Способы и устройства улавливания паров углеводородов с применением криогенной техники

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВА УЛАВЛИВАНИЯ ПАРОВ УГЛЕВОДОРОДОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ КРИОГЕННОЙ ТЕХНИКИ

углеводород нефтебаза нефть фракция

Третьякова Е.А. Каркашенко А.О., студент

Институт нефти и газа

Научный руководитель Лысянникова Н.Н.

ФГАОУ ВО Сибирский федеральный университет

Россия, г. Красноярск

Аннотация: В данной статье рассматриваются способы и устройства, которые способствуют сокращению потерь нефти и нефтепродуктов.

Ключевые слова: нефть, газ, паровоздушная смесь, жидкий азот, теплообменник, резервуар, улавливание паров.

Известно применение жидкого азота для конденсации легких фракций углеводородов при их непосредственном контакте, позволяющее улавливать до 88 % [1?3]. Так, способ конденсации смеси паров [4], включающий полную конденсацию паровой смеси, содержащей пары нефтепродукта и воды, сбор и расслоение продуктов конденсации, заключается в постадийном переохлаждении и конденсации парогазовой смеси в многосекционном теплообменнике, содержащем конденсаторы, в первой секции ниже температуры плавления воды, но не более чем на 3 єС, а в последних секциях ? ниже температуры плавления фракций нефтепродуктов, но не более чем на 9 єС, посредством контакта парогазовой смеси, подаваемой в многосекционный теплообменник перпендикулярно плоскости движения хладагента внутри конденсаторов. В результате из первой секции выводят фракции, содержащие конденсат воды и нефтепродуктов, поступающие на дальнейшее расслоение, а из последующих секций выводят оставшиеся фракции нефтепродуктов.

Способ может быть реализован в устройстве, схема которого приведена на рис. 1. Устройство содержит многосекционный теплообменник, многоканальные лепестковые конденсаторы 2, размещенные по одному в каждой секции теплообменника 1, разделитель 3 и сборник 4 товарных нефтепродуктов.

Способ осуществляется следующим образом. Паровоздушную смесь, содержащую пары воды и нефтепродуктов, направляют в многосекционный теплообменник 1 перпендикулярно плоскости движения хладагента в конденсаторах 2. Парогазовая смесь переохлаждается и конденсируется посредством контакта с поверхностями многоканальных лепестковых конденсаторов 2, причем переохлаждение в первой секции ведут до температуры ниже температуры плавления воды, но не более чем на 3 градуса, а в последующих секциях - ниже температуры плавления фракций нефтепродуктов, но не более чем на 9 градусов. Данный температурный режим выбран с целью предотвращения обледенения поверхностей конденсаторов 2 теплообменника 1. Температуру переохлаждения подаваемой парогазовой смеси контролируют при помощи средовых датчиков термосопротивления, установленных в каждой секции теплообменника. В результате из первой секции выводят конденсат, содержащий воду и фракции нефтепродуктов, который направляют на дальнейшее расслоение в разделитель 3, оттуда очищенные от воды фракции нефтепродуктов попадают в сборник 4 товарных нефтепродуктов. В сборнике 4 происходит смешение упомянутых фракций с фракциями сконденсировавшихся нефтепродуктов, отбираемых из последующих секций теплообменника. На выходе из многосекционного теплообменника получают воздух, очищенный от паров воды и нефтепродуктов.

Рис. 1. Схема устройства для конденсации смеси паров

Установка [5] может быть использована для улавливания паров легких фракций углеводородов, образующихся при «дыханиях» при закачке и хранении нефти и нефтепродуктов в резервуарах.

На рис. 2 представлена схема установки, включающая криогенную машину Стирлинга 1 с конденсатором 2, емкость для хранения жидкого азота 3, линию слива жидкого азота 4 из конденсатора 2 в емкость 3, линию подачи жидкого азота 5 с насосом высокого давления 6, контактный теплообменник 7, внутри которого в слое сжиженных паров легких углеводородов 8 расположен охладитель 9, линию насыщенных паров азота 10 из контактного теплообменника 7 через дроссельный вентиль 11, присоединенную к конденсатору 2 криогенной машины 1, резервуар с нефтепродуктами 12, линию подачи паровоздушной смеси 13 с раздаточной гребенкой 14, расположенной в слое сжиженных паров легких углеводородов 8, соединяющей резервуар 12 с контактным теплообменником 7, а также линию выброса воздуха 15 из контактного теплообменника 7. На линии подачи паровоздушной смеси 13 между резервуаром с нефтепродуктами 12 и контактным теплообменником 7 расположен дополнительный теплообменник 16, через который проходит линия выброса воздуха 15 из контактного теплообменника 7.

