Расчет горизонтального электродегидратора установки ЭЛОУ

Размещено на http://allbest.ru

33

Содержание

Введение

1. Литературный обзор

1.1 Теоретические основы

1.2 Основные факторы и их влияние на процесс ЭЛОУ

1.3 Характеристики деэмульгаторов

1.4 Выбор и обоснование типа и конструкции основных аппаратов

2. Технологическая часть

2.1 Характеристика сырья и получаемых продуктов

2.2 Технологическая схема установки

2.3 Материальный баланс установки

2.4 Расчетно-технологическая часть

2.4.1 Расчет электродегидратора

2.5 Экологическая характеристика процесса

2.5.1 Экологически опасные факторы

2.5.2 Особенности безопасности на установке ЭЛОУ

2.5.3 Средства индивидуальной защиты работников

2.5.4 Обеспечение экологической безопасности

2.5.5 Охрана окружающей среды

Заключение

Список использованных источников

Введение

Обеспечение потребности страны в топливе и энергии - одна из важнейших проблем дальнейшего развития народного хозяйства. Доля добычи нефти и природного газа в структуре производства энергетических ресурсов сокращается.

В таких условиях важнейшей задачей развития нефтеперерабатывающей промышленности становится углубление переработки как основного фактора повышения эффективности использования нефти в народном хозяйстве.

При увеличении глубины переработки нефти, как показывают расчеты, в 1,2 - 1,4 раза по сравнению с современным уровнем расход нефти может быть уменьшен на 20 - 35%.

Решение подобной задачи возможно путем разработки гибких технологических схем глубокой переработки нефти на основе широкого применения термокаталитических процессов, а также путем оптимизации качества моторных топлив с целью расширения их ресурсов за счет увеличения доли отбора от нефти при прямой перегонке.

Установки подготовки и первичной переработки нефти - головные на нефтеперерабатывающих предприятиях и эффективность их работы во многом определяет технико-экономические показатели заводов в целом.

Наличие в поступающей на переработку нефти хлоридов и воды способствует хлористоводородной коррозии оборудования, приводит к длительным простоям технологических установок, сокращает срок службы дорогостоящих катализаторов, используемых во вторичных процессах, ухудшает качество товарных нефтепродуктов.

В связи с продолжающимся укрупнением нефтеперерабатывающих установок и широким применением вторичных процессов, жестче становятся требования, к содержанию хлоридов в нефти, поступающей на переработку.

При снижении содержания хлоридов до 5 мг/л из нефти удаляются такие металлы, как железо, кальций и магний; содержание ванадия снижается более чем в 2 раза. В настоящие время на многих нефтеперерабатывающих заводах переработке подвергаются нефти с содержанием хлоридов не более 3 мг/л.

Глубокое обессоливание нефти обеспечивает снижение коррозии, уменьшение отложении в аппаратуре, увеличение ремонтных пробегов установок, улучшения качества сырья для каталитических процессов, а также товарных продуктов -топлив, битума и электродного кокса.

С внедрением мощных комбинированных установок возрастают требования к надежности работы оборудования и, следовательно, необходимость более глубокой очистки нефти становится весьма актуальной. В настоящее время подготовка нефтей к переработке проводится в два этапа: на промысле и непосредственно на нефтеперерабатывающих предприятиях.

На промысле нефть подвергается обезвоживанию: при неизменной концентрации солей в воде (без разбавления пресной водой) содержание воды уменьшается с 5-50 до 0,5-10 % (масс).

При этом пропорционально снижается и содержание солей в нефти. Нефть, поступающая с промыслов на нефтеперерабатывающие заводы, должна соответствовать ГОСТ 9965-76.

На нефтеперерабатывающих заводах в результате подготовки нефти содержание в ней воды снижается до 0,1% (масс) и содержание солей до 3-5 мг/л. нефть переработка экологический установка

При содержании воды 0,1%(масс.) и ниже в нефти остаются только мельчайшие капли воды размером менее 4,3x10 ^-4 см. Время осаждения таких капель велико, скорость осаждения их составляет около 1,06x10 ^-7 м/с. Из-за низкой концентрации капель частота их столкновений и вероятность укрупнения весьма невелики. Указанное обстоятельство заставляет ограничится содержанием воды около 1%(масс.).

Таким образом, для достижения концентрации солей в нефти менее 5 мг/л необходимо уменьшить также соленость воды примерно в пять раз за счет разбавления ее пресной водой. После ЭЛОУ в нефти снижается также содержание никеля и ванадия в 1,5-3 раза. Однако не отмечается пропорциональность между степенью удаления хлоридов и тяжелых металлов.

1. Литературный обзор

1.1 Теоретические основы

Структура водонефтяной эмульсии представляет из себя следующее: нефть (дисперсионная среда), в которой находятся капли (глобулы) воды, покрытые сольватной оболочкой - концентратом высокомолекулярных полярных веществ нефти, называемых эмульгаторами. Наличие этого сольватного слоя создает как бы защитную «скорлупу» вокруг каждой глобулы воды, препятствующую слиянию глобул даже при самопроизвольном столкновении.

Процесс образования сольватных оболочек начинается сразу же в момент дробления воды на мелкие глобулы и продолжается в течение всего времени, пока существует эмульсия. Поэтому, чем больше прошло времени с момента образования эмульсии, тем толще сольватный слой эмульгирующих веществ вокруг капель воды и тем прочнее эта защитная оболочка, препятствующая коалесценции капель при их соударении. Кроме того, имеет значение и характер гидродинамических воздействий на поток нефти в процессе ее движения от места добычи к месту переработки (число перекачивающих насосов, длина и профиль трассы нефтепроводов, число задвижек и других местных сопротивлений по трассе и т. д.).

