Оборудование для обезвоживания и обессоливания нефти

 

Основными технологическими аппаратами и оборудованием установок обезвоживания и обессоливания являются теплообменники, подогреватели, отстойники, электродегидраторы, резервуары, насосы, сепараторы-деэмульсаторы.

Обезвоживание и обессоливание нефти – взаимосвязанный процесс, так как основная масса солей находится в пластовой воде, и удаление воды приводит к обессоливанию нефти.

Для обезвоживания и обессоливания нефти используются следующие методы: гравитационный, термический, химический, электрический, комбинированный.

Выбор метода зависит от следующих факторов: состава и физико-химических свойств нефти, процентного содержания воды, прочности оболочек водно-нефтяной эмульсии, дебита скважин и т.д.

Гравитационное холодное отстаивание проводят с периодическим режимом в резервуарах и с непрерывным действием в отстойниках и трубных водоотделителях.

Холодное гравитационное отстаивание без подогрева водно-нефтяной эмульсии и без использования деэмульгаторов используется редко, и только на первой ступени обезвоживания нефти.

На рис. 2.2 и 2.3 представлены схемы гравитационного отстаивания нефти в резервуарах и отстойниках.

На месторождении с большим содержанием воды в нефти для предварительного сброса воды применяют трубные водоотделители (ТВО), представляющие собой наклонные трубы большого диаметра с комплексом технологических трубопроводов. Диаметр и длину ТВО определяют в зависимости от их производительности и обводненности нефти.

 

Рис.2.2. Гравитационное холодное отстаивание

с периодическим режимом

 

а - горизонтальный, б - вертикальный; в - наклонный,

г - конический

Рис.2.3. Отстойники для гравитационного холодного

отстаивания непрерывного действия

В процессе термического обезвоживания нефти при повышении температуры водно-нефтяной эмульсии до 50 - 100° С снижается прочность оболочки на поверхности частицы воды, что облегчает слияние глобул (капель) воды. При этом увеличивается скорость оседания частиц при отстаивании. Нагрев нефти осуществляется в теплообменниках или печах перед отстойниками или непосредственно в установках-деэмульсаторах.

Метод химического обезвоживания нефти основан на разрушении эмульсий при помощи химических реагентов-деэмульгаторов, которые подаются в нефтесборный трубопровод, отстойник или в резервуар. В качестве деэмульгаторов используют ПАВ (дипроксамин, проксамин, дисолван, сепарол, полиакриламид, оксиэтилированный препарат ОП и др.) в количестве от 5 до 60 г на 1 т нефти.

Деэмульгатор должен удовлетворять следующим требованиям:

- быть высокоактивным при малых удельных его расходах;

- хорошо растворяться в воде или нефти;

- быть дешевым и транспортабельным;

- не ухудшать качества нефти;

- не менять свойств при изменении температуры.

Эффект деэмульсации зависит от интенсивности перемешивания деэмульгатора с эмульсией и температуры смешивания. Подают деэмульгаторы с помощью дозировочного насоса.

При прохождении эмульсии через электрическое поле капли воды и солей стремятся к электродам. Происходит разрушение адсорбированных оболочек капель, что облегчает их слияние при столкновениях и увеличивает скорость деэмульсации. Такие установки называются электродегидраторами. Работают они при частоте 50 Гц и при напряжении на электродах 10 - 45 тыс. В.

В сочетании с гравитационным отстаиванием применяются различные комбинации методов обезвоживания нефти, например: термическое и химическое, термическое и электрическое.

Отстойники предназначены для отстоя нефтяных эмульсий, разделения их на нефть и пластовую воду. В основном выпускаются горизонтальные отстойники ОГ-200, ОГ-200С, ОВД-200 и ОБН-3000/6 и др.

Условное обозначение отстойников типа ОГ следующее: ОГ - отстойник горизонтальный; цифры - объем, м³; С - с сепарационным отсеком для отделения газа. Условное обозначение отстойников типов ОВД и ОБН следующее. ОВД - отстойник с вертикальным движением жидкости; ОБН - отстойник блочный нефтяной; 3000 - пропускная способность, м³/сут; 6 - рабочее давление, кгс/см².

