УСТАНОВКА ПОДГОТОВКИ ТОВАРНОЙ НЕФТИ

Описание полезной модели
Установка предназначена для переработки нефтяного сырья и получения товарной нефти и может быть использована в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности.
Известно, что в нефтяном сырье, после поступления его из скважины, содержатся тонкодисперсная водонефтяная эмульсия, свободная вода и попутный газ в растворенном и свободном состоянии. Для получения товарной нефти необходимо организовать разделение фаз (нефти, воды, газа) и разрушить при этом устойчивую водонефтяную эмульсию.
Наиболее распространенным методом разрушения водонефтяной эмульсии является ее термическая обработка путем прямого или косвенного нагрева и последующее гравитационное разделение.
Известен способ обезвоживания нефти и нефтепродуктов (патент RU №2233310, кл. C10G 33/00, 2003), заключающийся в том, что емкость с установленным в ней подогревателем периодически заполняют нефтяным сырьем, содержащим водонефтяную эмульсию и свободную воду, нагревают его до температуры 50-55°С для разложения водонефтяной эмульсии, а свободную воду и воду, выделившуюся из эмульсии, выпаривают с помощью водоструйного эжектора, создающего над уровнем жидкости разрежение, с последующей конденсацией водяного пара в смесительной камере эжектора. Данный способ имеет ряд существенных недостатков, в том числе:
- цикличность работы (заполнение емкости сырьем - вакуумирование емкости - выпаривание воды - слив обезвоженной нефти), снижающая производительность установки;
- длительный цикл термической обработки разовой заправки емкости вследствие того, что циркуляция среды осуществляется только за счет естественной конвекции;
- не предусмотрено отделение жидкой фазы сырья от попутного газа, а следовательно, необходима предварительная сепарация газа в отдельном устройстве;
- не решен вопрос отвода и последующего полезного использования легкокипящих фракций нефти, выделяющихся при ее нагреве.
Известны установки подготовки нефти с прямым подогревом, выполненные в виде горизонтальной емкости с патрубком ввода водогазонефтяной смеси. Емкость разделена поперечными переливными перегородками на секцию предварительной очистки с одной или несколькими жаровыми трубами, в которой осуществляется сепарация попутного газа и свободной воды и нагрев водонефтяной эмульсии с разложением последней на нефть и воду, и секцию отстоя и тонкой очистки нефти и воды, снабженную различного вида коалесцирующими насадками (см., например, Полезные модели RU №31338, кл. В01D 17/04, 2003 и RU №42961, кл. В01D 17/04, 2004). Недостатками таких установок являются следующие:
- малая эффективность разделения водонефтяной эмульсии на составляющие компоненты из-за недостаточно интенсивной циркуляции эмульсии и неравномерного ее нагрева;
- размещение нагревателя - жаровой трубы - непосредственно в технологической емкости создает высокую пожароопасность, а также приводит к интенсивному отложению кокса и накипи солей на поверхности жаровой трубы, следствием чего является ухудшение теплообмена, локальный перегрев отдельных участков жаровой трубы, а в результате - прогорание ее стенок и выход установки из строя;
- при нагреве нефти из нее выделяются и удаляются вместе с попутным газом легкокипящие фракции, в результате чего уменьшается выход конечного продукта - товарной нефти, при этом вязкость ее возрастает, что, в свою очередь,
приводит к увеличению энергозатрат на транспортировку товарной нефти и подогрев ее для поддержания приемлемой вязкости при прокачке по нефтепроводу;
- для предотвращения существенного возрастания вязкости конечного товарного продукта в результате указанных выше потерь нефтью легкокипящих фракций необходимо ограничивать температуру нагрева водонефтяной эмульсии в пределах 35-50°С, что отрицательно сказывается на производительности установки.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому объекту является установка подготовки нефти, содержащая горизонтальную технологическую емкость, разделенную поперечной переливной перегородкой на секции предварительной и глубокой тонкой очистки нефти, средства нагрева, ввода эмульсии и вывода разделенных фаз, а также измерения, контроля и регулирования (Полезная модель RU №53178, кл. В01D 17/04, 2005). Отличительной особенностью установки является то, что средство нагрева представляет собой подогреватель с промежуточным теплоносителем, установленный за пределами технологической емкости и соединенный с ней посредством трубопроводов, по одному из которых в технологическую емкость подается подогретая нефтегазоводяная эмульсия, а по другому на горелку подогревателя отводится из емкости часть попутного газа.