Рис. 2. Схема установки по улавливанию паров легких фракций углеводородов для автозаправочных станций и нефтебаз

Установка работает следующим образом. Вначале в емкость 3 заливают необходимое количество жидкого азота. В процессе работы установки жидкий азот испаряется в охладителе 9, а его выпад конденсируется в конденсаторе 2 криогенной машины Стирлинга 1. Сконденсировавшийся выпад жидкого азота самотеком сливается из конденсатора 2 в емкость для хранения жидкого азота 3 по линии слива 4, откуда с помощью насоса 6 по линии подачи жидкого азота 5 жидкий азот подается в охладитель 9, расположенный в слое сжиженных паров легких углеводородов 8 контактного теплообменника 7. Жидкий азот охлаждает слой сжиженных паров легких углеводородов 8, при этом он испаряется. Выпар жидкого азота поступает по линии 10 в конденсатор 2 криогенной машины Стирлинга 1, при этом выпар дроселлируется, предварительно охлаждаясь, в дроссельном вентиле 11. Работа криогенной машины Стирлинга 1 обеспечивает сжижение выпара жидкого азота, который сливается в емкость 3.

Паровоздушная смесь (состоящая из паров легких углеводородов и атмосферного воздуха) из резервуара 12, при хранении и пополнении нефтепродуктами, по линии передачи паровоздушной смеси 13, соединяющей резервуар 12 с контактным теплообменником 7, поступает в раздаточную гребенку 14, расположенную в слое сжиженных паров легких углеводородов 8, затем проходит через слой сжиженных паров легких углеводородов 8, при этом пары легких углеводородов из паровоздушной смеси конденсируются, отдавая теплоту сжиженному слою 8 и жидкому азоту в охладителе 9, а оставшийся воздух по линии выброса воздуха 15 удаляется из контактного теплообменника 7. Для предварительного охлаждения паровоздушной смеси (что позволяет увеличить производительность установки) на линии подачи паровоздушной смеси 13 между резервуаром с нефтепродуктами 12 и контактным теплообменником 7 расположен дополнительный теплообменник 16, через который проходит линия выброса воздуха 15 из контактного теплообменника 7. При контакте через теплообменную поверхность теплообменника 16 паровоздушная смесь охлаждается за счет холодильного потенциала, удаляемого по линии воздуха 15.

На рис. 3 представлена принципиальная схема установки для улавливания паров легких фракций [6], содержащей резервуары 1, газоулавливающую систему 2, подводящий газопровод 3, основной и дополнительный скрубберы 4 и 5 соответственно, соединенные входными патрубками 6 и 7 через проводящей газопровод 3 и газоуравнительную систему 2 с резервуарами 1 и выходными патрубками 8 и 9 через газопровод 10 с компрессором 11, систему КИП и А 12, соединяющую регуляторы 13 и 14 предельных уровней конденсата, установленных в скруберрах 4 и 5, с секущими задвижками 15 и 16, 17 и 18, установленными на входных 6 и 7 и выходных 8 и 9 патрубках скрубберов 4 и 5 соответственно, подпиточный газопровод 19, соединенный со скрубберами 4 и 5 трубчатыми перемычками 20 и 21, на которых расположены секущие задвижки 22 и 23, соединенные через систему КИП и А 12 с регуляторами 13 и 14 соответственно с датчиком давления 24, расположенным на приемном патрубке компрессора, который снабжен датчиком давления 25 и байпасным газопроводом 26 с установленным на нем клапаном 27, соединенным с датчиком давления 25. На резервуарах 1 установлены датчики включения 28 и выключения компрессора 11. Аварийный выход паров нефти из резервуаров осуществляется через дыхательные клапаны 29. Оба скруббера 4 и 5, образующие единый модуль, заглублены в грунт на отметку, предотвращающую возможность замерзания конденсата в них, а приемный патрубок компрессора 11 размещен выше верхней образующей скрубберов 4 и 5, в результате чего накопление и замерзание в нем конденсата также невозможно. Сброс образовавшегося в скрубберах 4 и 5 конденсата осуществляется по конденсатопроводу 30.

Установка работает следующим образом. Нефть (нефтепродукт) поступает по проводящим трубопроводам в резервуары 1, где в результате испарения и выделения из нее газообразных углеводородов начинает повышаться давление. При достижении в резервуарах 1 максимально допустимого давления по сигналу от датчиков давления 26 включается компрессор 11, при этом пары нефти поступают по газоуравнительной системе 2 и подводящему газопроводу 3 в скрубберы 4 и 5, где происходит конденсация влаги и тяжелых компонентов (С4+b) нефти, откуда направляются на прием компрессора 11, компримируются и поступают в газосборную сеть. В процессе отбора паровоздушной смеси из резервуаров 1 давление в них и на приеме компрессора 11 начинает снижаться и при достижении определенного значения от датчика давления 26 поступает с выкида компрессора 11 на его прием. Если давление в резервуарах 1 не восстанавливается, то по сигналу от датчика давления 24 через систему КИП и А 12 поступает сигнал на открытие секущих задвижек 22 и 23, установленных на перемычках 20 и 21, и подпиточный газ начинает поступать через скрубберы 4 и 5 в газопровод 10, в результате давление в резервуаре 1 и на приеме компрессора 11 повышается.