В аппаратах ОГ-200, ОГ-200С, ОВД-200 осуществляется нижний распределительный ввод эмульсии - вертикальное движение потока. Принцип работы отстойников основан на гравитационном распределении эмульсии. Их пропускная способность по сырью составляет от 3000 до 6000 м³/сут.

Отстойники, применяемые на термохимических обезвоживающих установках, должны обеспечить на выходе из аппарата остаточное содержание воды в нефти не более 1 %, и соответственно остаточное содержание солей и механических примесей в товарной нефти не должно превышать 100 - 1800 мг/л, или 0,05 %. Требования к качеству пластовых вод, дренируемых из аппаратов обезвоживания и обессоливания нефти, не предъявляются. В таблице 2.2 представлены группы качества нефти.

 

Таблица 2.2. Группы качества нефти

Показатель	Группа нефти
	I	II	III
Максимальное содержание воды, %	0,5	1,0	1,0
Максимальное содержание хлористых солей, мг/л	100	300	1800
Максимальное содержание механических примесей, %	0,05	0,05	0,05
Максимальное давление насыщенных паров при температуре 20° С в пункте сдачи, Па	6665	6665	6665

Иногда при обработке нефти на ступени обезвоживания необходимо отделить свободный газ, выделившийся при нагревании нефти и некотором снижении общего давления в системе. Для отделения газа из нагретой нефтяной эмульсии перед отстойниками устанавливают специальные сепараторы или же предусмотрен отбор газа непосредственно из отстойника.

Аппаратом со встроенным сепаратором является отстойник ОГ-200С, получивший наибольшее распространение на промыслах, как для предварительного обезвоживания нефти, так и на ступени ее обезвоживания и обессоливания. Горизонтальный отстойник ОГ-200С представляет собой цилиндрическую емкость, установленную на раме. Схема отстойника представлена на рис.2.4.

1 - сепарационный отсек; 2 - сборник нефти; 3 - отстойный отсек;

4 - регулятор уровня нефть - вода; 5 - козырьки; 6 - распределитель эмульсии;

I - эмульсия; II - газ; III - нефть; IV - вода

Рис.2.4. Горизонтальный отстойник ОГ-200С

 

Отстойник разделен перегородкой на два отсека: сепарационный и отстойный, которые сообщаются с помощью двух коллекторов-распределителей, расположенных в нижней части корпуса. В верхней части сепарационного отсека установлены распределитель эмульсии со сливными полками и сепаратор газа.

В нижней части отстойного отсека расположены два трубчатых перфорированных коллектора, над которыми размещены распределители эмульсии коробчатой формы. В этой части имеются также два коллектора для пропарки аппарата. В верхней части отсека расположены четыре сборника нефти, соединенных со штуцером вывода нефти из аппарата. Вблизи торцевой части корпуса с помощью перегородки и переливных устройств выполнена водосборная камера, в которой помещен регулятор межфазного уровня.

Отстойник оснащен приборами контроля параметров технологического процесса, регуляторами уровня раздела фаз, предохранительной и запорной арматурой. Для удобства обслуживания приборов, расположенных в верхней части корпуса, аппарат снабжен площадкой обслуживания.

Отстойник работает следующим образом. Подогретая нефтяная эмульсия с введенным реагентом-деэмульгатором поступает в распределитель эмульсии сепарационного отсека и по сливным полкам и стенкам корпуса стекает в нижнюю часть отсека. Газ, выделившийся из нефти в результате ее нагрева и снижения давления, проходит через сепаратор и при помощи регулятора уровня нефть - газ отводится в газосборный трубопровод.

Нефтяная эмульсия из сепарационного отсека поступает в отстойный по двум перфорированным коллекторам, проходит через отверстия коробчатых распределителей и поднимается в верхнюю часть отсека. При этом происходит разделение нефти и пластовой воды. Обезвоженная нефть поступает в сборный коллектор и выводится из аппарата.

Отделившаяся от нефти вода через переливные устройства поступает в водосборную камеру и с помощью регулятора уровня пластовая вода - нефть сбрасывается в систему подготовки дренажных вод.