Интенсивность адсорбции эмульгаторов на поверхности глобул воды определяется тем, что глобулы имеют огромную межфазную поверхность (десятки квадратных метров в литре нефти). Поэтому на этой поверхности может адсорбироваться большое количество веществ, стабилизирующих эмульсию.

В зависимости от диаметра глобул эмульсии подразделяют на мелкодисперсные, среднедисперсные и грубодисперсные. Чем меньше диаметр глобулы, тем медленнее будет глобула оседать в массе нефти и тем более устойчивой будет эмульсия.

Разрушение водонефтяных эмульсий происходит постадийно:

столкновение глобул воды;

слияние глобул в более крупные капли;

выпадение капель.

Все существующие методы разрушения водонефтяных эмульсий подразделяются на три группы - механические, термохимические и электротермохимические.

Механические методы. Простейший из них - гравитационное отстаивание в сосудах большой емкости. Метод малопроизводителен и в чистом виде практически не применяется. Эффективность механического разделения эмульсии можно существенно повысить, если вместо сил гравитации использовать центробежную силу, т. е. подвергать эмульсию центрифугированию. Этот метод очень эффективен, но из-за сложного аппаратурного оформления широкого применения не получил, однако его успешно применяют в лабораторных условиях для разделения небольших масс нефтяных эмульсий.

К механическим методам разрушения можно отнести также и фильтрование через фильтры избирательной смачиваемости. Неприемлем для промышленного применения из-за быстрого выхода из строя фильтрующего элемента и необходимости частой его замены.

Термохимический метод. Сочетает в себе ввод в систему химического вещества - деэмульгатора - разрушающего защитную сольватную оболочку вокруг глобул воды, с осаждением коалесцированных капель воды в нагретой нефти. Метод позволяет существенно увеличить скорость осаждения капель за счет снижения плотности и вязкости нефти (нагрев до 60-100°С) и ускорения укрупнения капель за счет ослабления защитных оболочек и облегчения их коалесценции в процессе движения нефти.

Термохимический метод в чистом виде используют обычно на промыслах как метод обезвоживания нефти с небольшой глубиной обессоливания.

Электротермохимический метод. Сочетает в себе вышеописанный термохимический метод с интенсивным осаждением частиц воды в сильном электрическом поле и с интенсивной водной промывкой нефти. Это позволяет достичь глубокой очистки нефти от воды и минеральных солей.

1.2 Основные факторы и их влияние на процесс ЭЛОУ

Промышленный процесс обезвоживания и обессоливания нефтей, осуществляемый на установках ЭЛОУ, основан на применении методов не только химической, но и электрической, тепловой и механической обработки нефтяной эмульсии. Все эти методы направлены на разрушение сольватной оболочки и снижение структурно-механической прочности эмульсий, создание более благоприятных условий для укрупнения и коалесценции капель и ускорения процессов осаждения крупных глобул воды. Действие этих методов обработки эмульсий в комплексе позволяет обеспечить требуемую глубину обезвоживания и обессоливания.

Электрообработка эмульсий заключается в пропускании нефти через переменное электрическое поле промышленной частоты и высокого напряжения.

В результате индукции электрического поля диспергированные капли воды поляризуются и деформируются (вытягиваются) с разрушением защитных пленок, а в результате частой смены полярности электродов увеличивается вероятность их столкновения и укрупнения, а также и скорость осаждения глобул с образованием отдельной фазы. По мере увеличения глубины обезвоживания расстояние между оставшимися каплями увеличивается и коалесценция замедляется. Поэтому конечное содержание воды в нефти, обработанной в электрическом поле переменного тока, колеблется от следов до 0,1%. Коалесценцию оставшихся капель воды можно усилить повышением напряженности электрического поля до определенного предела.

При дальнейшем повышении напряженности поля ускоряются нежелательные процессы электрического диспергирования капель и коалесценция снова замедляется, поэтому применительно к конкретному типу эмульсий целесообразно подводить оптимальные размеры электродов и расстояние между ними.

Количество оставшихся солей в нефтях зависит как от содержания остаточной воды, так и от уровня ее засоленности. Поэтому с целью достижения глубокого обессоливания осуществляют промывку солей подачей в нефть оптимального количества промывной воды. При чрезмерном ее увеличении растут затраты на обессоливание и количество образующихся стоков. В этой связи с целью экономии пресной воды на ЭЛОУ многих нефтеперерабатывающих заводов успешно применяют двухступенчатые схемы с противоточной подачей промывной воды.

Тепловая обработка эмульсий заключается в подогреве до оптимальной для данной нефти температуры (60 - 150°С) в зависимости от ее плотности и вязкостно-температурной характеристики. Повышение температуры до определенного предела способствует интенсификации всех стадий процесса деэмульгирования: дестабилизации эмульсий в результате повышения растворимости природных эмульгаторов в нефти, возрастанию скорости осаждения капель воды в результате снижения вязкости и плотности нефти и тем самым уменьшению расхода деэмульгатора.

Обычно, как оптимальную в дегидраторах подбирают такую температуру, при которой вязкость нефти составит 2-4сст. Повышение температуры >120 ^оСнерационально, т. к. при этом увеличивается электрическая проводимость эмульсии и, соответственно, снижается напряженность электрического поля и увеличивается расход электроэнергии.

Кроме того, растет давление насыщенных паров и, как результат, давление в аппаратах. Повышение температуры обуславливает также дополнительные затраты на охлаждение воды, дренируемой из электродегидраторов, перед сбросом ее в канализацию. При повышении температуры нагрева нефти приходится одновременно повышать и давление, чтобы поддерживать жидкофазное состояние системы и уменьшить потери нефти и пожароопасность. Однако повышение давления вызывает необходимость увеличения толщины стенок аппаратов.

На технико-экономические показатели ЭЛОУ влияют также интенсивность и продолжительность перемешивания нефти с раствором деэмульгатора.

