АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ЖИДКОСТЕЙ

Предложение относится к топливно-энергетической отрасли промышленности и может быть использовано для получения печного топлива из нетоварной нефти большой обводненности, а также для переработки нефтепродуктов, для приготовления водотопливных эмульсий (ВТЭ) на основе нормальных и деградированных мазутов, отработанных масел, дизельного и печного топлива и отходов нефтепереработки.
Известно использование гомогенизаторов на основе вихревых акустических генераторов для высокоэффективного перемешивания жидких продуктов и получения дисперсий, обладающих повышенной устойчивостью к расслоению, при этом основным элементом конструкции установок являются один или несколько вихревых гомогенизаторов, конструктивно оформленных в единый агрегат, включающий приемную и сливную емкости, насос с приводом и гомогенизатор с одной или с двумя вихревыми камерами, направленными навстречу друг к другу или противоположно друг другу (Р.Ш.Муфазалов и др. Акустическая технология в нефтехимической промышленности, г.Казань, Изд-во «Дом печати», 2001, С.58-71).
Недостатком известного устройства является то, что оно в основном служит для перемешивания компонентов сырья и не предназначено для приготовления водотопливной эмульсии из нефтесодержащей жидкости.
Известно устройство для обработки жидких смесей, включающих жидкое топливо и дополнительную жидкость или воду, содержащее гидравлически связанные между собой трубопроводами последовательно расположенные по направлению подачи нефтесодержащей жидкости насосный агрегат первой ступени обработки, кавитатор первой ступени обработки, кавитатор второй ступени обработки, дозатор реагента, трубопроводы подвода нефтесодержащей жидкости и отвода водотопливной эмульсии (RU 2202406, 2003).
Основным недостатком известного устройства является сложность настройки на рабочий режим работы, отсутствие возможности контролирования параметров процесса и оперативного вмешательства в случае их отклонения от заданных.
Известна установка для обработки нефтесодержащей жидкости, включающая гидравлически связанные между собой трубопроводами последовательно расположенные по направлению подачи нефтесодержащей жидкости насосный агрегат первой ступени обработки, гомогенизатор первой ступени обработки, насосный агрегат второй ступени обработки и диспергатор второй ступени обработки, насосный агрегат третьей ступени обработки и эмульгатор третьей ступени обработки,
трубопроводы подвода нефтесодержащей жидкости и отвода водотопливной эмульсии (RU 2122890, 1998).
Недостатком известного устройства является сложность настройки на рабочий режим работы, отсутствие возможности контролирования параметров процесса и оперативного вмешательства в случае их отклонения от заданных значений.
Техническим результатом предложения является упрощение настройки установки на рабочий режим работы, возможность поддержания требуемых значений параметров процесса и/или оперативного их изменения.
Автоматика установки позволяет отслеживать изменение расхода обрабатываемого продукта и давлений в контрольных точках, управлять скоростью двигателей насосных агрегатов с помощью частотно регулируемых приводов и тем самым решать задачу наилучшего управления для получения заданного разрежения между ступенями обработки, необходимой степени обработки продукта. Автоматическое управление установки позволяет также решать задачи дозированного смешивания жидкостей и химических реагентов.
Технический результат достигается тем, что автоматизированная установка для обработки нефтесодержащей жидкости, включающая гидравлически связанные между собой трубопроводами последовательно расположенные по направлению подачи нефтесодержащей жидкости насосный агрегат первой ступени обработки, ультразвуковой генератор первой ступени обработки, насосный агрегат второй ступени обработки и ультразвуковой генератор второй ступени обработки, трубопроводы подвода нефтесодержащей жидкости и отвода водотопливной эмульсии и автоматическую систему управления в виде частотных преобразователей в линиях управления насосными агрегатами, электрически связанного с частотным преобразователем в линии управления насосным агрегатом второй ступени обработки датчика давления в трубопроводе, связывающем ультразвуковой генератор первой ступени обработки с насосным агрегатом второй ступени обработки, причем упомянутые частотные преобразователи через конвертор, обеспечивающий управляющую связь, соединены с компьютером.
