Аппарат для нагрева и разделения водонефтяной эмульсии Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 62-634.8

И. С. Кузнецова, Е. Ю. Ермакова, О. В. Козулина,

М. Г. Кузнецов

АППАРАТ ДЛЯ НАГРЕВА И РАЗДЕЛЕНИЯ ВОДОНЕФТЯНОЙ ЭМУЛЬСИИ

Ключевые слова: нефть; водонефтяная эмульсия; обезвоживание; промежуточный теплоноситель; жаровая труба.

Рассмотрена конструкция деэмульсатора для нагрева, обезвоживания и обессоливания водонефтяной эмульсии с использованием промежуточного высокотемпературного теплоносителя - глицерина. Отмечено достоинство аппарата перед известными аналогами. Предложено оценивать различные варианты деэмульсаторов критерием энергосбережения. Приведен расчет теплоизоляции аппарата.

Keywords: Oil; a water oil emulsion; dehydration; the intermediate heat-transfer medium; a heat pipe.

Features of work of devices of joint assembly, preparation and transport of passing petroleum gas, oil and sheet water in areas with severe environmental conditions are considered. Calculation of a heat insulation of the device is resulted.

Обустройства нефтяных промыслов представляют собой системы совместного сбора, подготовки и транспортирования попутного нефтяного газа, нефти и пластовой воды, включающие сепараторы, отстойники,

деэмульсаторы и сепараторы концевых ступеней [1]. Особенность работы обустройств в условиях холодного климата заключается в том, что температура окружающего воздуха может достигать минус 50°С, тогда как температура нефти в аппаратах не должна быть ниже 5°С. Кроме того, извлекаемая из скважины сырая нефть представляет собой устойчивую, соленую и сильно вязкую водонефтяную эмульсию. Для получения из такой эмульсии высококачественной товарной нефти ее нагревают до температуры 40^70°С и обрабатывают химическими реагентами в деэмульсаторах.

На рисунке 1 схематично показан деэмульсатор [2], главным достоинством которого является его пожаровзрывобезопасная работа.

Рис. 1

Нагрев водонефтяной эмульсии в корпусе 1 деэмульсатора производится нефтяным газом, отбираемым из какого-либо аппарата системы.

Деэмульсатор работает следующим образом. Водонефтяная эмульсия поступает из отстойника предварительного сброса пластовой воды через патрубок 6 деэмульсатора в перфорированный трубчатый распределитель 7 и, вытекая из его перфораций, заполняет рабочее пространство аппарата до уровня раздела фаз жидкость - газ. Вытекающие из перфораций

распределителя 7 струи создают циркуляционное движение жидкой фазы в корпусе 1.

Горячий теплоноситель, которым является продукт сгорания нефтяного газа, движется в жаровой трубе 2, отдавая тепло высокотемпературному жидкому промежуточному теплоносителю, циркулирующему по замкнутому контуру циркулирующий насос 8 - змеевик 3 -- цилиндрический кожух 4 - циркуляционный насос 8. Тепло от нагретого до температуры 350°С промежуточного теплоносителя передается через стенку кожуха 4 находящейся в рабочем пространстве корпуса 1 аппарата водонефтяной эмульсии, нагревая ее до температуры 20-25°С.

В нагретой эмульсии происходит интенсивное ее разделение на нефть и воду. Нефть, как более легкая фаза, располагается на поверхности осевшей в нижнем рабочем пространстве аппарата воды и через патрубок 9 уходит в змеевик 5, расположенный в пространстве между трубой 2 и кожухом 4. Из змеевика 5 нагретая до температуры 40-70°С нефть с содержанием воды 10^15% уходит через патрубок 10 змеевика 5 в отстойник окончательного обезвоживания.

Отсепарированный от водонефтяной эмульсии нефтяной газ отводится из деэмульсатора через патрубок 11 в газовую магистраль и на сжигание в жаровую трубу 2.

Отделенная от нефти вода отводится из корпуса 1 аппарата через патрубок 12 в аппарат многократной очистки от нефтяных взвесей [3]. Раздел фаз вода - водонефтяная эмульсия в деэмульсаторе поддерживается ниже трубчатого распределителя 7.

В поток нефти, поступающий из корпуса 1 деэмульсатора в змеевик 5, вводится нормативная доза химического реагента - деэмульгатора. Двигаясь по винтовому каналу змеевика 5 горячая нефть интенсивно перемешивается с деэмульгатором, что приводит к существенному снижению ее вязкости. Укрупнение глобул воды в змеевике 5, играющего роль каплеобразователя, способствует быстрому расслоению предварительно обезвоженной в деэмульсаторе нефти в отстойнике окончательного обезвоживания.

Винтовое движение теплоносителей в змеевиках 3 и 5 интенсифицирует теплообмен между теплоносителями как за счет турбулизации потоков, так и за счет непрерывного разрушения пограничного слоя у внутренних стенок змеевиков. Кроме того, змеевики придают винтовое движение потоку продуктов сгорания топлива в жаровой трубе 2 и потоку промежуточного теплоносителя в кожухе 4.

Суммарный экономический эффект от использования рассмотренного деэмульсатора достигается за счет интенсивного разрушения нефтяной эмульсии и укрупнения капель воды, что позволяет значительно снизить габариты и металлоемкость отстойников, уменьшить пребывание эмульсии в деэмульсаторе, сохранить расход дорогостоящего деэмульгатора благодаря снижению содержания воды в поступающей из аппарата в змеевик 5 нефти и сдаче товарной нефти только по первой группе качества.

Энергосберегающую способность разных по конструкции деэмульсаторов можно оценить критерием, представляющим собой отношение:

где V - объемный расход сжигаемого попутного нефтяного газа в жаровой трубе, м3/ч; t -температура нефти с содержанием в ней воды

10^15% массовых, поступающей из деэмульсатора в отстойник, °С.

Потери тепла в работающем деэмульсаторе имеют место с уходящими из жаровой трубы продуктами сгорания горючего газа. Температура удаляемой из деэмульсаторы воды не превышает 20^25°С и она вряд ли может быть использована для технологических нужд. Существенные потери тепла будут в случае не теплоизолированного деэмульсатора, температура внутренней стенки которого 20°С, а наружной стенки - ниже минус 40°С.

Литература

1. Коротков Ю.Ф. Обустройство нефтяных промыслов /Ю.Ф. Коротков, Е.Ю. Ермакова, О.В. Козулина, М.Г. Кузнецов, А.О. Панков //Вестник Казан. технол. ун-та. -2013. - Т.16- №5.-С.234-236.

2. А.С. 1301445 СССР, 6И01Д 17/04. Аппарат для разделения и нагрева водонефтяной эмульсии /Р.С. Гайнутдинов, П.К. Ястребов, Н.А. Макаров, А.А. Каштанов (СССР). - №198643570/23-26; заявл. 12.04.85; опубл. 27.03.87; Бюл. №13. - 3с.

3. Козулина О.В. Определение числа секций в многосекционном безнапорном флотаторе /О.В. Козулина, Е.Ю. Ермакова, Ю.Ф. Коротков, А.А. Овчинников //Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. Т.14, №20. - С.205-207.

© И. С. Кузнецова - асс. каф. оборудования пищевых производств КНИТУ, [email protected]; Е. Ю. Ермакова - инж. ОАО «Тат НИИнефтемаш»; О. В. Козулина - к.т.н., доц. каф. оборудования пищевых производств КНИТУ; М. Г. Кузнецов -к.т.н., доц. каф. оборудования пищевых производств КНИТУ.