Характеристика пластовой воды
Пластовыми называют воды, приуроченные к продуктивным пластам нефтяного месторождения. Пластовые воды оказывают непосредственное влияние на процессы извлечения нефти.
Как правило, пластовые воды нефтяных месторождений представляют собой сложные растворы, в состав которых входят неорганические соли, газы, растворимые в воде органические вещества. Среди растворенных в пластовой воде веществ, преобладают органические соли: хлориды, сульфаты и карбонаты щелочных и щелочноземельных металлов. В составе растворенного в пластовой воде газа преобладает метан.
Общее содержание в воде растворенных солей принято называть минерализацией. Общая минерализация, газосодержащие температура и давление оказывают наиболее существенное влияние на все физические свойства пластовых вод.
Общая минерализация воды составляет 16 545,44 мг/дм3, плотность – 1,0009 г/см3.
Таблица 3.1
Химический состав и свойства пластовой воды
| Ионы | Na+ +K+ | Ca2+ | Mg2+ | Cl- | HCO3- | CO2 | Feобщ. | Общая жесткость, мг экв./ дм3 |
| Содержание, мг/дм3 | 5294,6 | 861,7 | 145,9 | 317,2 | 29,92 | 2,79 |
Для отделения пластовой воды от нефти используется химический метод обработки нефтяной эмульсии деэмульгаторами, которые ослабляют структурно-механическую прочность слоев, обволакивающих каплю воды, и способствуют более глубокому расслоению эмульсии. Расход деэмульгаторов устанавливается на основании рекомендаций производителя, научных организаций, испытывающих реагент в лабораторных и промысловых условиях и опыта применения реагента.
Таким образом, зная свойства горючего обращающегося в технологическом процессе, даже физические, можно оценить их пожаровзрывоопасность, в какой-то мере и на основании этого предложить некоторые профилактические мероприятия, снижающих пожарную опасность, в частности:
- монтаж устройства, ограничивающие свободный выход горючей паровоздушной смеси наружу;
- необходимость предусмотрения свободного объема в стальных вертикальных резервуарах из-за свойства нефтепродукта к расширению;
- размещать резервуары на ровных площадках;
- соблюдать осторожность при интенсивном прогреве РВС с наличием там воды (температура кипения которой ниже, чем у нефти) способной вскипать, находясь под слоем нефтепродукта, и «выбрасывать» его из резервуара на значительные расстояния, угрожая соседним стальным вертикальным, наземным резервуарам, оборудованию и территории разливом, новыми очагами пожара.
3.2. Оценка возможности образования горючей среды внутри аппаратов
Для проверки условий образования взрывоопасных концентраций в аппаратах составляем таблицу оценки пожаровзрывоопасности среды внутри аппаратов (таблица 3.2).
Таблица 3.2
Оценка пожаровзрывоопасности среды внутри аппаратов
| № п/п. | Наименование аппарата и вид жидкости | Наличие паровоздуш- ного пространства | Рабочая температура оС | Температурные пределы воспламенения | Заключение | |
| tн-10 0С | tв+15 0С | |||||
| Буфер–сепаратор (аварийный сепаратор сырой нефти); | нет | От (+ 7)°С до (+14)°С | - 30°С | 95°С | Пожарная опасность отсутствует т.к. ВОС не образуется | |
| Печь нагрева нефти ПТБ-10А | нет | От (+ 40)°С до (+60)°С | - 30°С | 95°С | Пожарная опасность отсутствует т.к. ВОС не образуется | |
| Газосепаратор СГ-1 | нет | От (+ 40)°С до (+50)°С | - 30°С | 95°С | Пожарная опасность отсутствует т.к. ВОС не образуется | |
| Отстойник О-1 | нет | 25°С | - 30°С | 95°С | Пожарная опасность отсутствует т.к. ВОС не образуется | |
| Электродегидратор ЭГ-1 | нет | 25°С | - 30°С | 95°С | Пожарная опасность отсутствует т.к. ВОС не образуется | |
| Концевая сепарационная установку КСУ | нет | +40°С | - 30°С | 95°С | Пожарная опасность отсутствует т.к. ВОС не образуется | |
| Резервуар РВС-10 000 м3 | есть | +25°С | - 30°С | 95°С | Пожарная опасность присутству-ет (паровоз-душное простран-ство имеется) |
Таким образом, принимая во внимание, что рассматриваемая установка не имеет вакуумно-технологического оборудования и вакуумных аппаратов, а так же проверив условие образования взрывоопасных (горючих) концентраций паров в закрытых аппаратах и емкостях с жидкостями, делаем вывод, взрывоопасная среда внутри аппаратов образуется только в резервуаре для хранения нефти, исходя из данной проверки дальнейшему рассмотрению будет подлежать резервуарный парк.