Так, для деэмульгаторов с малой поверхностной активностью, особенно когда они плохо растворимы в нефти, требуется более интенсивное и продолжительное перемешивание, но оно не должно быть таким, чтобы образовывалась высокодисперсная система, которая плохо осаждается.

Обычно перемешивание нефти с деэмульгатором ведется в сырьевом центробежном насосе, однако лучше иметь специальные смесительные устройства (диафрагмы, клапаны, вращающиеся роторы и т. д.).

Опыт работы ЭЛОУ показывает, что нефти, характеризующиеся низким рН содержащейся в них воды, при промывке пресной водой с подачей одного лишь деэмульгатора не поддаются глубокому обессоливанию. При обессоливании этих нефтей без дополнительных мер воздействия в них, как правило, остается 15-20 мг/л солей. При подаче же в указанные нефти, кроме деэмульгатора еще в щелочи в количестве, обеспечивающем нейтральную среду водной фазы, достигается более полное удаление солей.

Присутствие в нефти веществ, имеющих кислотный характер и частичный переход их в водную фазу эмульсии и приводит к снижению эффективности обессоливания нефти, несмотря на применение высокоэффективных неионогенных деэмульгаторов, обеспечивающих при любом рН сравнительно полное обезвоживание нефти. Даже в этом случае в нефти могут оставаться наиболее мелкие капельки соленой пластовой воды.

При подаче щелочи до получения рН водной фазы, равного 7-8, улучшается процесс обезвоживания нефти.

Установлено, что и при обессоливают нефтей с низким рН выделяемой воды подача щелочи улучшает процесс, обеспечивая более полное удаление из нефти капелек соленой воды, а следовательно, и более глубокое ее обессоливание.

1.3 Характеристики деэмульгаторов

Деэмульгаторы - это химические вещества, разрушающие защитную сольватную оболочку вокруг глобул воды нефтяной эмульсии.

Роль деэмульгатора в процессе обессоливания нефти заключается в разрушении бронирующего слоя, окружающего капельки пластовой воды, и предотвращении его образования вокруг капелек вновь подаваемой в нефть промывной воды. Количество деэмульгатора, необходимого при обессоливании нефти на ЭЛОУ зависит от многих факторов: от природы нефти, степени ее подготовки на промыслах и количества деэмульгатора, оставшегося в нефти после этой подготовки, от эффективности применяемого деэмульгатора, а также от технологического режима работы ЭЛОУ.

С повышением температуры обессоливания нефти необходимый расход деэмульгатора снижается. С повышением же подачи промывной воды и увеличением степени ее перемешивания с нефтью, а также с увеличением числа ступеней обессоливания требуемый расход деэмульгатора повышается.

При увеличении подачи воды, как и при усилении перемешивания, обусловливающего более высокую дисперсность эмульсии, образуется большая межфазная поверхность, поэтому и требуется больше деэмульгатора.

Повышение расхода деэмульгатора с увеличением числа ступеней обессоливания связано с тем, что часть деэмульгатора переходит в водную фазу и выводится из нефти вместе с дренажной водой. Количество переходящего в воду деэмульгатора зависит от коэффициента его распределения в системе нефть - вода и от количества подаваемой воды. Чем ниже этот коэффициент и чем больше воды подается в каждую ступень, тем больше деэмульгатора вымывается из нефти в каждой из них. Поэтому количество деэмульгатора, необходимого для обеспечения устойчивой работы всех ступеней ЭЛОУ тем выше, чем больше ступеней обессоливания на установке.

Деэмульгатор подают в нефть либо отдельно от промывной воды, вводя его до точки ее подачи в нефть, либо вместе с водой, закачивая его в подаваемую в нефть воду.

Ввод деэмульгатора перед подачей промывной воды осуществляют с тем, чтобы предотвратить образование слишком стойкой эмульсии при перемешивании нефти с водой без деэмульгатора.

Подавая деэмульгатор вместе с промывной водой, считают, что это может способствовать повышению степени обессоливания вследствие снижения поверхностного натяжения на границе раздела нефть - вода и образованию при перемешивании более высокодисперсной эмульсии, а следовательно, более полному контактированию высокодисперсной пластовой воды с промывной водой. В тех случаях, когда воду подают на прием сырьевого насоса, используя его как смеситель, деэмульгатор также подают на прием насоса, вводя его в нефть до подачи воды или вместе с водой.

Существует два типа деэмульгаторов- неэлектролитные и коллоидного типа.

Неэлектролитные деэмульгаторы. К ним относятся органические вещества (бензол, спирты, бензиновые фракции, керосин), растворяющие эмульгаторы нефти и снижающие при этом ее вязкость. Это способствует быстрой коалес-ценции капель воды и их осаждению. Эти деэмульгаторы используют в основном в лабораторной и исследовательской практике. В промышленной технологии обезвоживания нефти неэлектролиты не применяют из-за большого расхода и высокой стоимости, а также из-за сложности их отделения от нефти после осаждения воды.

Деэмульгаторыколлоидного типа. Они получили наибольшее применение в промышленности. Деэмульгаторы коллоидного типа бывают трех видов - анионоактивные, катионоактивные и неионогенные.

Анионоактивные (сульфанол, сульфоэфиры, карбоновые кислоты) в присутствии воды диссоциируют на отрицательно заряженные ионы углеводородной части и положительные ионы металла или водорода.

Катионоактивные в присутствии воды распадаются на положительно заряженный радикал и отрицательно заряженный остаток кислоты. В качестве деэмульгаторов используются очень редко.

Неионогенные деэмульгаторы ионов в водных средах не образуют. Они нашли самое широкое применение в технологии обезвоживания нефтей. По растворимости в воде их можно разделить на водорастворимые, водонефтерастворимые и нефтерастворимые.

