Вертикальный отстойник для водонефтяной смеси
VERTICAL SETTLER FOR WATER-OIL MIXTURE

Изобретение относится к области нефтехимии, газо- и нефтепереработки и добычи, в частности к устройствам для разделения углеводородных эмульсий типа «вода-нефть-газ», и может быть использована в нефтегазодобывающей, нефтегазоперерабатывающей, нефтехимической, химической и других отраслях промышленности, где требуется обеспечение обезвоживания при разделении неоднородных жидких систем отстаиванием.
Известен вертикальный отстойник для разделения водонефтегазовой эмульсии (патент на ПМ RU №96337, МПК B01D 17/04, опубл. 27.07.2010 в Бюл. №21), содержащий цилиндрический корпус со штуцерами для входа эмульсии и выхода газа, нефти и отстойной воды, трубу, расположенную в корпусе по центру, выполненную с открытым верхним концом, заборную трубку, выполненную Z-образной формы продольно-установленную, нижний конец которой соединен с штуцером для входа, а верхний - с верхней частью трубы, распределительное устройство выполненное в виде перфорированной трубы, горизонтально-расположенной в нижней части корпуса, поверхность которой имеет горизонтально-размещенные щели, расположенные рядами по вертикальной и горизонтальной плоскостям, трубы выполнены с диаметрами, превышающими диаметр заборной трубки, нижний конец центральной трубы соединен со средней частью горизонтальной перфорированной трубы, расположенной над штуцером для входа, размещенным в нижней части корпуса, причем он снабжен запирающим устройством, установленным в штуцере для выхода сточной воды с возможностью изменения его проходного сечения.
Недостатками этого отстойника являются узкая область применения из-за необходимости установки на специальной подставке (наличие патрубка снизу), что исключает использование его в полевых условиях и при больших объемах отстаивания, сложность в изготовлении и применении из-за наличия теплообменника для обогрева отстаиваемой жидкости.
Наиболее близким по технической сущности является аппарат для подготовки нефти (патент RU №2308311, МПК B01D 17/00, опубл. 20.10.2007 в Бюл. №29), включающий корпус, коаксиально установленную обечайку, распределительное устройство для ввода водонефтяной эмульсии, патрубки вывода нефти, воды и газа, причем обечайка выполнена цилиндрической с нижним краем, герметично взаимодействующим с днищем корпуса, который дополнительно снабжен направляющими отбойниками, датчиками уровней нефти и границы раздела фаз нефть-вода, а распределительное устройство для ввода водонефтяной эмульсии установлено в корпус тангенциально, направляя поток водонефтяной эмульсии на направляющие отбойники, при этом патрубок вывода нефти сообщен с нижней частью обечайки, а патрубок вывода воды в корпусе снабжен сборным устройством для вывода воды.
Недостатками данного аппарата являются тангенциальный вход в корпус патрубка ввода водонефтяной эмульсии, приводящий к вращению жидкости в корпусе, что может привести менее качественному разделению компонентов эмульсии, отбор нефти идет по верхней вращающейся кромке нефти, что приводит неравномерности отбора и, как следствие, может вывести из строя насосное оборудование, перекачивающее отбелившуюся нефть.
Технической задачей предполагаемого изобретения является создание конструкции вертикального отстойника для водонефтяной смеси, обеспечивающей ввод потока эмульсии по максимальной площади без вращения в корпусе и исключающей срыв потока отбираемой нефти.
Техническая задача решается вертикальным отстойник для водонефтяной смеси, включающим цилиндрический вертикальный корпус с датчиками уровней нефти и границы раздела фаз нефть-вода, коаксиально установленную обечайку, патрубок ввода водонефтяной смеси, распределительное устройство для ввода водонефтяной смеси, патрубки вывода нефти, воды и газа, причем обечайка выполнена цилиндрической с нижним краем, герметично взаимодействующим с днищем корпуса, при этом патрубок вывода нефти сообщен с обечайкой.
Новым является то, что обечайка изготовлена загерметизированной сверху, заглушена пробкой изнутри с образованием верхней и нижней полостей, патрубок вывода нефти сообщен с верхней полостью обечайки, а патрубок ввода водонефтяной смеси - с нижней полостью, причем распределительное устройство для ввода водонефтяной смеси изготовлено в виде перфорированных радиальных патрубков, сообщенных с нижней полостью обечайки, расположенных равномерно по периметру обечайки и установленных ниже границы раздела фаз нефть-вода, при этом обечайка дополнительно снабжена отборником нефти, выполненным в виде перфорированных радиальных патрубков, сообщенных с верхней полостью обечайки, расположенных равномерно по периметру обечайки, установленных выше границы раздела фаз нефть-вода с угловым смещением относительно патрубков распределительного устройства, а патрубок вывода воды установлен ниже патрубков распределительного устройства.
На фиг. 1 изображена схема отстойника в продольном разрезе.
На фиг. 2 изображен разрез А-А фиг. 1.
