Способы отделения нефти от примесей
Введение
В данной работе будут рассмотрены следующие вопросы:
1) «Основные способы отделения воды от нефти»
2) «Системы совместного сбора и транспорта нефти и газа»
3) «Сепараторы, их типы, конструкция и работа»
По всем трем рассматриваемым вопросам будут изложены примеры применения.
1.Основные способы отделения воды от нефти.
Начальный период разработки нефтяных месторождений, как правило, характеризуется безводной добычей нефти из фонтанирующих скважин. Однако на каждом месторождении наступает такой период, когда из пласта вместе с нефтью поступает вода сначала в малых, затем все в больших количествах. Примерно 60—75 % всей нефти добывается в обводненном состоянии.
Пластовые воды, поступающие из скважин различных месторождений, могут значительно отличаться по составу и концентрации растворенных в них минеральных солей, содержанию газа и наличию микроорганизмов.
При извлечении смеси нефти с пластовой водой образуется эмульсия, которую следует рассматривать как механическую смесь двух нерастворимых жидкостей (нефти и воды), одна из которых распределяется в объеме другой в виде капель различных размеров. Наличие воды в нефти приводит к удорожанию транспорта в связи с возрастающими объемами транспортируемой жидкости и увеличением ее вязкости. Присутствие в нефти даже 0,1 % воды приводит к интенсивному ее вспениванию в ректификационных колоннах нефтеперерабатывающих заводов, что нарушает технологические режимы переработки и, кроме того, загрязняет конденсационную аппаратуру.
Легкие фракции нефти (углеводородные газы от этана до пентана) являются ценным сырьем, из которого получают такие продукты, как спирты, синтетический каучук, растворители, жидкие моторные топлива, удобрения, искусственное волокно и другие продукты органического синтеза, широко применяемые в промышленности. Поэтому необходимо стремиться не только к снижению потерь легких фракций из нефти, но и к сохранению всех углеводородов, извлекаемых из нефтеносного горизонта, для последующей их переработки.
Качество вырабатываемой продукции во многом зависит от качества исходного сырья, т. е. нефти. Если в недалеком прошлом на технологические установки нефтеперерабатывающих заводов шла нефть с содержанием минеральных солей (100—500 мг/л), то в настоящее время требуется нефть с более глубоким обессоливанием, а зачастую перед переработкой нефти приходится полностью удалять нз нее соли.
Наличие в нефти механических примесей (частиц песка и глины) вызывает абразивный износ трубопроводов, нефтеперекачивающего оборудования, затрудняет переработку нефти, повышает зольность мазутов и гудронов, образует отложения в холодильниках, печах и теплообменниках, что приводит к уменьшению коэффициента теплопередачи и быстрому выходу их из строя. Механические примеси способствуют образованию трудноразделимых эмульсий. Наличие минеральных солей в виде кристаллов в нефти и раствора в воде вызывает усиленную коррозию металла как нефтеперерабатывающего, так и нефтеперекачивающего оборудования и трубопроводов, увеличивает устойчивость эмульсий, затрудняет переработку нефти.
При соответствующих условиях часть хлористого магния и хлористого кальция, находящихся в пластовой воде, гидролизуется с образованием соляной кислоты. В результате разложения сернистых соединений при переработке нефти образуется сероводород, который в присутствии воды вызывает усиленную коррозию металла. Хлористый водород, растворенный в воде также разъедает металл. Особенно интенсивно идет коррозия при наличии в воде сероводорода и соляной кислоты.
Промысловая подготовка нефти необходима не только для обеспечения определенных показателей качества сырья для переработки на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях, но и для создания таких условий при которых влияние вредных компонентов в нефти не будет оказывать серьезного отрицательного влияния на срок службы магистральных нефтепроводов.
1.1 Промысловая подготовка нефти
Процесс сбора и подготовки нефти начинается непосредственно после ее прохождения фонтанной арматуры скважины на нефтесборных установках, включающих автоматизированную групповую замерную установку, одну или две ступени сепарации и резервуары для сбора нефти, а заканчивается на установках комплексной подготовки нефти (УКПН), составляющих вместе с промысловыми трубопроводами единую технологическую систему.