Установка имеет следующие недостатки:
- через подогреватель прокачивается вся поступающая на подготовку водогазонефтяная смесь, что вызывает необходимость увеличения площади теплообменной поверхности подогревателя, его габаритов и массы; кроме того, это приводит к увеличению расхода газа, сжигаемого на горелке, т.к. подогреву подвергается не только водонефтяная эмульсия, но и свободная вода;
- при нагреве нефти из нее выделяются и удаляются вместе с попутным газом легкокипящие фракции, в результате чего уменьшается выход конечного продукта - товарной нефти, а вязкость ее возрастает, что, в свою очередь, приводит
к увеличению энергозатрат на ее транспортировку и подогрев для поддержания приемлемой вязкости при прокачке по нефтепроводу;
- для предотвращения существенного возрастания вязкости конечного товарного продукта в результате указанных выше потерь нефтью легкокипящих фракций необходимо ограничивать температуру нагрева водонефтяной эмульсии в пределах 35-50°С, что отрицательно сказывается на производительности установки.
Поставленная задача заключается в создании надежной установки, характеризующейся повышенной эффективностью процесса разрушения водонефтяной эмульсии и обеспечивающей снижение энергозатрат на транспортировку товарной нефти по нефтепроводу.
Поставленная задача заключается также в увеличении выхода товарной нефти и уменьшении сброса попутного газа из единицы исходного сырья.
Поставленная задача решается тем, что в состав установки подготовки товарной нефти с косвенным подогревом, предусматривающей разделение нефтяного сырья на товарную нефть, воду и газ и содержащей аппарат глубокой очистки нефти с патрубками подвода и отвода нефти, воды и газа, узел первичного разделения компонентов нефтяного сырья, который состоит из нагревателя промежуточного теплоносителя, сепаратора-отстойника свободной воды, подогревателя смеси водонефтяной эмульсии и попутного газа промежуточным теплоносителем, а также средства измерения, контроля и регулирования и соединительные трубопроводы, дополнительно включены первый и второй теплообменники, предназначенные для охлаждения соответственно очищенной нефти и газа, и сатуратор насыщения очищенной нефти газом. В качестве охлаждающей среды используется свободная вода, забираемая из сепаратора-отстойника, для чего:
- входные патрубки охлаждающих полостей обоих теплообменников соединены с нижней зоной сепаратора-отстойника свободной воды, выходные патрубки этих полостей соединены с нижней зоной аппарата глубокой очистки нефти,
- входной патрубок охлаждаемой полости первого теплообменника соединен с патрубком выхода очищенной нефти из аппарата глубокой очистки нефти,
- выходной патрубок охлаждаемой полости первого теплообменника подсоединен к входному патрубку сатуратора,
- входной патрубок охлаждаемой полости второго теплообменника соединен с патрубком выхода газа из аппарата глубокой очистки нефти,
- выходной патрубок охлаждаемой полости второго теплообменника подсоединен ко второму входному патрубку сатуратора,
- в сатураторе установлено массообменное устройство,
- сатуратор снабжен также патрубком вывода насыщенной газом товарной нефти, патрубком вывода газа, не растворившегося в нефти, который размещен в верхней части сатуратора, и каплеуловителем, установленным перед патрубком вывода газа,
- патрубок вывода газа из сатуратора подсоединен к линии отвода газа потребителю в качестве товарного продукта и линии подвода газа к горелке нагревателя промежуточного теплоносителя в качестве топлива.
В массообменном устройстве, установленном в сатураторе, осуществляется насыщение очищенной нефти газом для увеличения выхода товарной нефти и уменьшения количества отводимого газа на единицу исходного сырья, а также для снижения вязкости товарной нефти, позволяющего уменьшить энергозатраты на транспортировку нефти и на обогрев ее для поддержания приемлемой вязкости в процессе транспортировки по нефтепроводу.
Охлаждение нефти и газа перед подачей в сатуратор производится для увеличения количества газа, растворяемого в нефти, т.к при снижении температуры растворимость газа в нефти возрастает.
