ЭЛОУ: варианты схем и типы электродегидраторов

Промышленные установки электрообезвоживания и электрообессоливания нефти (ЭЛОУ)

В нефтяной промышленности для обессоливания и обезвоживания эмульсионной нефти чаще всего используют вертикальные, горизонтальные и шаровые электродегидраторы.

Вертикальные электродегидраторы

Вертикальный электродегидратор — это вертикальная емкость с полусферическими днищами следующих габаритов: диаметр — 3 м, высота — 5 м, объем — 30 м³.

Аппарат 1, внутри которого приблизительно посередине на изоляторы прикреплены горизонтальные электроды 6 и 7. Электроды питаются от 2 высоковольтных трансформаторов 2, их мощность составляет 5 кВА у каждого.

Вертикальный электродегидратор

Напряжение между электродами колеблется в диапазоне 15-35 кВ. Эмульсионная нефть поступает в аппарат тонкой горизонтальной веерообразной струей через распределительную головку 8. Расстояние между электродами подбирается экспериментальным путем и лежит в интервале 10-14 см.

Эмульсия находится в электрическом поле несколько минут. Типовой дегидратор достигает производительности 15-25, иногда 30 м³/ч. Нефть движется между электродами с линейной скоростью 2-4 м/ч (3-6 см/мин).

Одним из важных элементов служат изоляторы, подвесные и проходные. Они изготавливаются из фарфора (тип П-4,5) или стекла (тип ПС-4,5). Агрессивная среда горячей нефти в смеси с соленой водой и механическими примесями достаточно быстро разрушает изоляторы. А тенденции увеличения температуры обессоливания (до 110-115 ºС и даже до 160-180 ºС) поднимают актуальность поиска материала, подходящего для работы в подобных условиях. Один из таких материалов — фторопласт-4.

В комплектацию электродегидратора входят: реактивные катушки 5, регулирующая тягу щель в распределительной головке, сигнальные лампы, змеевик для подогрева низа аппарата, манометр, шламовый насос, поплавковый выключатель, мерное стекло и предохранительный клапан.

Электродегидраторы вертикального типа используют на нефтепромыслах и старых нефтезаводах. На современных заводах их не применяют, так как их объем ограничен, а производительность невелика (300-600 т/сут).

Шаровые электродегидраторы

Увеличение мощности современных установок первичной перегонки нефти требует применения более производительных электрообессоливающих блоков и установок, чем вертикальные электродегидраторы. Их сооружение не выгодно экономически и технически. Количество дегидраторов вертикального типа средней пропускной способности 400 т/сут для установок АТ и АВТ различной производительности приведено в таблице:

Кроме того, большое количество небольших аппаратов осложняет эксплуатацию установки, требует большого штата обслуживающего персонала и большей площади.

Поэтому встал вопрос о создании электродегидраторов с более высокой пропускной способностью. В основу его конструкции лег сферический резервуар, объем которого 600 м³. Резервуар оборудован распылительными устройствами и электродами. Диаметр резервуара составляет 10,5 м. Этот тип электродегидраторов называется шаровым (рис. 2), он подходит для длительной эксплуатации.

Принцип действия шаровых электродегидраторов не отличается от принципа действия вертикальных. Через распределительные головки 7 по трем стоякам 8 в аппарат поступает эмульсионная нефть. Головка расположена на расстоянии 3 м от вертикальной оси шара в его экваториальной плоскости симметрично.

Три пары горизонтальных электродов 6 диаметром 2-3 м крепятся на изоляторах 5 внутри электродегидратора. Распределительные головки находятся между электродами. Специальное устройство регулирует расстояние между электродами, оно составляет 13-17 см.

Кстати, прочтите эту статью тоже:  Установка гидроочистки вакуумного газойля

Трансформаторы 3 типа ОМ-66/35 питают электроды током высокого напряжения. При этом на каждую пару электродов приходится по два трансформатора мощностью 50 кВА и два проходных изолятора. Номинальное напряжение на первичной обмотке трансформатора составляет 380 В, на вторичных зависит от способа соединения и составляет 11, 16,0 или 22 кВ.