Системы сбора нефти на промыслах могут быть самотечные (нефть поступает в сборные резервуары самотеком, а газ выделяющийся из нефти подается компрессором на газоперерабатывающий завод) и напорные, позволяющие транспортировать газонефтяные смеси при помощи насосов на расстояния 7 — 10 км.
Отделение газа от нефти осуществляют в сепараторах, в которых может происходить и частичное отделение воды. По конструкции сепараторы бывают вертикальные, горизонтальные, а по принципу действия — гравитационные, центробежные (гидроциклонные), жалюзийные, ультразвуковые и др.
Процесс получения товарной нефти включает ее обезвоживание обессоливание и стабилизацию.
Методы обезвоживания нефти
Чаще всего не скорость осаждения капель воды играет решающее значение при обезвоживании нефти, а время разрушения защитных оболочек и слияния капель в крупные, способные преодолеть вязкость внешней среды и осаждаться с образованием слоя свободной воды.
Выявление указанных факторов и характера их влияния позволяет наметить технические приемы повышения эффективности разделения эмульсий. Принципиальными основами этих приемов являются:
· Повышение температуры обрабатываемых эмульсий, которое снижает вязкость жидкостей, составляющих эмульсию, и уменьшает поверхностное натяжение на границе раздела фаз (на этом принципе основаны термические методы обезвоживания нефти);
· Увеличение размеров частиц выделяемой диспергированной жидкости за счет различных приемов деэмульсации, в частности, деэмульсации при помощи химических реагентов и электрического поля (на этом принципе основаны химические и электрические методы обезвоживания нефти);
· Увеличение скорости движения частиц дисперсной фазы путем замены естественной силы тяжести более мощной центробежной силой; плотность воды и механических примесей выше плотности нефти, и частицы под действием центробежной силы прижимаются к стенке и, коагулируя, стекают вниз; метод центрифугирования низко произвдителен, сложен, дорог и широкого применения на промыслах не нашел;
· Уменьшение высоты отстаивания без увеличения общей площадки отстойника; на этом основано применение параллельных пластин в горизонтальных отстойниках н разделительных дисков в сепараторах.
Эффективность разделения эмульсий снижается при наличии в них взвешенных частиц, плотность которых мало отличается от плотности сплошной фазы. Не поддаются очистке механическими методами стойкие стабилизированные мелкодисперсные эмульсии. Отрицательное влияние на разделение эмульсий оказывают неблагоприятные гидравлические условия отстаивания, такие, как турбулентность, конвекция потоков, перемешивание и др. Значительное повышение эффективности разделения нефтяных эмульсий достигается путем комбинированного использования гравитационного отстаивания в сочетании с термическими, химическими и электрическими методами обработки нефти в процессе ее обезвоживания.
При проектировании сооружений обезвоживания нефти для конкретных производственных условий необходимо иметь экспериментальные данные об обводненности, качественном и количественном составе примесей, ожидаемомсостоянии эмульсии. Одновременно с обезвоживанием нефти происходит и ее обессоливание, поскольку вода отделяется от нефти вместе с растворенными в ней минеральными примесями. При необходимости, для более полного обессоливания, можно дополнительно в нефть подавать пресную воду, которая растворяет кристаллы минеральных солей, и при последующем отделении минерализованной воды происходит углубленное обессоливание нефти.
Выделяют следующие основные методы обезвоживания нефти:
§ механическое обезвоживание нефти;
§ термическое обезвоживание нефти;
§ химическое обезвоживание нефти;
§ фильтрация;
§ теплохимическое деэмульгирование;
§ электрическое обезвоживание.
Принцип работы
У всех видов сепараторов одна и та же задача. Это оборудование отличается только своей внутренней конструкцией. Центробежные и центробежно-вихревые сепараторы работают благодаря силе воздушного (газового) потока. Такая сепарация производится за счет сепарационного пакета, направляющего весь газожидкостный поток так, чтобы создался вихревой эффект, который и отбросит из потока на стенки прибора механические примеси и капли влаги. При этом чистый газовый поток выходит через специальные выходные патрубки. Эти сепараторы считаются наиболее эффективными устройствами для очищения воздуха, потому что они используют в процессе своей работы центробежную силу.