Достижению технического результата способствует то, что на трубопровод отвода водотопливной эмульсии установлен байпас с запорными кранами и проточным датчиком влагосодержания водотопливной эмульсии, а перед байпасом - расходомер с датчиком расхода, при этом в измерительной линии проточного датчика влагосодержания распложен первичный датчик обводненности, а подключение измерительных линий проточного датчика влагосодержания и датчика расхода к конвертору, обеспечивающему управляющую связь с компьютером, выполнено через программируемый логический контроллер.
Целесообразно снабжать установку управляемым дозатором реагента, установленным в трубопроводе, связывающем ультразвуковой
генератор первой ступени обработки с насосным агрегатом второй ступени обработки и электрически соединенным через конвертор, обеспечивающий управляющую связь, с компьютером.
Автоматическая система управления дополнительно может включать линии контроля работы ультразвуковых генераторов первой и второй ступеней обработки и ультразвуковые датчики, установленные в линиях контроля работы ультразвуковых генераторов первой и второй ступеней обработки, причем упомянутые ультразвуковые датчики через конвертор, обеспечивающий управляющую связь, соединены с компьютером.
В конкретном воплощении в трубопроводе подвода нефтесодержащей жидкости установлен вентиль, перед вентилем - кран, а перед краном - блок фильтров грубой и тонкой очистки.
Установка может быть снабжена выполненным с возможностью подключения к линии подачи жидкости смесителем, установленным в разрыв трубопровода подвода нефтесодержащей жидкости перед входом в насосный агрегат первой ступени обработки, при этом в линии подачи жидкости установлен вентиль.
В отсутствие напора на линии подачи жидкости в смеситель устанавливают насосный агрегат с частотным преобразователем в линии его управления, связанным через конвертор, обеспечивающий управляющую связь, с компьютером, а вентиль - перед насосным агрегатом. Перед вентилем обычно установлен кран.
Насосный агрегат, установленный на линии подачи жидкости в смеситель, выполнен шестеренчатым, также как и насосные агрегаты первой и второй ступеней обработки.
Предпочтительно, чтобы установка была снабжена байпасным трубопроводом, связывающим трубопровод, соединяющий ультразвуковой генератор первой ступени обработки с насосным агрегатом второй ступени обработки, с трубопроводом отвода водотопливной эмульсии.
В байпасном трубопроводе обычно имеется кран или вентиль.
В определенных случаях установка может быть снабжена линией подвода пара, сообщенной с ультразвуковым генератором первой ступени обработки.
В линии подвода пара обычно установлен вентиль, а перед вентилем - кран.
Предложение поясняется чертежом, на котором показана схематически функциональная схема автоматизированной установки.