Вертикальный отстойник для водонефтяной смеси включает цилиндрический вертикальный корпус 1 (фиг. 1) с датчиками уровней (не показаны) нефти и границы раздела фаз нефть-вода, коаксиально установленную цилиндрическую полую обечайку 2, патрубок ввода 3 водонефтяной смеси, распределительное устройство 4 для ввода водонефтяной смеси, патрубки вывода нефти 5, воды 6 и газа 7. Обечайка 2 загерметизирова сверху, заглушена пробкой 8 изнутри с образованием верхней 9 и нижней 10 полостей, а нижним краем герметично соединена с днищем 11 корпуса 1. Патрубок вывода нефти 5 сообщен верхней полостью 9 обечайки 2. Патрубок ввода 3 водонефтяной смеси сообщен с нижней полостью 10 обечайки 2. Распределительное устройство 4 для ввода водонефтяной смеси изготовлено в виде перфорированных радиальных патрубков 12 (фиг. 2), сообщенных с нижней полостью 10 (фиг. 1) обечайки 2, расположенных равномерно по периметру обечайки 2 (фиг. 2) и установленных ниже границы 13 (фиг. 1) раздела фаз нефть-вода (выше переходного слоя - показан условно). Обечайка 2 дополнительно снабжена отборником 14 нефти, выполненным в виде перфорированных радиальных патрубков 15 (фиг. 2), сообщенных с верхней полостью 9 (фиг. 1) обечайки 2, расположенных равномерно по периметру обечайки 2 (фиг. 2), установленных выше границы 13 (фиг. 1) раздела фаз нефть-вода с угловым смещением α (фиг. 2) относительно соответствующих патрубков 12 распределительного устройства 4 для исключения восходящих потоков жидкости между соответствующими перфорированными патрубками 12 и 15, что позволяет уменьшить высоту корпуса 1 без снижения эффективности разделения водонефтяной смеси. Патрубок вывода воды 6 (фиг. 1) установлен ниже перфорированных патрубков 12 распределительного устройства 4 на расстоянии, исключающим захват водонефтяной смеси.
Пробка 8 обечайки 2 может быть выпалена в виде одной пробки или для увеличения надежности двух более пробок (подобные технические решения известны, и авторы на это не претендуют).
Датчики уровней (не показаны) нефти и границы раздела фаз нефть-вода могут изготавливаться любой известной конструкции (визуальные - через соответствующие окна в корпусе 1, в виде щупа для не высоких корпусов, электромеханические с поплавками и переменными реостатами, электронныме или т.п. авторы на это не претендуют)
Конструктивные элементы, запорная арматура и технологические соединения, не влияющие на работоспособность отстойника на фиг. 1 и 2 не показаны или показаны условно.
Вертикальный отстойник работает следующим образом.
Отстойник доставляют к месту размещения, корпус 1 (фиг. 1) устанавливают днищем 11 на подготовленное горизонтальное основание (не показан), например, выровненный грунт, гравий (для временного размещения), бетонный фундамент (для постоянного размещения). Патрубок ввода 3 водонефтяной смеси соединяют через запорную арматуру с подводящим трубопроводом (не показан). Патрубки вывода нефти 5, воды 6 и газа 7 соединяют соответственно через свою запорную арматуру с отводящими трубопроводами нефти, воды и газа (не показаны). По патрубку ввода 3 водонефтяная смесь направляется в нижнюю полость 10 обечайки 2 и через распределительное устройство 4 заполняет корпус 1 до уровня 16, расположенного выше отборника 14, что определяется датчиком уровня нефти. После чего подачу водонефтяной смеси прекращают через патрубок ввода 3, и дают отстояться до образования переходного слоя с границей 13 раздела фаз нефть-вода. Возобновляют подачу через патрубок ввода 3 водонефтяной смеси при помощи перфорированных радиальных патрубков 12 (фиг. 2) распределительного устройства 4, обеспечивающих из-за большой суммарной площади перфорационных отверстий (не показаны) в радиальных патрубках 12 низкую скорость струй, входящих в корпус 1, исключая тем самым перемешивание уже разделившихся слоев внутри корпуса 1, а большая площадь охвата радиальными патрубками 12 (фиг. 2) в поперечном сечении корпуса 1 повышает эффективность разделения смеси без перемешивания, так как увеличивает площадь контакта вновь поступающей водонефтяной смеси из радиальных патрубков 12 с уже отделившейся водой. При этом осуществляют отбор нефти из верхней части корпуса 1 патрубком вывода нефти 5 через перфорированные патрубки 15 (фиг. 2) отборника 4 и верхнюю полость 9 (фиг. 1) обечайки 2. Из-за большой суммарной площади перфорационных отверстий (не показаны) в радиальных патрубках 15 (фиг. 2) отборника 14 обеспечивается низкая скорость струй, исходящих из корпуса 1, исключая образование потока и, как следствие, перемешивание уже разделившихся слоев внутри корпуса 1. Воду периодически откачивают из нижней части корпуса 1 через патрубок вывода воды 6, а скапливающийся газ - из верхней части корпуса 1 через патрубок вывода газа 7. При вводе водонефтяной смеси и отборе нефти, воды и газа через соответствующие патрубки 3, 5, 6 и 7 уровни нефти 16 и границы 13 раздела фаз нефть-вода контролируют датчиками, регулируя режимы ввода и отбора так, чтобы уровень нефти 16 находился выше отборника 14 нефти (для исключения срыва потока при отборе нефти), а граница 13 раздела фаз нефть-вода - между отборником 14 и распределительным устройством 4.
Предлагаемый вертикальный отстойник для водонефтяной смеси обеспечивает ввод потока эмульсии по максимальной площади без вращения в корпусе и исключающей срыв потока отбираемой нефти.