К водорастворимым относятся оксиэтилированные жидкие органические кислоты (ОЖК), алкилфенолы (ОП-10 и ОП-30), а также органические спирты (неонол, синтанол, оксанол). Они частично вымываются дренажной водой, что увеличивает их расход на обессоливание. В процессе деэмульгации нефти этидеэмульгаторы на 75-85% переходят в дренажную воду, загрязняя тем самым стоки установки, что требует более глубокой их очистки.

К водонефтерастворимым неионогенным деэмульгаторам относят блок-сополимеры этилен- и пропиленоксидов (дисольван4411, проксанол 186 и 305, проксамин 385, сепаролWF-25 и др.). В процессе разрушения эмульсий они на 30-60% переходят в дренажную воду, а остальная часть остается в нефти.

Нефтерастворимые деэмульгаторы образуют в нефти истинные или коллоидные растворы и почти совсем не растворяются в воде. В дренажную воду они переходят на 10-15%. К этим деэмульгаторам относятся дипроксамин 157, оксафоры 1107 и 43, прохинор 2258 и др.

Обычно деэмульгаторы (кроме водорастворимых) подают в нефть только на первую ступень, на прием сырьевого насоса. Принимают, что коэффициент распределения реагента в эмульсии постоянен, независимо от его концентрации.

1.4 Выбор и обоснование типа и конструкции основных технологических аппаратов

Электродегидраторы. Основными аппаратами ЭЛОУ являются электродегидраторы. Они могут быть различными по устройству (шаровые, вертикальные, цилиндрические), но наиболее эффективной и получившей наибольшее распространение конструкцией стали горизонтальные электродегидраторы ВНИИ Нефтемаш типа 2ЭГ 160. Преимущества их по сравнению с использовавшимися ранее шаровыми и вертикальными электродегидраторами следующие:

- высокая удельная производительность;

- более благоприятные условия осаждения (конструктивные особенности электродегидратора способствуют снижению линейной скорости вертикального движения нефти, за счет этого водяным каплям легче осаждаться);

- меньшая стоимость за счет сравнительно небольшого диаметра электродегидраторов, способных работать при повышенных давлениях и температурах;

- меньшее количество электрооборудования и более простая электрическая схема.

Разрушение эмульсии и отделение воды от нефти в электрическом поле высокого напряжения ведется последовательно в двух электродегидраторах.

Исходя из характеристик сырой нефти определяется рабочая температура обессоливания и обезвоживания. Обычно температуру процесса повышают для наиболее интенсивного разрушения эмульсии "вода - нефть", т.к. стабильность пленки, защищающей каплю, снижается. Также с увеличением температуры снижается и расход деэмульгатора.

Обессоливание и обезвоживание в электродегидраторе проводится только в жидкой фазе, выбранные параметры работы электродегидратора должны предотвратить образование газовой фазы, для чего давление в электродегидраторах должно быть выше упругости паров в сырой нефти при рабочей температуре процесса.

Разделение водного слоя и нефти осуществляется в поле высокого напряжения, создаваемого в электродегидраторе специальными устройствами.

В этом поле происходит разрушение эмульсии, и вода, за счет разности удельных весов, собирается внизу аппарата и через соответствующий коллектор уходит с низа электродегидратора. Очищенная от воды и солей нефть также через коллектор сбора выходит сверху электродегидратора в дальнейшую технологическую схему.

В корпусе расположены распределитель сырья, представляющий собой центральный коллектор с вертикальными отводами, снабженными на концах распределительными головками, которые расположены в зоне с высокой напряженностью электрического поля между нижним и средним электродами; и горизонтальными отводами, имеющих перфорацию.

Также корпус аппарата включает три плоских горизонтальных электрода, сборник обессоленной нефти, расположенный вверху и состоящий из коллектора и перфорированных отводов.

Дренажный коллектор для ввода соленой воды снизу, используют также периодически для промывки аппарата. Для этого в него подают под давлением воду, которая смывает грязь и выводится через штуцеры откачки воды.

Нижний и верхний электроды подвешены на общих изоляторах типа ПФ6-В и питаются от двух общих трансформаторов. Средний электрод имеет свою систему поддерживающих изоляторов типа ПФ6-В и трансформаторов.

Изоляторы изготовлены из фторопласта-4 или фарфора.

На электродегидраторах устанавливают трансформаторы типа ТМД-160/20 номинальной мощностью 160 кВт или ОМ-66/35 с номинальным напряжением 0,38/11-16,5-22 кВ и мощностью 40-50кВт, повышающие напряжение первичной трехфазной цепи 380В до 20 кВ на двухфазной вторичной цепи. Проходные изоляторы типа 2ИПФР используются для подачи напряжения к электродам.

Электрическая проводимость сырой нефти при 100°С приблизительно рав-на 3,8-10⁸ Ом/см³ . Расход электроэнергии на таких установках составляет примерно 5,0 кВна 1000м³ перерабатываемой нефти. На промышленных установках напряженность электрического поля составляет 800 - 2000 В/см².

Теплообменные аппараты. Подогрев сырья на установке ЭЛОУ осуществляется теплом фракций, отходящих с установки АВТ_, осуществляется в теплообменных аппаратах, в качестве которых выбраны кожухотрубчатые теплообменники с плавающей головкой типа ТП (ГОСТ 14246). Они являются наиболее распространенными и часто используемыми.

Кожухотрубчатые теплообменники с плавающей головкой сочетают в себе преимущество теплообменных аппаратов с неподвижными трубными решетками (прямые трубки, удобные для очистки; свободное расширение трубного пучка, не связанного жестко с кожухом). Для того чтобы повысить коэффициент теплоотдачи в межтрубном пространстве за счет поперечного омывания труб в пучке, установлены перегородки.

Кожухотрубчатые теплообменники с плавающей головкой позволяют компенсировать разные температурные удлинения кожуха и трубного пучка, возникающие за счет значительных разниц температур горячего и холодного теплоносителей, а также в них можно чистить от загрязнений как внутреннюю поверхность трубок, так и межтрубное пространство. Обычно более загрязненный теплоноситель в этих аппаратах подают в трубное пространство, т. к. внутреннюю поверхность трубок сравнительно легко очищать от загрязнений.