Установка включает гидравлически связанные между собой трубопроводами последовательно расположенные по направлению подачи нефтесодержащей жидкости насосный агрегат 1 первой ступени обработки, ультразвуковой генератор 2 первой ступени обработки, насосный агрегат 3 второй ступени обработки и ультразвуковой генератор 4 второй ступени обработки, трубопроводы 5, 6 подвода нефтесодержащей жидкости и отвода водотопливной эмульсии, соответственно. На трубопровод
отвода 6 водотопливной эмульсии установлен байпас 7 с запорными кранами 8, 9. Установка снабжена управляемым дозатором 10 реагента, установленным в трубопроводе, связывающем ультразвуковой генератор 2 первой ступени обработки с насосным агрегатом 3 второй ступени обработки. В трубопроводе 5 подвода нефтесодержащей жидкости установлен вентиль 11, перед вентилем 11 - кран 12, а перед краном 12 - блок 13 фильтров грубой и тонкой очистки. Установка может быть снабжена смесителем 14, установленным в разрыв трубопровода 5 подвода нефтесодержащей жидкости перед входом в насосный агрегат 1 первой ступени обработки. Смеситель 14 выполнен с возможностью подключения к линии 15 подачи жидкости. В линии 15 подачи жидкости установлен вентиль 16. На линии 15 подачи жидкости в смеситель 14 в отсутствие напора устанавливают насосный агрегат 17, а вентиль 16 - перед насосным агрегатом 17. Перед вентилем 16 обычно установлен кран 18. Насосный агрегат 17, установленный на линии 15 подачи жидкости в смеситель 14, выполнен шестеренчатым, также как и насосные агрегаты 1, 3 первой и второй ступеней обработки. Предпочтительно, чтобы установка была снабжена байпасным трубопроводом 19, связывающим трубопровод, соединяющий ультразвуковой генератор 2 первой ступени обработки с насосным агрегатом 3 второй ступени обработки, с трубопроводом 6 отвода водотопливной эмульсии. В байпасном трубопроводе 19 обычно имеется кран или вентиль 20, либо то и другое (не показано). В определенных случаях установка может быть снабжена линией 21 подвода пара, сообщенной с ультразвуковым генератором 2 первой ступени обработки. В линии 21 подвода пара обычно установлен вентиль 22, а перед вентилем - кран 23.
1
2
Автоматическая система управления установки выполнена в виде частотных преобразователей (ЧП, ЧП) 24, 25 в линиях управления насосными агрегатами 1 и 3, соответственно, и электрически связанного с частотным преобразователем 25 в линии управления насосным агрегатом 3 второй ступени обработки датчика (ДД) 26 давления в трубопроводе, связывающем ультразвуковой генератор 2 первой ступени обработки с насосным агрегатом 3 второй ступени обработки. Частотные преобразователи 24, 25 через конвертор (К) 27, обеспечивающий управляющую связь с помощью сетей промышленного стандарта RS-485 и RS-232, соединены с компьютером (ПК) 28. Перед байпасом 7 в трубопроводе 6 отвода водотопливной эмульсии установлен расходомер 29 с датчиком (ДР) 30 расхода. В байпасе 7 установлен проточный датчик 31 влагосодержания водотопливной эмульсии, а в измерительной линии проточного датчика 31 влагосодержания распложен первичный датчик (ПДО) 32 обводненности. Подключение измерительных линий проточного датчика 31 влагосодержания и датчика 30 расхода к конвертору 27, обеспечивающему управляющую связь с компьютером 28, выполнено через программируемый логический контроллер (ПЛК) 33.
1
2
Автоматическая система управления дополнительно может включать линии контроля работы ультразвуковых генераторов 2, 3 первой и второй ступеней обработки и ультразвуковые датчики (УД, УД) 34, 35, установленные, соответственно, в линиях контроля работы ультразвуковых генераторов 2, 4 первой и второй ступеней обработки. Ультразвуковые датчики 34, 35 через конвертор 27, обеспечивающий управляющую связь с помощью сетей промышленного стандарта RS-485 и RS-232, соединены с компьютером 28.
3
В отсутствие напора на линии 15 подачи жидкости в смеситель 14 используют насосный агрегат 17 с частотным преобразователем (ЧП) 36 в линии его управления, связанный через конвертор 27, обеспечивающий управляющую связь, с компьютером 28.
В байпасном трубопроводе 19 устанавливают кран 20 в закрытое положение, если требуется использование первой и второй ступеней обработки. Открытое положение крана 20 позволяет разгрузить вторую ступень обработки (вторая ступень не задействована). При наличии вентиля вместо крана 20 появляется возможность некоторой регулировки, например, предварительной по расходу жидкости, при этом датчиком давления 26 осуществляется контроль. При наличии вентиля и крана в байпасном трубопроводе 19 (кран не показан) повышается надежность работы установки и расширяются ее возможности.
На всасывающей магистрали насоса обычно требуется установить блок 13 фильтров грубой (размеры ячейки в свету не более 0,25 мм) и тонкой (размеры ячейки в свету не более 0,071 мм) очистки.