При достижении на приеме компрессора давления, близкого к максимально допустимому, по сигналу от датчика давления 24 происходит закрытие секущих задвижек 22 и 23, в результате поступления подпиточного газа в скрубберы 4 и 5 прекращается. В процессе отбора легких фракций нефти из резервуаров 1 и выпадения конденсата уровень жидкости в скрубберах 4 и 5 повышается и при достижении в первом по ходу движения газа скруббере 4 предельного верхнего уровня жидкости от регулятора 13 поступает сигнал через систему КИП и А 12 на закрытие секущих задвижек 15 и 17, установленных на входном 6 и выходном 8 патрубках скруббера 4, и открытие секущей задвижки 22.

Рис. 3. Схема установки улавливания легких фракций нефти и нефтепродуктов

При этом в скруббер 4 начинает поступать подпиточный газ, давление в скруббере повышается и накопившийся конденсат выдавливается в конденсатопровод 30. Уровень конденсата в скруббере 4 падает и при достижении его предельного нижнего значения от регулятора 13 поступает сигнал на закрытие секущей задвижки 22, при этом поступление подпиточного газа из газопровода 19 в скруббер 4 прекращается. Дальнейшее поступление паровоздушной смеси на прием компрессора 11 осуществляется только через скруббер 5. Открытие секущих задвижек 15 и 17 с целью приведения скруббера 4 в исходное рабочее состояние осуществляется через систему КИП и А 12 по сигналу от датчика давления 24 при последующем понижении давления до минимального значения в приемном патрубке компрессора 11. При этом находящийся в скруббере 4 газ поступает в резервуары 1 и на прием компрессора 11 с одновременным снижением давления в скруббере 4. При достижении предельного верхнего уровня жидкости в скруббере 5 процесс подачи в него газа и выдавливания конденсата в подпиточный конденсатопровод 30 осуществляется аналогично вышеизложенному.

Технико-экономическая эффективность предлагаемой установки складывается за счет повышения ее надежности в условиях холодного климата благодаря наличию дополнительного скруббера и заглублению скрубберного модуля в грунт, что предотвращает возможность замерзания водной части конденсата в скрубберах, а наличие перемычек, соединяющих подпиточный газопровод со скрубберами, позволяет эксплуатировать его не только в режиме подпитки резервуаров и компрессора, но и в режиме выдавливания образовавшегося конденсата из скрубберов, не используя для этой цели насосов откачки, вследствие чего устраняются аварийные ситуации при откачке конденсата из скрубберов и сокращается потребность в обслуживающем персонале. Эксплуатация компрессора, приемный патрубок которого размещен выше верхней образующей скрубберов, позволяет избежать накопление и замерзание конденсата перед компрессором во время его остановки и ликвидировать аварийные ситуации при его последующем пуске.

Использованные источники

1. Коршак, А.А. Системы улавливания легких фракций нефти и нефтепродуктов из резервуаров / А.А. Коршак, И.Г. Блинов, В.Ф. Новоселов. - Уфа: Изд. Уфин. нефт. Института, 1991. - С. 32-35.

2. Пышков, Н.Н. Улавливание паров легких нефтепродуктов / Н.Н. Пышков, Т.Н. Самолаева, В.Б. Сохранский // Газовая промышленность. - № 2. - 2000. - 10 с.

3. Кириллов, Н.Г. Использование криогенных технологий для хранения нефти и нефтепродуктов / Н.Г. Кириллов // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - № 12. - 2004. - 17 с.

4. Пат. № 2283160 Российская Федерация, МПК B01D 5/00, B65D 90/30. Способ конденсации смеси паров / А.В. Головков, В.Н. Подвезенный; заявитель и патентообладатель КГТУ. - № 2005109872/15; заявл. 05.04.2005; опубл. 10.09.2006.

5. Пат. № 2300715 Российская Федерация, МПК F25J 1/00. Установка по улавливанию паров легких фракций углеводородов для автозаправочных станций и нефтебаз / Н.Г. Кириллов, А.В. Кириленко; заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «Инновационно-исследовательский центр «Стирлинг-Технологии». - № 2005138393/06; заявл. 09.12.2005; опубл. 10.06.2007.

6. Пат. № 2157718 Российская Федерация, МПК B01D 19/00, G05D 27/00. Установка улавливания легких фракций нефти и нефтепродуктов / В.П. Тронов, Р.З. Сахабутдинов, И.В. Савельева и др.; заявитель и патентообладатель Научно-технический центр «ЭКОТЕХ» - № 93038475/12; заявл. 27.07.1993; опубл. 20.10.2000.

Размещено на Allbest.ru