Емкости-отстойники. На установке по обессоливанию и обезвоживанию по условиям технологического процесса требуется разделение солевых стоков электрдегидратора. Процесс осуществляется в сепараторах-отстойниках.

Сепараторы-отстойники бывают различных типов: пар-жидкость, жидкость-жидкость, газ-жидкость-жидкость. В зависимости от назначения применяют как вертикальные, так и горизонтальные отстойники, при этом упор в последние годы делают на горизонтальные отстойники из-за большей площади отстоя, большего объема и возможности монтажа на обслуживающих площадках и постаментах.

В качестве емкостей-отстойников на установке по обессоливанию и обезвоживанию используют двухфазные горизонтальные сепараторы «жидкостъ-жидкостъ».

Насосы. В качестве насосов используют центробежные насосы, в которых напор перекачиваемой жидкости создается вращающемся рабочим колесом, имеющим лопатки специального профиля. Привод центробежных насосов осуществляется от электродвигателей. Количество подаваемой жидкости изменяют перекрытием сечения трубопровода на выкиде насоса (задвижкой в ручную или регулирующим клапаном системы автоматического регулирования). Обслуживание центробежных насосов состоит в систематического контроля за давлением на напорной линии, подачей воды на охлаждение подшипников, отсутствием течей и вибраций.

2.Технологическая часть

2.1 Характеристика сырья и продуктов процесса

Планирование нефтепереработки, проектирование нефтеперерабатывающих заводов, правильная их эксплуатация и постоянное совершенствование технологии процессов требуют глубокого знания сырья и его потенциальных возможностей. Большую помощь в этом оказывают данные лабораторных исследований.

Таблица 2.1 - Физико-химическая характеристика Покровской нефти

Наименование	Значения
Плотность при 20 0С	813,4
Коксуемость, %	0,64
Зольность, %	0,012
Фракционный состав, 0С
н.к.	67
10%	131
20%	155
30%	186
40%	230
50%	267
60%	308
70%	345
80%	350 (72%)
Выход до 120 0С, % масс.	12,8
Выход до 200 0С, % масс.	34,0
Выход до 350 0С, % масс.	74,2
Остаток выше 350С	25,8
Мех. примеси, % масс.	0,0031
ДНП, кПа	1,44
Кин. вязкость при 500С 200С	2,27 3,48
Содержание хлористых солей, мг/дм3 в сырой нефти	25,6
на входе в АТ	0,6
Содержание парафинов, % масс.	3,6
Содержание серы общей, % масс.	0,19
Размер частиц дисперсной фазы (дисперсных частиц) при н.у., нм	152
Концентрация ПМЦ*1017 , спин/г	2,5

Таблица 2.2- Характеристика свежей (фильтрованной) воды, поступающей на ЭЛОУ

Показатели	Значения
Жесткость, мг экв/л	3,1
Щелочность, мг экв/л	2
Содержание солей, мг/л	150
в т. ч. хлориды, мг/мл	30,4
сульфаты, мг/мл	39,5
Fe, мг/мл	290
Взвешенные вещества, мг/мл	40
рН	7,05
Силикаты, мг/мЗ	0,4

2.2 Технологическая схема установки

Сырая нефть насосом 1 прокачивается через теплообменники 2, паровые подогреватели 3 (на комбинированной установке ЭЛОУ--AT через теплообменники боковых погонов) и с температурой 110--120 °С поступает в электродегидратор I ступени 4.

Перед насосом / в нефть вводится деэмульгатор, а после подогревателей 3 -- раствор щелочи, который подается насосом 7.

Кроме того, в нефть добавляется отстоявшаяся вода, которая отводится из электродегидратора П ступени и закачивается в инжекторный смеситель 5 насосом 13. С помощью насоса 8 предусмотрена также подача свежей воды.

В инжекторном смесителе 5 нефть равномерно перемешивается со щелочью и водой.

Раствор щелочи вводится для подавления сероводородной коррозии для нейтрализации кислот, попадающих в нефть при кислотной обработке скважин, а вода -- для вымывания кристаллов солей.

Нефть поступает в низ электродегидратора 4 через трубчатый распределитель 21 с перфорированными горизонтальными отводами.

Обессоленная нефть выводится из электродегидратора сверху через коллектор 19, конструкция которого аналогична конструкции распределителя.

Благодаря такому расположению устройств ввода и вывода нефти обеспечивается равномерность потока по всему сечению аппарата.

Отстоявшаяся вода отводится через дренажные коллекторы 22 в канализацию или в дополнительный отстойник 12 (в случае нарушения в электродегидраторе процесса отстоя).

Из отстойника насосом 14 жидкая смесь возвращается в процесс. Из электродегидратора I ступени сверху не полностью обезвоженная нефть поступает под давлением в электродегидратор II ступени.

В диафрагмовом смесителе 10 поток нефти промывается свежей химически очищенной водой, подаваемой насосом 8.

Вода для промывки предварительно нагревается в паровом подогревателе 9 до 80--90 °С; расход воды составляет 5--10 % (масс.) на нефть.

Обессоленная и обезвоженная нефть с верха электродегидратора II ступени отводится с установки в резервуары обессоленной нефти, а на комбинированных установках она нагревается и подается в ректификационную колонну атмосферной установки.

Уровень воды в электродегидраторах поддерживается автоматически. Часть воды, поступающей в канализацию из электродегидраторов I и II ступеней, проходит смотровые фонари 15 для контроля качества отстоя.