Желательно, чтобы нефтесодержащая жидкость имела на входе обводненность 10-30%, предпочтительно 20%., в этом случае на выходе установки получается водотопливная эмульсия с параметрами, отвечающими условиям ее сжигания.
Установка работает следующим образом. После монтажа и подключения производится настройка автоматической системы управления.
Задачей управления является - во первых, обеспечение заданного расхода и заданной обводненности эмульсии, во вторых, выдерживание технологического режима, обеспечивающего необходимое качество эмульсии.
Исходный продукт - нефтесодержащая жидкость, например, водо-мазутная смесь поступает по трубопроводу 5 подвода нефтесодержащей жидкости на прием насосного агрегата 1 первой ступени обработки. Насосный агрегат 1 обеспечивает напор подаваемой водо-мазутной смеси на ультразвуковой генератор 2, в котором происходит первичная обработка продукта и, далее, продукт с измененными физико-химическими свойствами поступает на прием насосного агрегата 3 второй ступени обработки и подвергается обработке в ультразвуковом генераторе 4. Между ступенями обработки создается разрежение и увеличивается разность давлений на входе и выходе первой ступени обработки.
Эта разность давлений определяет степень первичной обработки продукта.
1
2
1
2
Управление насосными агрегатами 1, 3 осуществляется с помощью частотных преобразователей (ЧП, ЧП) 24, 25. Датчик давления (ДД) 26 контролирует заданный технологический режим, влияющий на качество смеси. Дополнительный контроль может осуществляться с помощью ультразвуковых датчиков (УД, УД) 34, 35. Обработанный продукт проходит через расходомер 29 и далее в трубопровод отвода 6 водотопливной эмульсии. Проходя через байпас 7, а, следовательно, через проточный датчик 31 влагосодержания водотопливной эмульсии, последняя подвергается анализу. С помощью первичного датчика обводненности (ПДО) 32 и программируемого логического контроллера (ПЛК) 33, определяется процент влагосодержания эмульсии.
Программное обеспечение (ПК) 28 обеспечивает наилучшие технологические режимы приготовления эмульсии, при этом компьютер 28 обеспечивает заданный расход эмульсии и заданный процент ее обводненности. С помощью датчика (ДР) 30 расхода и программируемого логического контроллера (ПЛК) 33 осуществляется также вычисление объема полученной эмульсии в течение заданного периода.
2
При использовании в установке дозатора 10 реагента обеспечивается возможность управляемого введения в обрабатываемый поток реагентов, например, деэмульгаторов, поверхностно активных веществ (ПАВ), реагентов нейтрализации HS, ингибиторов коррозии, ингибиторов солеотложения, бактерицидных препаратов и др.
В случае наличия в установке смесителя 14, установленного в разрыв трубопровода 5 подвода нефтесодержащей жидкости перед входом в насосный агрегат 1 первой ступени обработки, появляется возможность подключения его к линии 15 подачи жидкости, в качестве подаваемой жидкости может быть использована, вода или другая нефтесодержащая жидкость.
3
В отсутствие напора на линии 15 подачи жидкости в смеситель 14 используют насосный агрегат 17 с частотным преобразователем (ЧП) 36 в линии его управления, связанным через конвертор 27, обеспечивающий управляющую связь, с компьютером 28.
1
2
3
2
3
1
Если подавать по трубопроводу 5 нефтесодержащую жидкость плотностью ρ>1, а по линии 15 также нефтесодержащую жидкость плотностью ρ<1, то на выходе установки при соответствующем дозировании с помощью шестеренчатого насоса насосного агрегата 17 можно получить новую нефтесодержащую жидкость с плотностью ρ<1, причем ρ<ρ<ρ.
В некоторых случаях требуется подвод пара (газа) для подогрева, снижения вязкости, лучшей турбулизации. Для этого установку снабжают линией 21 подвода пара, сообщенной с ультразвуковым генератором 2 первой ступени обработки.
