенсивность перемешивания при минимальных затратах энергии потока;
взаимозаменяемость и расширение при этом функциональных возможностей смесителей модификаций ПР-1, ПР-2, ПР-3 за счет комплектации дополнительными съемными смесительными элементами, — устранение неоднородности потока в поперечном сечении и продольном направлении трубопровода, применение смесителя в качестве депульсатора;
применение специальных диспергирующих устройств ввода компонентов по ТУ 3667-005-33883316-02 при объединении потоков различных сред для их растворения или диспергирования и перемешивания;

Установка (ПР-3) на ограниченных по длине участках трубопровода, — актуально для существующих узлов учета нефти, для трубопроводов диаметром 40-1200 мм;

возможность регулирования интенсивности перемешивания при изменении расхода потока в трубопроводе (модификация ПР-4);
минимальная подверженность засорению в процессе эксплуатации;
индивидуальное изготовление устройства по рабочим параметрам трубопровода (опросный лист) при обеспечении компактности, удобства в обслуживании и снижение веса;
срок службы устройства определяется Заказчиком из ряда: не менее 10, 20, 30 или более лет.

На рис.1 приведены частные случаи изготовления смесителя ПР-1.

Рис. 1. Частные случаи изготовления смесителя ПР-1 для подготовки потока нефти в трубопроводе перед отбором проб: — варианты, а) и б) соответственно – односекционный и трехсекционный с трубой для установки пробозаборного устройства; вариант в), — односекционный смеситель с пробозаборной трубкой по ГОСТ 2517-2012 на трубопровод Ду 40-50 мм.

Примечание – Для смесителя ПР-1 по варианту 1в) используется обозначение Д-1-40 для трубопровода на Ду 40 мм и Д-1-50 для трубопровода на Ду 50 мм.

На рис.2 приведены частные случаи изготовления смесителя ПР-2.

Рис.2. Частные случаи изготовления смесителя ПР-2, — а) и в), — соответственно односекционный и трехсекционный; б) – односекционный со струевыпрямителем.

На рис.3 показан частный случай изготовления смесителя ПР-3.

Смеситель ПР-4 с изменяемой конфигурацией смесительного элемента может быть изготовлен согласно рис.1-3 либо с применением ручного или электрического привода.

Параметры смесителя определяются по рабочим параметрам трубопровода согласно опросного листа.

Основные характеристики смесителей ПР-1, ПР-2, ПР-3, ПР-4:

1. Условное давление, МПа, не более

2. Температура рабочей среды, о С

3. Плотность жидкой фазы рабочей среды, кг/ м 3

4. Массовая доля механических примесей в жидкой фазе рабочей среды, %, не более

5. Кинематическая вязкость жидкой фазы рабочей среды, сСт, не более

6. Длина односекционного смесителя без струевыпрямителя или отрезка трубы для установки пробозаборного устройства, не более, мм (D — диаметр трубопровода)

7. Рабочая среда и условный диаметр трубопровода

Нефть, газ, нефтепродукты, вода, композиции фаз жидкостей и газа из трубопроводов Ду 40-1200 мм

8. Температура окружающей среды, о С

9. Присоединительные размеры, НД

ГОСТ 33259-2015, ASME B16.5

10. Масса, кг, не более

11. Перепад давления односекционного смесителя, МПа, не более

0.01-0.03 или иного значения, указываемого Заказчиком или задачи перемешивания

12. Средний срок службы, лет

* Параметры изделия могут быть изменены в зависимости от физико-химических свойств нефти.

Дополнительная комплектация согласовывается с Заказчиком.

Источник

Смеситель для нефти с водой

Комплектация

Смесители (СМ)

Назначение

Общий вид

Характеристики

Состав оборудования

Обозначение