2.3 Материальный баланс установки

Таблица 2.3 - Материальный баланс установки ЭЛОУ

Наименование		Показатели
	%мас	т/год	т/сут	кг/ч
1. Нефть сырая,	100	500000	1449,27	60386,25
2. Свежая вода	0,30	1500	4,35	181,25
3.Вода циркуляционная	0,50	2500	7,25	302,08
ИТОГО	100,80	504000	1460,87	60869,58
1.Нефть обессоленная	99,70	498500	1444,93	60205,41
2. Солевые стоки	1,10	5500	15,94	664,17
ИТОГО	100,80	504000	1460,87	60869,58

2.4 Расчетно-технологическая часть

2.4.1 Расчет электродегидратора

В соответствии с ГОСТ 9965-76 нефть относится ко II группе. Из этого следует, что электрообессоливание нужно проводить двухступенчато. При двухступенчатом электрообессоливании применяют две схемы подачи промывной воды - последовательную (1) и противоточную (2):



На схеме не указаны потоки нефти и деэмульгаторов, т.к. для расчета расхода промывной воды необходима характеристика только водных потоков:

С_в.н , С'_в.н., С^//_в.н. - содержание воды в нефти, поступающей на ЭЛОУ, выходящей из I и 11 ступеней, соответственно, % масс, на нефть;

G^/_д.в., G^//_д.в. - расход дренажной воды из I и 11ступеней ЭЛОУ, % масс, на нефть;

G^/_в., G^//_в. - расход воды на промывку в I и 11ступени, % масс на нефть;

С_с - концентрация солей в соответствующих потоках воды, г/м³.

Задаемся следующими параметрами:

производительность ЭЛОУ по сырью G (кг/ч);

качество сырья перед ЭЛОУ - содержание воды в нефти С_в.н. (% масс.) и содержание солей в нефти С_с.н. (г/м³);

качество сырья после ЭЛОУ - содержание воды в нефти С^//_в.н. (% масс) и содержание солей в нефти С^//_с.н. (г/м³);

содержание солей в промывной воде С_с.пр.. (г/м³);

содержание воды в нефти после обессоливания С^/_в.н. (0,25 % масс).

Определим расход свежей воды при обессоливании нефти до остаточного содержания воды С^/_в.н.= 0,1 % и солей С^//_С.н.= 2 мг/л.

Исходные данные:

плотность нефти рн = 841,6 кг/м³, С_в.н. = 0,4 % масс, С_с.н. = 28,2мг/л.

Пересчитаем содержание солей в пластовой воде С_с.в. и на выходе из ЭЛОУ С_св (мг/л):

С_с.в. = (2.1)

С_с.в. = = 9000 мг/л

С^//_с.в.= (2.2)

С^//_с.в. = = 3000мг/л

1.Подача промывной воды по схеме 1.

Расчетное уравнение решается, как обычное квадратное уравнение, а именно:

(2.3)

(2.4)

Таким образом общий расход промывной воды равен G_в=2*G^/_в =2*0,12= 0,24%.

2.Подача промывной воды по схеме 2.

Решаем расчетное уравнение как квадратное уравнение:

Как видно из расчетов, расход промывной воды по схеме 2 меньше расхода ее в схеме 1. Принимаем противоточную схему подачи промывной воды.

Далее определим максимальную производительность электродегидратора для обессоливания нефти.

Исходные данные:

G= 400000 т/год = 48309,18 кг/ч = 53,8 м³/ч,

диаметр наименьших капель воды, осаждающихся в отстойнике, d=3,l*10^-4м

Принимаем в качестве электродегидратора стандартный аппарат - горизонтальный цилиндрический отстойник типа 2ЭГ50-2 следующих размеров: ширина L = 8,2 м, диаметр D= 3,4 м.

Максимальная поверхность осаждения в таком аппарате равна: S=LD =8,2*3,4 = 27,88 м².

Обычно температуру процесса повышают для наиболее интенсивного разрушения эмульсии "вода - нефть", т.к. стабильность пленки, защищающей каплю, снижается. Также с увеличением температуры снижается и расход деэмульгатора.

Примем температуру процесса обессоливания и обезвоживания равной 98°С.

Кинематическая вязкость нефти при температуре 98°С составляет v₉₈^=: 0,38 мм²/с,

плотность нефти при 98 °С

р_н= р²⁰₄ - a*(t - 20)= 0,8016 - 0,000765(98 -20) = 0,7419 г/м³ =741,9 кг/м³,

плотность воды при 100°С р_в= 958 кг/м³.

Пусть Re < 0,4.

Тогда скорость осаждения капелек воды u_пок в неподвижной среде при ламинарном характере движения (Re от 2 до 10^-4) определяется формулой Стокса:

u_пoк⁼ d² *g*(p_в - р_н) / 18 * v_н * p_н (2.7)

u_пoк⁼

Определяем значение критерия Re по формуле:

Re = u_пок * d / v_н (2.8)

Re= 0,002 * 3,1 * 10^-4 / (0,38 *10 ^-6) = 1,6

т.е. Re <0,4, следовательно, использование формулы Стокса для определения u_пок справедливо.

Скорость движения нефти u_н при нижней ее подаче определяется из формулы

(2.9)

где т - время пребывания нефти в электродегидраторе, равное 5 мин = 0,083ч,

h_э - высота слоя эмульсии, м.

h_э=0,5*D-h₁ (2.10)

где h₁ - расстояние от дна электродегидратора до поверхности раздела фаз, равное 1м.

h_э= 0,5 * 3,4 -1= 0,7м

u_і=h_y/ф (2.11)

u_н = 0,7 / 0,083 =8,5 м/ч = 0,0024м/с.

Фактическая скорость осаждения капелек воды в потоке поднимающейся нефти составит:

u_факг= 0,0028-0,0024= 0,0004 м/с.

Производительность аппарата:

G= u_факт * S = 0,0004 * 27,88= 0,01 м³/с= 40 м³/ч.

Число параллельно работающих электродегидраторов:

n = 50/40 =1,25

Принимаем n = 1 дегидратора.