Если говорить про прессо-шнековые сепараторы, то необходимо отметить, что принцип их работы заключается в просеивании, прессовании и фильтрации продукции.
3.1 Сепараторы нефтегазовые типа НГС
Сепараторы используются для очистки попутного газа для дегазации непенящихсянефтей, а также для подготовки продукции нефтяных месторождений в установках сбора. Нефтегазовый сепаратор НГС также применяется для входных, промежуточных и концевых ступеней в промысловых установках для подготовки нефти и газа.
Область применения нефтегазовых сепараторов достаточно велика. Описывая в общих фразах, можно сказать, что НГС используются для очистки газоконденсата и попутного нефтяного газа (ПНГ) после всех ступеней сепарации нефти с целью дальнейшей транспортировки, использования в качестве топлива ГТУ, ГПУ, котельных и ТЭС. Таким образом обеспечивается корректная работа учетной аппаратуры ПНГ (расходомеров любых типов).
Устройство и принцип работы
Конструкция нефтегазосепаратора НГС представляет собой цилиндрический аппарат горизонтального типа с отбойником для грубого разделения потока рабочей среды. Внутри также предусмотрена вертикальная перегородка из просечно-вытяжных листов, которая служит для выравнивания скоростей потоков по сечению аппарата, пеногасящая насадка, струнный каплеуловитель для очистки рабочей среды, а также штуцеры для входа и выхода продуктов, участвующих в разделении
Рисунок 4.
Нефтегазовый сепаратор - принцип работы (типа НГС - 2-фазный)
Сепаратор типа НГС состоит из горизонтальной емкости 1, оснащенной патрубками для входа продукции 2, для выхода нефти 10 и газа 7. Внутри емкости непосредственно у патрубка для входа нефтегазовой смеси смонтированы распределительное устройство 3 и наклонные желоба (дефлекторы) 4 и 5. Возле патрубка, через который осуществляется выход газа, установлены горизонтальный 8 и вертикальный 6 сетчатые отбойники. Кроме того, аппарат снабжен штуцерами и муфтами для монтажа приборов сигнализации и автоматического регулирования режима работы.
Газонефтяная смесь поступает в аппарат через входной патрубок 3, изменяет свое направление на 90°, и при помощи распределительного устройства нефть вместе с остаточным газом направляется сначала в верхние наклонные желоба 4, а затем в нижние 5. Отделившийся из нефти газ проходит сначала вертикальный каплеотбойник 6, а затем горизонтальный 8. Эти каплеотбойники осуществляют тонкую очистку газа от капельной жидкости (эффективность свыше 99%), что позволяет отказаться от установки дополнительного сепаратора газа. Выделившийся в сепараторе газ через патрубок 7, задвижку и регулирующий клапан (на рис.1 не показаны).
Выводы
Качество вырабатываемой продукции во многом зависит от качества исходного сырья, т. е. нефти. Если в недалеком прошлом на технологические установки нефтеперерабатывающих заводов шла нефть с содержанием минеральных солей (100—500 мг/л), то в настоящее время требуется нефть с более глубоким обессоливанием, а зачастую перед переработкой нефти приходится полностью удалять нз нее соли.
Наличие в нефти механических примесей (частиц песка и глины) вызывает абразивный износ трубопроводов, нефтеперекачивающего оборудования, затрудняет переработку нефти, повышает зольность мазутов и гудронов, образует отложения в холодильниках, печах и теплообменниках, что приводит к уменьшению коэффициента теплопередачи и быстрому выходу их из строя. Механические примеси способствуют образованию трудноразделимых эмульсий.
Разделение нефти и газа и соответствующая их обработка на крупных централизованных пунктах более выгодны, чем на разбросанных мелких объектах. Такая централизация позволяет снизить потери легких фракций нефти, улучшить подготовку нефти, осуществить более глубокую переработку газа и обеспечить максимальное извлечение сырья для химической промышленности.