Отстойник с вертикальным движением нефти ОВД-200 (см. рис. 2.5) предназначен для разделения водно-нефтяных эмульсий при больших удельных нагрузках и необходимости получения нефти высокого качества, особенно при небольших разностях плотностей нефти и воды.

1 - распределитель эмульсии; 2 - отбойник; 3 - сборник нефти;

4 – сборник воды; I - эмульсия; II - нефть; III - вода

Рис.2.5. Отстойник с вертикальным движением потока типа ОВД-200

 

В табл. 2.3 представлены технические характеристики отстойников.

 

Таблица 2.3. Техническая характеристика отстойников

Параметр и показатель	Тип отстойника
	ОВД-200	ОБН-3000/6
Емкость аппарата, м^3	200	200
Производительность по товарной нефти, т/сут.	4000-7000	3000-6000
Температура среды, °С	100	100
Давление, МПа	0,6	0,6

 

Главным элементом отстойника является низконапорное входное распределительное устройство, состоящее из двух поперечных коллекторов с 16 перфорированными трубами (по четыре в ряд) и отбойными устройствами под ними. Отверстия в трубах распределителя выполнены с переменным шагом по нижней образующей с целью предотвращения накопления грязи и механических примесей и равномерного отвода отделяющейся воды. Отбойные устройства предназначены для гашения энергии вытекающих струй эмульсии и предотвращения перемешивания нижележащих слоев воды.

Отстойник ОВД-200 не приспособлен к работе с выделением газа из нефти, поэтому в технологических схемах УКПН перед ним должен стоять сепаратор.

Отстойник с горизонтальным движением нефти ОБН-3000/6 (см. рис. 2.6) предназначен для разделения расслаивающихся потоков крупнодисперсных водно-нефтяных эмульсий в случае возможного выделения некоторого количества газа.

I - эмульсия; II - нефть; III - вода

Рис. 2.6. Отстойник ОБН-3000/6

 

Отстойник ОБН-3000/6 является наиболее простым и рациональным из аппаратов подобного типа. Радиально-торцевой распределитель эмульсии и сборник нефти выполнены в виде перфорированных барабанов. Сборник воды представляет собой длинную перфорированную трубу.

Для термохимического обезвоживания нефти также широко используется оборудование с подогревательными устройствами, встроенными непосредственно в корпус отстойника, они называются деэмульсаторами.

Вертикальные деэмульсаторы получили широкое применение в мировой практике подготовки нефти на промыслах при обустройстве мелких месторождений и отдельных раздробленных участков.

Аппараты подготовки нефти в вертикальном исполнении имеют преимущества, когда условия сбора и подготовки продукции скважин предъявляют жесткие требования к сокращению площади, отводимой под застройку нефтесборных пунктов (например, морские месторождения, болотистые районы, районы вечной мерзлоты и т.д.). Ряд зарубежных фирм выпускает большой ассортимент вертикальных деэмульсаторов, отличающихся компоновкой, размерами, числом и типом нагревателей. Эти аппараты имеют отсеки сепарации, нагрева и обезвоживания. Число жаровых труб 1 - 2. Деэмульсаторы оснащаются, как правило, распределителями эмульсии под жаровой трубой, под перфорированными перегородками, полками или другими устройствами, обеспечивающими необходимое распределение потока обрабатываемой эмульсии в отсеке отстоя.

Горизонтальные деэмульсаторы с одним отсеком нагрева, выпускаемые зарубежными фирмами, имеют 1 - 3 жаровые трубы. Отстой нефти происходит при вертикальном движении жидкости по отсеку отстоя, широко используются коалесцирующие фильтры, электроды с постоянным или переменным электрическим полем. Жаровые трубы помещены в слой отделившейся воды или в эмульсионный слой предварительно обезвоженной нефти, что иногда позволяет понизить интенсивность отложения солей на поверхности жаровых труб. Деэмульсаторы выпускаются с объемом корпуса 50 - 160 м³, производительность деэмульсаторов достигает 3000 м³/сут. Сепарация эмульсии в отсеке нагрева осуществляется с помощью теплообменного кожуха или гидроциклонного ввода. Распределение эмульсии в зоне нагрева в отсеке нагрева осуществляется с помощью теплообменного кожуха или гидроциклонного ввода. Распределение эмульсии в зоне нагрева в отсеке отстоя происходит с помощью сеток или коалесцирующих насадок.