Ниже приводятся основные показатели процесса обессоливания и обезвоживания, принятые для осуществления процесса:

рабочее давление электродегидратора 1,3 МПа

рабочая температура 98°С

В соответствии с вышеизложенным выбираем стандартный электродегидратор типа 2ЭГ160-2. Характеристики этого электродегидратора приведены в таблице 2.4.

Таблица 2.4 - Характеристики электродегидратора 2ЭГ160-2

Тип	V, м3	D, м	L(H), м	Ррасч.,МПа	tраб 0 С	n электродов	G,m3/ч	G/V, м3/(м3/ч)	S/V
2ЭГ 50-2	50	3,4	8,2	1,8	100	3	<130	1,5-3,0	0,4

2.5 Экологическая характеристика процесса

2.5.1 Экологически опасные факторы

При эксплуатации установки возникает возможность экологического загрязнения окружающей среды.

Основными опасными факторами экологического загрязнения являются организованные и неорганизованные выбросы в атмосферу и стоки установки.

Выбросы и утечки жидких и газообразных продуктов в рабочей зоне возможны при нарушении технологического режима, неисправности оборудования, арматуры, средств контроля и автоматизации.

Для отведения и очистки сточных вод на установке сооружаются до трех различных систем канализации с большим числом объектов по очистке воды от загрязнений.

В комплекс очистных сооружений включаются: коллекторы самотечной канализации большой протяженности с многочисленными колодцами, нефтеловушки, аварийные амбары, пруды-накопители и усреднители, фильтры, резервуарные парки для улавливания нефтепродуктов, установки для отделения ловушечных эмульсий, установки для карбонизации щелочных сточных вод, станции смешения и нейтрализации, биофильтры, и т. д..

Сточные воды служат источниками загрязнения и поднятия уровня почвенных вод, в которые они могут проникать и из-за недостаточной герметичности очистных сооружений и стыков труб сетей промышленной канализации.

Для сокращения сброса нефтепродуктов в общезаводскую канализацию рекомендуется дооборудовать установки по подготовки нефти отстойниками-электроосадителями. При проектировании установки необходимо исследовать возможность сооружения локальных замкнутых систем сбора и очистки сточных вод с последующим их использованием в производстве.

2.5.2 Особенности безопасности на установке ЭЛОУ

Увеличение производительности установки приводит к увеличению валовых выбросов, но это практически не отражается на величине приземных концентраций на границе санитарно-защитной зоны и не оказывают никакого влияния на окружающую среду в населенных пунктах.

Верхняя площадка на электродегидраторах, где расположены трансформаторы и реактивные катушки, имеет сетчатое и решетчатое ограждения.

На лестнице, служащей для подъема на электродегидратор, предусматривается блокировочное устройство, отключающее главную цепь электропитания при открытии дверцы лестницы. Устройства для отключения напряжения при понижении уровня нефти в электродегидраторе имеет каждый из этих аппаратов.

Ремонт оборудования, установленного на верхней площадке и внутри электродегидратора, можно производить только после снятия напряжения, проверки отсутствия напряжения на стороне высшего напряжения трансформаторов.

Поскольку при эксплуатации ЭЛОУ применяется концентрированная щелочь, обслуживающий персонал должен знать и соблюдать правила работы с агрессивными жидкостями. У аппаратов, содержащих щелочь, должны находиться фонтанчики для смывания струей воды, попавшего на тело раствора.

Дренирование воды из электродегидраторов автоматизируется и производится закрытым способом в обособленную систему канализации.

Для предотвращения возможной ситуации поражения человека электрическим током, а также для защиты от коротких замыканий необходимо выполнить защитное зануление оборудования.

Для зашиты от проявления зарядов статического электрического необходимо выполнить отвод зарядов путем заземления корпусов оборудования и коммуникаций.

Для сооружений, по взрывоопасности отнесенных к классу В-1 г, предусматривается молниезащита III категории от прямых ударов молний.

2.5.3 Средства индивидуальной защиты работников

Для предотвращения несчастных случаев, заболеваний и отравлений, связанных с производством, весь обслуживающий персонал установки обеспечивается следующими средствами защиты:

специальная одежда из хлопчатобумажной ткани;

ботинки кожаные;

рукавицы комбинированные;

каска защитная;

средства первой медицинской помощи;

изолирующий противогаз.

Одежда должна носиться в застегнутом виде, она не должна иметь свисающих концов. Для здоровья имеет важное значение соблюдение правил личной гигиены. Каждый работник должен производить тщательную уборку своего рабочего места. Хранение собственной одежды и специальной формы производится в специальных шкафчиках.

2.5.4 Обеспечение экологической безопасности

Для защиты воздушного бассейна на установке предусмотрены следующие природоохранные мероприятия:

- технологический процесс осуществляется в герметически закрытой аппаратуре;

- все предохранительные клапаны выполнены со сбросом в закрытую систему:

а) предохранительные клапаны электродегидраторов - в сырьевую буферную емкость;

б) тепловые предохранительные клапаны теплообменников - в сырьевую буферную емкость;

в) предохранительный клапан буферной емкости - на факел.

- предусмотрена одна система предохранительных клапанов;

- для перекачки ЛВЖ используются центробежные насосы со специальными уплотнениями;

- все расчетные давления аппаратов и трубопроводов приняты на 20 %, но не менее чем на 3 бар выше рабочего;

- для уменьшения содержания нефтепродуктов до 10 мг/л в выводимых с установки стоках ЭЛОУ предусмотрен специальный современный водонефтяной сепаратор.

Определение степени загазованности воздушной среды в местах возможного выделения токсичных и взрывоопасных веществ производится автоматическими газоанализаторами и газосигнализаторами, а при их отсутствии переносными полуавтоматическими приборами, лабораторными методами. Содержание вредных газов и паров в воздухе не должно превышать ПДК, установленных санитарными нормами.