Благодаря тому, что очищенная нефть в сатураторе насыщается газом, в том числе легкокипящими фракциями, чем компенсируется удаление из нефти этих компонентов в процессе термической обработки водонефтяной эмульсии, нагрев последней в нагревателе может производиться до температуры 60-90°С,
т.е. значительно выше, чем в известных установках; благодаря этому повышается производительность предлагаемой установки за счет снижения вязкости разделяемых продуктов и увеличения скорости их разделения, а также уменьшаются ее масса и габаритные размеры.
Для повышения эффективного подогрева нефти и газа, уменьшения габаритов и металлоемкости установки предпочтительно использовать водонефтяные и водогазовые теплообменники радиально-спирального типа.
Для обеспечения полного газонасыщения очищенной нефти предпочтительно использовать сатураторы с массообменными устройствами пенного типа.
На фиг.1 представлена принципиальная технологическая схема предлагаемой установки подготовки товарной нефти.
Установка подготовки товарной нефти содержит:
- узел первичного разделения нефтяного сырья, состоящий из нагревателя промежуточного теплоносителя 1, горелки 2, насоса 3, обеспечивающего циркуляцию промежуточного теплоносителя, сепаратора-отстойника свободной воды 4 и подогревателя 5 смеси водонефтяной эмульсии и попутного газа;
- аппарат глубокой очистки нефти 6 с патрубками соответственно подвода и отвода нефти, воды и газа;
- первый теплообменник 7 для охлаждения очищенной нефти;
- второй теплообменник 8 для охлаждения газа;
- сатуратор 9 с массообменным устройством 10 для насыщения очищенной нефти газом, каплеотражателем 11 и патрубками подвода и отвода нефти и газа;
- линии подвода-отвода рабочих сред 12-28;
- средства измерения, контроля и регулирования (на схеме не показаны).
Установка работает следующим образом.
Нефтяное сырье, содержащее водонефтяную эмульсию, свободную воду и попутный газ, с принятой для описания процесса в установке температурой 10°С по линии 12 поступает в сепаратор-отстойник 4, в котором свободная вода
под действием гравитации отделяется и опускается в нижнюю зону, а смесь водонефтяной эмульсии и попутного газа по линии 13 подается в подогреватель 5, где нагревается до температуры 70°С, получая тепло от промежуточного теплоносителя, который подогревается в нагревателе 1 дымовыми газами, поступающими из горелки 2. Циркуляция промежуточного теплоносителя в контуре, образованном теплообменными поверхностями нагревателя 1 и подогревателя 5, а также линиями 14 и 15, обеспечивается насосом 3.
При нагревании в подогревателе 5 водонефтяная эмульсия разлагается на фазовые составляющие - воду и нефть с выделением из нефти части растворенного в ней газа и легких фракций. Образовавшаяся смесь по линии 16 сбрасывается в аппарат глубокой очистки 6, где известным способом разделяется на газ и слои очищенной нефти и воды.
Вода с температурой 10°С, выделяющаяся в сепараторе 4 из нефтяного сырья и скапливающаяся в его нижней зоне, выводится из сепаратора 4 по линии 17 и подается в качестве хладоносителя в первый теплообменник 7 и второй теплообменник 8, где охлаждает до температуры 15°С соответственно очищенную нефть и газ, поступающие в эти теплообменники из аппарата глубокой очистки 6 по линиям 18 и 19. Пройдя через теплообменники 7 и 8, вода по линиям 20 и 21 поступает в нижнюю зону аппарата глубокой очистки, из которого по линии 22 выводится из установки для дальнейшего использования.
Очищенная нефть, охлажденная в теплообменнике 7, и газ, охлажденный в теплообменнике 8, по линиям соответственно 23 и 24 поступают в сатуратор 9 и вступают в массообменном устройстве 10 в непосредственный контакт, благодаря чему обеспечивается насыщение нефти газом и легкокипящими фракциями и, соответственно, увеличение ее массы и снижение вязкости товарной нефти. Насыщенная газом нефть в качестве конечного продукта выводится из установки по линии 25, а не растворившийся в нефти газ, пройдя через каплеотражатель 11, выводится из сатуратора по линии 26, после чего разделяется на два потока, один из которых по линии 27 подводится к горелке 2 в качестве
топлива, а второй по линии 28 направляется для дальнейшего использования внешними потребителями.