В нашей стране выпускаются блочные автоматизированные деэмульсаторы ДГ-1600, «Тайфун 1-400», УДО-3 и др. Наибольшее распространение получил деэмульсатор УДО-3 с сепарационным отсеком для отвода газа (см. рис. 2.7).

1 - дымовая труба, 2 - змеевик для подогрева топливного газа;

3,4 - газосепараторы, 5 - сборник нефти, 6 - козырьки, 7 - патрубок,

8 - распределитель эмульсии; 9 - теплообменный кожух,

10 - жаровая труба, 11 - фланец; 12 – горелочное устройство,

I - эмульсия, II - газ, III - нефть, IV - вода

Рис. 2.7. Деэмульсатор УДО-3

 

В таблице 2.4 представлена техническая характеристика УДО-3.

 

Таблица 2.4. Техническая характеристика УДО-3

Производительность по жидкости при 30% обводненности, м^3/сут.	до 3000
Остаточное содержание воды в обработанной нефти, %	до1,0
Номинальное рабочее давление, МПа	0,6
Номинальная теплопроизводительность. ГВт, млн.ккал/ч	4,0 (3,5)
Число горелок	2
Тип горелки	инжекционная БГ-3
Температура нагрева водно-нефтяной эмульсии, °С	до 60
Объем емкости, м^3	200
Масса установки, т	56,5

Деэмульсатор УДО-3 (см. рис. 2.7) состоит из следующих основных блоков: нагрева, отстоя, газосепаратора и КИП. Блоки нагрева и отстоя размещены в горизонтальном цилиндрическом корпусе, разделенном на два отсека. В верхней части нагревателя и отстойника установлены газовые сепараторы 4, 3. С торцевой части нагревателя вмонтированы две U-образные жаровые трубы 10, которые помещены в специальный кожух-оболочку 9, выполняющий роль теплообменника. Водно-нефтяная эмульсия, предварительно нагретая в этом теплообменнике, поступает через нижние прорези в отсек нагрева, где омывая жаровую трубу, нагревается до заданной температуры. Нагретая обводненная нефть через отверстие в перегородке переливается в зону отстоя и с помощью распределительного устройства 8 с козырьками 6 направляется через слой отделившейся воды ко всему объему отстойной зоны.

Обезвоженная нефть, поднимаясь, попадает в сборник чистой нефти 5 и оттуда по специальным вертикальным отводам через разгрузочный клапан выводится из аппарата. Газ, выделившийся в зоне нагрева, поступает в сепаратор 3 и затем через гидрозатвор попадает в отсек отстоя, где вместе с газом, дополнительно выделившимся из нефти, через сепаратор 4 отводится с установки через регулятор давления. Вода из аппарата выводится через патрубок 7, вмонтированный в нижней образующей аппарата. В аппарате предусмотрен змеевик 2 для топливного газа.

Для электрического обезвоживания и обессоливания нефти используются электродегидраторы.

Электродегидратор (см. рис. 2.8) представляет отстойник ОВД-200 с вводом двух горизонтальных электродов, на которые подается регулируемое напряжение до 44 кВ промышленной частоты.

На вход разделительных аппаратов направляют эмульсию с обводненностью до 30% и температурой до 100° С. Обводненность выходящей нефти составляет не более 0,5 %. Пропускная способность электродегидратора по сырью составляет 12000 м³/сут.

1 - распределитель эмульсии, 2 - электроды, 3 - сборник нефти,

4 - подвесной изолятор, 5 - высоковольтный трансформатор,

6 - реактивная катушка, I - ввод эмульсии, II - нефть, III - вода

Рис. 2.8. Электродегидратор 1ЭГ - 160

 

Дегидратор-обессоливатель с двойным газовым нагревателем прямого нагрева и электростатический дегидратор нефти предназначены для подогрева нефтяных эмульсий перед блоками глубокого обезвоживания и обессоливания. Они рассчитаны на нагрев эмульсий, вода в которых не вызывает отложений солей. Для нагрева нефтяных эмульсий с возможностью отложения солей и наличием механических примесей применяют нагреватели типа БН-2М и печи типа ПТБ-10.