Резервуары и ёмкости с горючими жидкостями обычно не бывают заполнены до предела, то есть имеют определённый свободный объём. Так как жидкости имеют свойство испаряться при любой температуре, то свободное пространство закрытых аппаратов постепенно насыщается парами.
Таким образом, если концентрация паров в газовом пространстве достигает состояния насыщения, горючесть паровоздушной среды оценивается по температурным пределам воспламенения, следующим соотношением:
 | (3.1) | ||||||
| где | tр | - | рабочая температура жидкости в аппарате, °С; | ||||
| tНТПРП | - | нижний температурный предел воспламенения жидкости, °С; | |||||
| tВТПРП | - | верхний температурный предел воспламенения жидкости, °С. | |||||
Для зимнего периода:
взрывоопасная концентрация (ВОК) образуется.
Для летнего периода:
ВОК не образуется.
Эти условия справедливы для оценки возможности образования горючей концентрации в аппаратах с неподвижным уровнем жидкости (например, аппараты непрерывного действия, аппараты периодического действия при их заполнении), когда в них образуется насыщенная концентрация паров жидкости. Но при опорожнении аппаратов периодического действия концентрация паров в их свободном пространстве уменьшается за счет поступления воздуха через дыхательную арматуру. В этом случае оценку горючести среды по температурным пределам воспламенения проводить нельзя.
Условия образования горючих (взрывоопасных концентраций) производственных аппаратов с переменным уровнем жидкости в том случае, если в них попадает воздух или по условиям технологического процесса подается окислитель определяют из выражения:
| φнкпрп ≤ φр ≤ φвкпрп, | (3.2) | ||||||
| где | φр | - | фактическая (рабочая) концентрация горючего вещества, об доли (кг/м3); | ||||
| φнкпрп, | - | нижний концентрационный предел распространения пламени при рабочей температуре, об доли (кг/м3); | |||||
| φвкпрп | - | верхний концентрационный предел распространения пламени при рабочей температуре, об доли (кг/м3). | |||||
Концентрация в паровоздушном пространстве аппаратов с горючими однородными и неоднородными жидкостями близка к концентрации насыщенного пара.
Концентрация насыщенного пара φs при рабочей температуре жидкости определяется величиной давления насыщенного пара и общего давления в объеме паровоздушного пространства аппарата по формуле:
 | (3.3) | ||||||
| где | Рр | - | рабочее давление паровоздушной смеси в аппарате (абсолютное давление в герметичном аппарате или барометрическое давление Рбар в «дышащем» аппарате), Па.  Па – давление при нормальных физических условиях (  Па или  760 мм.рт.ст.); | ||||
| PS | - | давление насыщенного пара жидкости при рабочей температуре, Па. | |||||
Интервал рабочих температур tр примем за температуру окружающего воздуха от минус 50 до 40°С приняв ее за температуру нефтепродукта.
Для обеспечения пожаровзрывобезопасности процессов производства, переработки, хранения и транспортирования веществ и материалов необходимо данные о показателях пожаровзрывоопасности веществ и материалов использовать с коэффициентами безопасности. Так, взрывобезопасные условия эксплуатации аппаратов с горючими газами и перегретыми парами согласно ГОСТ 12.1.044-89 [7] определяют из выражений:
 | (3.4) | ||||||
| или | |||||||
 , | (3.5) | ||||||
| где | φр.без | - | взрывобезопасная концентрация горючего вещества в газопаровоздушной смеси, об. доли (кг/м3); | ||||
| φнкпрп, | - | нижний концентрационный предел распространения пламени, об. доли (кг/м3); | |||||
| φвкпрп | - | верхний концентрационный предел распространения пламени, об. доли (кг/м3). | |||||
Для нефтепродуктов давление насыщенных паров в кПа, можно определить по формуле В.П. Сучкова [13]:
 , | (3.6) | ||||||
| где | tвсп | - | температура вспышки, °С. | ||||
Для температуры минус 36°С:
Для температуры минус 30°С:
Для температуры минус 20°С:
Для температуры минус 10°С:
Для температуры 0°С:
Для температуры плюс 10°С:
Для температуры плюс 20°С:
Для температуры плюс 30°С:
Для температуры плюс 42°С:
Полученные результаты сведем в таблицу 3.3 и построим график.