Сепараторы используются для очистки попутного газа для дегазации непенящихсянефтей, а также для подготовки продукции нефтяных месторождений в установках сбора. Нефтегазовый сепаратор НГС также применяется для входных, промежуточных и концевых ступеней в промысловых установках для подготовки нефти и газа
Список литературы
1. Расчет магистральных и промысловых трубопроводов на прочность и устойчивость. — М. г 2010.
2.Сооружение насосных и компрессорных станций: Учеб.для вузов. — М.: Недра, 1985. — 288 с.
3.Подводные трубопроводы. - М: Недра, 19с.
5. Транспорт и хранение нефти, нефтепродуктов и газа. — М.: Недра, 1977.
4. Балластировка и закрепление трубопроводов. — М., 2012.
5. , , Справочник работника газовой промышленности. — М, 2011.
6. Вопросы эксплуатации и расстановки линейной арматуры, магистральных нефте - и продуктопроводов/ , , -кин и др.// ТНТО. Сер. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. — М: ВНИИОЭНГ, 19с
7. Журба М.Г. Биотехнология предварительной очистки поверхностных вод // Экология и промышленность России.-2007.-№4.- С. 27-32.
8. Ивчатов А.Л. Еще раз о биологической очистке сточных вод // ЭКиП: Экология и промышленность России.-2003.-N4.-С.37-40.
9. Кашеваров А.А. Гидроэкология: прогнозирование качества воды инфильтрационных водозаборов (метод математического моделирования) // Инженерная экология.-2001.-N4.-С.2-14.
10. Кочарян А.Г. Охрана водных ресурсов России от загрязнений: современное состояние и перспективы // Инженерная экология.-2006.-№4.- С.3-17.
другие источники:
http://www.ifilosofia.ru/;
http://bsu-philosophy.wikia.com/;
http://scicenter.online/
http://studopedia.su/
http://radaevslava.livejournal.com/
Введение
В данной работе будут рассмотрены следующие вопросы:
1) «Основные способы отделения воды от нефти»
2) «Системы совместного сбора и транспорта нефти и газа»
3) «Сепараторы, их типы, конструкция и работа»
По всем трем рассматриваемым вопросам будут изложены примеры применения.
1.Основные способы отделения воды от нефти.
Начальный период разработки нефтяных месторождений, как правило, характеризуется безводной добычей нефти из фонтанирующих скважин. Однако на каждом месторождении наступает такой период, когда из пласта вместе с нефтью поступает вода сначала в малых, затем все в больших количествах. Примерно 60—75 % всей нефти добывается в обводненном состоянии.
Пластовые воды, поступающие из скважин различных месторождений, могут значительно отличаться по составу и концентрации растворенных в них минеральных солей, содержанию газа и наличию микроорганизмов.
При извлечении смеси нефти с пластовой водой образуется эмульсия, которую следует рассматривать как механическую смесь двух нерастворимых жидкостей (нефти и воды), одна из которых распределяется в объеме другой в виде капель различных размеров. Наличие воды в нефти приводит к удорожанию транспорта в связи с возрастающими объемами транспортируемой жидкости и увеличением ее вязкости. Присутствие в нефти даже 0,1 % воды приводит к интенсивному ее вспениванию в ректификационных колоннах нефтеперерабатывающих заводов, что нарушает технологические режимы переработки и, кроме того, загрязняет конденсационную аппаратуру.
Легкие фракции нефти (углеводородные газы от этана до пентана) являются ценным сырьем, из которого получают такие продукты, как спирты, синтетический каучук, растворители, жидкие моторные топлива, удобрения, искусственное волокно и другие продукты органического синтеза, широко применяемые в промышленности. Поэтому необходимо стремиться не только к снижению потерь легких фракций из нефти, но и к сохранению всех углеводородов, извлекаемых из нефтеносного горизонта, для последующей их переработки.
