ЕМКОСТЬ-ОТСТОЙНИК ПОД ДАВЛЕНИЕМ С ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ ТРУБОЙ
SUMP CAPACITY UNDER PRESSURE WITH DIAGNOSTICS TUBE

Заявляемое изобретение относится к технике и технологиям по эксплуатации емкостного оборудования установок по подготовке нефти и воды в нефтедобывающих предприятиях и может быть использовано в других отраслях промышленности, где применяются емкости под давлением в качестве отстойников.
3
Для подготовки нефти и воды до требуемых параметров качества повсеместно в нефтяных компаниях используются стальные емкости объемом 5-200 м, в которые под давлением до 16 атм непрерывно поступают нефть с газом, вода или их смеси. Эти жидкости в емкости в течение определенного времени отстаиваются, под действием силы гравитации из нефти и воды отделяются и оседают на дно емкости более тяжелые механические примеси и некоторые составляющие нефти: асфальтены, смолы, парафины (АСП). Нефть и вода с меньшим содержанием мехпримесей и АСП вытекают из емкости по отводящему патрубку, находящемуся на определенной высоте от дна емкости.
Со временем уровень отложений достигает входа в этот патрубок и емкость теряет функцию отстойника. Поэтому важно периодически определять толщину отложений в емкости, работающей под давлением.
Известен лотовый уровнемер (А.С. №1620854; G01F 23/76, 23/56, опубл. 15.01.1991), с которым можно замерить уровень сыпучих отложений в емкости за счет преобразования формы и содержания лота. Данное измерительное устройство не предназначено и не способно замерить толщину отложений в емкости под давлением.
Известен способ тарирования резервуаров (А.С. №380959, G01F 23/04, 25/00 и 17/00, опубл. 15.05.1973), заключающийся в заполнении пустого резервуара до определенного уровня и фиксации объема залитой воды. Этот способ пригоден для определения объема и в конечном счете толщины отложений в емкости, но является трудоемким: требует вывода емкости из эксплуатации, его опорожнения и повторного заполнения водой через мерные или счетные устройства.
Целью изобретения является снабжение емкости под давлением таким устройством, которое бы позволило периодически оценивать наличие отложений и их толщину (высоту от дна емкости) без остановки эксплуатации емкости, значительных финансовых затрат и за короткий промежуток времени. В основе заявляемого изобретения лежит постулат гидравлики о постоянстве во времени расхода жидкости через штуцер при неизменности исходных данных: перепад давления на входе и выходе штуцера, характеристик штуцера и вытекающей жидкости.
Поставленная цель достигается тем, что емкость-отстойник под давлением с диагностической трубой, состоящая из корпуса в виде полой емкости, входного и выходного патрубка, дополнена диагностической трубой, расположенной вертикально между входным и выходным патрубками внутри емкости и герметично вмонтированной в ее днище с выходом за его пределы, при этом верхний конец диагностической трубы закрыт, в теле диагностической трубы выполнены равномерно расположенные горизонтальные штуцера одного внутреннего диаметра и длины с поверхностью одной шероховатости и способностью к несмачиванию и адгезии нефтью и ее компонентов: асфальтенов, смол и парафинов, а нижний конец трубы за пределами емкости соединен с шаровым вентилем, причем проходное сечение трубы значительно превышает суммарную площадь отверстий всех штуцеров и не превышает площадь проходного сечения вентиля:
i
где S - площадь сечения струи в трубе из одного штуцера при давлении в емкости во время диагностирования;
n - количество штуцеров в трубе;
т
S - площадь сечения трубы;
в
S - площадь проходного сечения шарового вентиля.
Выполнение условия (1) обеспечит постоянное атмосферное давление в трубе при полностью открытом шаровом вентиле.
Расход жидкости по одному штуцеру согласно /1/ зависит от давлений на входе и выходе в штуцер, вязкости жидкости и характеристик штуцера: диаметра, его длины и шероховатости внутренней поверхности. Так как конструктивно обеспечивается поддержание атмосферного давления в диагностической трубе, то для получения во времени постоянного расхода жидкости через один штуцер достаточно поддерживать постоянное давление на входе в штуцер, т.е. давление в емкости-отстойнике. Исходя из удобства технического обслуживания емкости-отстойника это рабочее давление в емкости при его диагностировании должно быть неизменным и минимально возможным.
Устройство заявляемой емкости-отстойника приведено на чертеже. Емкость-отстойник под давлением с диагностической трубой состоит из корпуса 1, входного патрубка 2, выходного патрубка 3, диагностической трубы 4 и с штуцерами 5 и шарового вентиля 6.