В качестве ультразвукового генератора может быть применен акустический аппарат. Принцип работы акустического аппарата основан на акустическом резонансном возбуждении вихревых потоков с помощью сообщенных между собой по образующим вихревых труб путем частичного соприкосновения встречно-направленных поверхностно-наружных двух и более вихревых потоков на глубину их энерго-активного деформационно-сдвигового взаимодействия не разрушающего при этом их дальнейшего взаимодействия в акустических режимах. При этом вихревые трубы расположены по окружности по направлению продуктового потока и имеют раздельные непересекающиеся входные части, т.е. каждая вихревая труба состоит из 3-х частей: входная часть - вихре формирующая, средняя - переходная и выходная - вихревзаимодействующая. Вихревзаимодействующие вихревые трубы частично пересекаются друг с другом по образующим, образуя зоны акустического возбуждения и кавитации. Во входных частях вихревых труб формируются с помощью тангенциальных пазов вихревые потоки, состоящие из однофазной или двухфазной сред. Объединенные вихрем потоки усредняются по скорости и через среднюю переходную часть по спиралеобразной траектории переводят вихревые потоки в выходные частично пересекающиеся по образующим Вихревзаимодействующие части вихревых труб. В зоне пересечения вихрей происходят "трение" поверхностных слоев вихрей, сдвиговые деформации и акустическое возбуждение, порождающее кавитацию. Кавитационное облако по спиралеобразной траектории переходит на новый виток, на последующее противонаправленное соприкосновение в зоне пересечений труб. В результате многократных пересечений создается турбулентный поток, кавитационный процесс в котором создает ультразвуковые колебания в широком спектре частот. Может быть применен, например, ультразвуковой генератор, описанный в патенте RU 2088325, 1997.
Использование установки позволяет существенно улучшить качество эмульсии, увеличивает период расслоения эмульсии. Автоматическая система управления установки может легко включаться в общую АСУ предприятия.
Пример 1. Эмульгирование на установке. Использовали в качестве нефтесодержащей жидкости нефтяной слив. Запустили установку. Разбили механические примеси нефти методом прямого рециркулирования. Получили эмульсию 54% обводненности с устойчивым уменьшением вязкости. Эта эмульсия не является водотопливной.
Пример 2. Обработка нефтесодержащей жидкости. Использовали нефть промслоя с большим содержанием воды. Обработали одну бочку нефти с 2-3 кратным прогоном через установку и закачали в бочку на сжигание на котле. Отбор на сжигание осуществляли из приподнятой бочки снизу. Нефть разделилась на фракции, произошел частичный «холодный крекинг», вверху оказались более легкие фракции. Нефть изменила цвет и стала с коричневатым оттенком. Верхний слой изменил
запах (керосиновый), факел из верхнего слоя легко зажигается и горит с гораздо меньшей копотью, чем верхний слой исходной нефти. Через 0,5 часа замерили влагосодержание нижнего слоя - 65%. Слили из бочки 40 литров воды и замерили водосодержание нижнего слоя - 6%. Эта эмульсия хорошо горит в котле с гораздо меньшим выходом выбросов сажи. Верхний слой через 1 час отстоя имел влагосодержание 2,5%. Сняли кривую влагосодержания эмульсии, полученной днем раньше. Сняли кривую влагосодержания нефти промслоя, отстоянной в течение суток. Прогнали промслой через установку.
Практическое использование предлагаемой автоматизированной установки для обработки нефтесодержащей жидкости может быть распространено на осуществление деструкции агрегатного состояния вещества и эмульгирование жидкостей за счет акустического и механического воздействия на обрабатываемые продукты вследствие образования ультразвукового спектра волн, сопровождающих кавитационный процесс в турбулентном потоке жидкости, обеспечение высококачественной диспергации и гомогенизации обрабатываемых веществ, эффективный тепломассоэнергообмен обрабатываемых веществ, ускорение химических реакций.