Таблица 3.3
Сводные данные расчета концентрации паров нефти
| tp, 0С | Ps, кПа | φр, % |
| –36 | 1,93 | 1,9 |
| –30 | 2,57 | 2,54 |
| –20 | 4,01 | 3,95 |
| –10 | 6,25 | 6,16 |
| 9,73 | 9,6 | |
| 15,15 | 14,95 | |
| 23,59 | 23,29 | |
| 36,75 | 36,27 | |
| 59,4 | 58,63 |
Рисунок 3.1. Зависимость концентрации насыщенных паров от температуры.
Взрывобезопасные условия эксплуатации аппаратов определяется только из выражения (3.4; 3.5), так как в процессе эксплуатации при снижении уровня продукта или температуры окружающей среды в аппараты через дыхательные устройства поступает воздух, что приводит к разбавлению «богатых» смесей φ0 > φв и образованию ВОК.
Сопоставив полученные значения концентраций паров нефти со значениями безопасных концентраций горючего вещества по таблице 3.3 и рисунку 3.1 видно, что условие пожаровзрывобезопасности не будет выполнено в температурном интервале от минус 36°С до минус 17°С. Такие температуры более характерны для данной местности, зимой.
3.3. Оценка возможности образования горючей среды на открытых технологических площадках
Резервуары по условиям работы относятся к «дышащему» технологическому оборудованию, так как для нормальной эксплуатации требуется сообщение их внутреннего объема с окружающей средой. Сообщение паров жидкости с атмосферой происходит через дыхательную арматуру в результате так называемых «малых» и «больших» дыханий и обратного выхода.
«Большое дыхание» – это вытеснение паров наружу (или подсос воздуха внутрь) при изменении уровня жидкости в аппарате.
«Малое дыхание» – это вытеснение паров наружу (или подсос воздуха внутрь аппарата), связанное с изменением температуры газового пространства под влиянием изменения температуры среды.
«Обратный выдох» – это вытеснение паров наружу, вызываемое насыщением газового пространства парами жидкости после опорожнения резервуара.
К дыхательной арматуре относится, среди главных элементов, дыхательные клапаны, которые герметизируют газовое пространство резервуара при неподвижном уровне жидкости, предотвращая потери паров жидкости от выветривания, и предохранительные клапаны, устанавливаемые для повышения надежности и безопасности процессов дыхания, срабатывающие при предельно допустимых значениях вакуума или давления в случае отказа в работе дыхательных клапанов или их недостаточной пропускной способности.
Один из нескольких типов дыхательных клапанов изображен на рисунке 3.2. Основные вопросы их конструирования связаны с обеспечением оптимальных условий работы клапана на «вдох» и «выдох». При достижении на затворе расчетного перепада давления, определяемого массой груза и площадью седла, тарелка поднимается над седлом и открывает проходное сечение клапана, соединяя резервуар с атмосферой. Основной расчетной величиной является масса тарелки определяемая формулой:
| М = F × Р, | (3.7) | ||||||
| где | М | - | масса тарелки, кг; | ||||
| F | - | площадь сечения седла, м2; | |||||
| Р | - | давление или вакуум срабатывания, Па. | |||||
Рисунок 3.2. Общий вид клапана непримерзающего дыхательного мембранного НДКМ: 1 – корпус клапана; 2 – корпус нижний в сборе; 3 – мембрана нижняя в сборе; 4 – диафрагма верхняя; 5 – грибок; 6 – огнепреграждающий элемент; 7 – кожух; 8 – крышка.
Вследствие проводимых технологических операций, связанных с опорожнением, простоем и закачкой нефтепродукта, а также поступлении атмосферного воздуха в газовое пространство очевидно, что насыщенность парами нефтепродукта и концентрация паровоздушной смеси будет изменяться.