1
2
1
2
Диагностическая труба представляет собой трубу с закрытым верхом со штуцерами 5, равномерно расположенными по ее площади. Эта труба фиксируется вертикально к днищу корпуса 1 между входным и выходным патрубком 2 и 3. Ниже днища корпуса 1 труба 4 соединена с шаровым вентилем 6, диаметр проходного отверстия которого равен или превосходит внутренний диаметр трубы 4. Высота Н диагностической трубы 4 определяется как средняя величина между высотами входного патрубка H и выходного патрубка H: H=(H+H)/2.
Емкость-отстойник под давлением с диагностической трубой эксплуатируется как отстойник механических примесей, тяжелых фракций нефти (АСП) для пластовых или технологических вод, других жидкостей, имеющих во времени постоянную вязкостную характеристику. Со временем толщина отложений (поз.7 на чертеже) на дне емкости будет расти и постепенно закрывать входные отверстия штуцеров. Поэтому при открытии шарового вентиля 6 общий расход по трубе 4 будет складываться только из отверстий штуцеров, расположенных выше уровня отложений 7.
Емкость-отстойник эксплуатируется и диагностируется в следующем порядке:
о
o
1. Сразу после ввода в эксплуатацию емкости-отстойника в ней создается минимальное рабочее давление Р и определяется расход жидкости Q из диагностической трубы при полностью открытом шаровом вентиле.
тек
о
2. Через равные промежутки времени, к примеру каждые 6 месяцев, определяется расход жидкости из диагностической трубы Q, т.е. процедура по п.1 повторяется. Для этого в емкости-отстойнике на время измерений создается давление Р путем регулирования задвижек на входном и выходном патрубке 2 и 3.
o
тек
Расходы Q и Q выразим через неизменную производительность одного штуцера:
o
Q=n·q,
тек
тек
Q=n·q,
о
где q - расход жидкости по одному штуцеру при давлении в емкости-отстойнике Р;
n - общее число штуцеров в диагностической трубе;
тек
n - число действующих штуцеров, не закрытых отложениями 7 на момент измерения.
Штуцера в теле трубы расположены равномерно, поэтому правомерно выразить количество не закрытых отложениями штуцеров через высоту диагностической трубы без отложений:
n=к·Н,
тек
отл
n=к·(Н-Н),
где к - плотность расположения штуцеров на единице длины диагностической трубы;
отл
Н - высота (толщина) отложений в зоне диагностической трубы.
o
Следовательно: Q=к·Н·q,
тек
отл
Q=к·(Н-Н)·q.
Найдем:
Откуда:
Рассмотрим диагностирование емкости-отстойника на примере.
3
о
o
o
Емкость объемом 100 м и диаметром 3 м служит отстойником пластовых вод для обратной закачки в продуктовый нефтяной пласт. Входные и выходные патрубки расположены на высоте 1,5 и 0,5 м соответственно. Диагностическая труба имеет высоту 1 м. Емкость-отстойник эксплуатируется при рабочем давлении 2-6 атм. На момент пуска емкости в работу при минимально возможном давлении Р=2 атм определяется расход жидкости Q из диагностической трубы: Q=40 л/мин.
о
о
тек
Через два года эксплуатации емкости-отстойника на момент диагностирования давление в ней было равным 3 атм. Путем прижатия (прикрытия) задвижки на входном патрубке 2 и увеличения расхода жидкости из выходного патрубка 3 или из другого, например байбасного, патрубка в емкости-отстойнике достигается давление в 2 атм, т.е. Р. Расход жидкости из диагностической трубы при Р оказался равным Q=24 л/мин.
По формуле (2) найдем высоту (толщину) отложений:
отл
тек
o
Н=H(1-Q/Q)=1 м(1-24/40)=0,4 м.
2
Толщина отложений равна 40 см. Эта величина вплотную приблизилась к высоте выходного патрубка Н, равная 50 см. Поэтому необходимо емкость-отстойник вывести из эксплуатации и очистить от отложений.
На данном примере видно, что поставленная цель реализуется за короткий период времени без текущих материальных затрат. Предложенное техническое новшество позволяет судить о состоянии емкости-отстойника с ее же помощью. Степень чистоты емкости-отстойника оценивается с помощью суммарного расхода жидкости через штуцера диагностической трубы, находящиеся выше уровня отложений в емкости.
Технико-экономическая эффективность от применения предложенного технического устройства образуется за счет повышения качества жидкости, вытекающей из емкости-отстойника.
Источники информации
1. Ухин Б.В., Гусев А.А. Гидравлика: Учебник. - М.: ИНФРА - М., 2008. - 432 с.