Качество вырабатываемой продукции во многом зависит от качества исходного сырья, т. е. нефти. Если в недалеком прошлом на технологические установки нефтеперерабатывающих заводов шла нефть с содержанием минеральных солей (100—500 мг/л), то в настоящее время требуется нефть с более глубоким обессоливанием, а зачастую перед переработкой нефти приходится полностью удалять нз нее соли.
Наличие в нефти механических примесей (частиц песка и глины) вызывает абразивный износ трубопроводов, нефтеперекачивающего оборудования, затрудняет переработку нефти, повышает зольность мазутов и гудронов, образует отложения в холодильниках, печах и теплообменниках, что приводит к уменьшению коэффициента теплопередачи и быстрому выходу их из строя. Механические примеси способствуют образованию трудноразделимых эмульсий. Наличие минеральных солей в виде кристаллов в нефти и раствора в воде вызывает усиленную коррозию металла как нефтеперерабатывающего, так и нефтеперекачивающего оборудования и трубопроводов, увеличивает устойчивость эмульсий, затрудняет переработку нефти.
При соответствующих условиях часть хлористого магния и хлористого кальция, находящихся в пластовой воде, гидролизуется с образованием соляной кислоты. В результате разложения сернистых соединений при переработке нефти образуется сероводород, который в присутствии воды вызывает усиленную коррозию металла. Хлористый водород, растворенный в воде также разъедает металл. Особенно интенсивно идет коррозия при наличии в воде сероводорода и соляной кислоты.
Промысловая подготовка нефти необходима не только для обеспечения определенных показателей качества сырья для переработки на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях, но и для создания таких условий при которых влияние вредных компонентов в нефти не будет оказывать серьезного отрицательного влияния на срок службы магистральных нефтепроводов.
1.1 Промысловая подготовка нефти
Процесс сбора и подготовки нефти начинается непосредственно после ее прохождения фонтанной арматуры скважины на нефтесборных установках, включающих автоматизированную групповую замерную установку, одну или две ступени сепарации и резервуары для сбора нефти, а заканчивается на установках комплексной подготовки нефти (УКПН), составляющих вместе с промысловыми трубопроводами единую технологическую систему.
Системы сбора нефти на промыслах могут быть самотечные (нефть поступает в сборные резервуары самотеком, а газ выделяющийся из нефти подается компрессором на газоперерабатывающий завод) и напорные, позволяющие транспортировать газонефтяные смеси при помощи насосов на расстояния 7 — 10 км.
Отделение газа от нефти осуществляют в сепараторах, в которых может происходить и частичное отделение воды. По конструкции сепараторы бывают вертикальные, горизонтальные, а по принципу действия — гравитационные, центробежные (гидроциклонные), жалюзийные, ультразвуковые и др.
Процесс получения товарной нефти включает ее обезвоживание обессоливание и стабилизацию.
Способы отделения нефти от примесей
Обезвоживание нефти - заключается в разрушении водонефтяных эмульсий (механической смеси нерастворимых друг в друге и находящихся в мелкодисперсном состоянии нефти и воды). Для разрушения водонефтяных эмульсий применяют:
· гравитационное разделение (осуществляется в резервуарах — отстойниках при высоком содержании воды);
· внутритрубную деэмульсацию (добавление специальных веществ, разрушающих экранирующую оболочку на поверхности капель воды и препятствующую слипанию капель нефти при столкновении);
· термические и термохимические воздействия (нагрев нефти перед отстаиванием с возможным добавлением деэмульгаторов);
· электровоздействия (поляризация капель воды, способствующая их объединению);
· фильтрацию (для разрушения нестойких эмульсий) и центрифугование (разделение в поле центробежных сил).
Обессоливание нефти — удаление минеральных солей путем смешения предварительно обезвоженной нефти с пресной водой с последующим повторным обезвоживанием.
Стабилизация нефти — отделение легких фракций (пропан-бутанов и части бензиновых) для снижения потерь при транспортировке по магистральным трубопроводам и хранении в резервуарах. Стабилизация нефти осуществляется методами горячей сепарации или ректификации.