С целью уменьшения загрязнения окружающей среды в результате монтажных, ремонтных и наладочных работ необходимо предусмотреть на рабочих местах специальные контейнеры для сбора отходов, возникших при выполнении данных работ. Основными отходами будут являться:

- металлическая, стружка;

- изделия на основе органических полимеров;

- пластмассы;

- остатки проводов, кабеля;

- ветошь для удаления краски.

В связи с этим мероприятия по утилизации отходов являются также защитой от некоторых вредных, опасных и аварийных факторов.

2.5.5 Охрана окружающей среды

Под окружающей человека средой понимают совокупность «чистой» природы и среды, созданной человеком, - распаханные поля, сады и парки, обводненные пустыни и полупустыни, осушенные болота, крупные города с особым микроклиматом, водоснабжением, большим оборотом различных органических и неорганических веществ и т.д.

Научно-технический прогресс обеспечил создание грандиозного по масштабам производства сельскохозяйственной и промышленной продукции. Одновременно ухудшилось состояние окружающей среды за счет загрязнения атмосферы, водоемов и почвы твердыми, жидкими и газообразными отходами. Дальнейшее ухудшение состояния экосферы может привести к далеко идущим отрицательным для человечества последствиям. Поэтому охрана природы, защита ее от загрязнений стала одной из важнейших глобальных проблем.

Природа - целостная система с множеством сбалансированных связей. Нарушение этих связей приводит к изменениям в установившихся в природе круговоротах веществ и энергии. Развитие промышленности вызвало серьезные нарушения в круговороте ряда веществ, например диоксида углерода, серы, азота и др. В настоящее время в результате большого количества отходов промышленного, сельскохозяйственного и бытового происхождения нарушаются условия, позволявшие природе в прошлом успешно справляться с утилизацией отходов с помощью бактерий воды, воздуха, воздействия солнечного света.

По оценке Всемирной организации здравоохранения, в практике используется свыше 500 тыс. химических соединений из 6 млн. известных, из них около 40 тыс. обладают вредными для человека свойствами, а 12 тыс. являются токсичными.

Наибольший удельный вес загрязнений атмосферы приходится на долю оксидов углерода, серы и азота, углеводородов и промышленной пыли. В атмосферу ежегодно выбрасывается 150 млн.т диоксида серы (SO₂), 50 млн.т оксидов азота, 200 млн.т оксида углерода (СО), более 50 млн.т различных углеводородов и 20 млрд.т диоксида углерода (СО₂).

Насыщение биосферы тяжелыми металлами - одно из наиболее опасных. Например, 80...90% добываемого свинца и ртути ежегодно рассеивается в воздухе, воде и почве. При сжигании угля в окружающую среду с золой поступает магния в 1,5 раза больше, чем добывается из недр, молибдена в 3 раза, ртути в 50 раз, кобальта в 15, гелия, германия в тысячи раз. Все эти металлы поступают в организм человека с продуктами питания, питьевой водой, воздухом.

Огромное количество отходов попадает в почву, самоочищения которой практически не происходит, токсические вещества накапливаются, что приводит к постепенному изменению химического состава почвы, нарушению единства геохимической среды и живых организмов.

Наибольшее количество выбросов дают предприятия производства электроэнергии - 29%, черная и цветная металлургии - 24 и 10,5% соответственно, нефтехимия -15,5, автотранспорт- 13,3%.

В целях сокращения выбросов в атмосферу для каждого вещества установлены две нормы: максимальная разовая предельно допустимая концентрация (ПДК), мг/м³, и среднесуточная ПДК. Считается, что концентрация веществ ниже нормы ПДК не оказывает вредного воздействия на человека.

Заключение

В дипломном проекте осуществлено проектирование блока ЭЛОУ установки ЭЛОУ-АВТ Покровской нефти производительностью 500 тыс. тонн в год.

В литературном обзоре рассмотрены теоретические основы процесса и факторы, влияющие на процесс.

В технологической части была выбрана схема установки обессоливания нефти с последовательной системой подачи воды, которая позволила сократить расход свежей воды, увеличить эффективность процесса и снизить затраты на производство обессоленной нефти, рассчитан электродегидратор, а также приведены экологические характеристики процесса.

Список использованных источников

1 Сафиева Р.З. Физикохимия нефти М.: Химия, 1998, 448с.

2 Химия нефти / п.ред. З.И. Сюняева. Л.: Химия, 1984, 360 с

3 Нефтяные дисперсные системы / З.И. Сюняев, Р.З. Сафиева, Р.З. Сюняев. М.: Химия, 1990, 226с.

4 Туманян Б.П. Научные и прикладные аспекты теории нефтяных дисперсных систем. М.:ООО «ТУМА ГРУПП». Издательство «Техника», 2000. - 336 с.

5 Ахметов С. А. Технология глубокой переработки нефти и газа: Учебное пособие для вузов. Уфа: Гилем, 2002. 672 с.

6 Мановян А.К. Технология первичной переработки нефти и природного газа. М.: Химия, 2001. 568 с.: ил.

7 Гуревич И. Л. Общие свойства и первичные методы переработки нефти и газа. М.: Химия, 1972. 360 с.

8 Справочник нефтепереработчика. Справочник. /Под ред. Г.А. Ластовкина. Е.Д. Радченко, М.Г. Рудина. Л.: Химия, 1986. 648 с., ил.

9 Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов. /Под ред. П.Г. Романкова. Л.: Химия, 1987. 576 с., ил.

10 Рудин М. Г., Драбкин А. Е. Краткий справочник нефтепереработчика. Л.: Химия, 1980. 328 с.: ил

11 Панов Г. Е., Петряшин Л. Ф., Лысяный Г. Н. Охрана окружающей среды на предприятиях нефтяной и газовой промышленности. М.: Недра, 1986. 244 с.

Размещено на Allbest.ru

...