Запитаны трансформаторы в сеть трехфазного тока 3 х 380 В и создают напряжение между электродами  33 или 44 кВ. Напряженность электрического поля равна 2-3 кВ/см. В цепь первичных обмоток всех трансформаторов включены реактивные катушки РОМ-50/05, чтобы ограничить силу тока и защитить оборудование от короткого замыкания. Сила тока одного трансформатора не должна быть выше 30-35 А при стабильной работе электродегидратора шарового типа.

Шаровой электродегидратор

Схема ЭЛОУ с шаровыми электродегидраторами

Принципиальная схема работы электрообезвоживающей и электрообессоливающей установки (ЭЛОУ) с использованием шаровых электродегидраторов представлена ниже.

Сырьевой насос 1 забирает сырую нефть из резервуара и перекачивает через теплообменник 2 в термохимической отстойник 4. Там нефть освобождается от воды и частично от механических примесей и растворенных солей, затем выходит из отстойника сверху и поступает под собственным давлением последовательно в электродегидраторы 5 и 6 первой и  второй ступени.

Из последней ступени электродегидратора обессоленная нефть поступает через теплообменник в отстойник или резервуар.

Технологическая схема электрообессоливающей установки (ЭЛОУ) с шаровыми электродегидраторами:

1 – сырьевой насос; 2 – теплообменник; 3 – паровой подогреватель; 4 – термоотстойник; 5,6 – электродегидраторы; 7,8 – водяные насосы; 9 – дозировочные насосы; 10 – смесительные клапаны; 11 – регулятор давления.

Линии: I – сырая нефть; II – деэмульгатор; III – щёлочь; IV – свежая вода; V – обессоленная нефть; VI – водяной пар; VII – вода в канализацию

Деэмульгатор подают в сырую нефть на выкид сырьевого насоса 1, воду и щелочь подают через смесительные устройства насосами перед электродегидраторами. При этом в электродегидратор первой ступени подается вода, дренируемая из электродегидратора второй ступени.

Вода, которая отстоялась внизу электродегидраторов, сливается в канализацию. На некоторых установках ЭЛОУ в качестве нагревающего агента используется водяной пар под давлением 10-12 кгс/см².

На современных заводах блок ЭЛОУ комбинируют с установками первичной перегонки нефти. Это позволяет снизить затраты на подогрев нефтяного сырья перед электродегидраторами. Горячие нефтепродукты атмосферной и вакуумной колонн подогревают нефть, соответственно нет необходимости использовать пар извне.

Недостатки

Однако, у шаровых электродегидраторов есть недостатки: большие размеры и трудоемкое изготовление. Вес шарового дегидратора 6-9 тс, а учитывая электрооборудование, металлоконструкции и трубопроводы составляет 100 тс. Такие аппараты можно изготавливать исключительно на площадке строительства. Шаровой электродегидратор диаметром 10,5 м с внутренним давлением 6 кгс/см² имеет стенки толщиной 24 мм.

Если же аппарат работает при 140 ºС и 10 кгс/см², толщина стенок возрастает до 40 мм, а общий вес достигает в таком случае 140 тс. Установка двух или трех дегидраторов объемом по 600 м³ пожароопасна.

Кстати, прочтите эту статью тоже:  Атмосферный блок установки АВТ

По существующим нормам электродегидраторы шарового типа при комбинированных процессах первичной переработки нефти должны находиться не ближе, чем в 30 м от аппаратов технологических установок АТ и АВТ.

Горизонтальные электродегидраторы

На нефтезаводах по всему миру активно используют горизонтальные электродегидраторы. Комбинированные установки первичной переработки нефти А-12/9, А-12/9В, А-12/10, 11/3 оснащены блоками ЭЛОУ с горизонтальными электродегидраторами, разработанными ВНИИнефтемаш (бывший Гипронефтемаш).

Такие электродегидраторы имеют емкость в три раза меньше, чем шаровые. Они выдерживают температуру 135-150 ºС и на максимальное давление до 20 кгс/см². На нефтезаводах и нефтепромыслах устанавливают горизонтальные электродегидраторы 3-3,4 м в диаметре, объем их от 80 до 160 м³. По принципу работы они не отличаются от шаровых и вертикальных.

Типовой электродегидратор 2ЭГ-160

Типовой горизонтальный электродегидратор 2ЭГ-160 по проекту ВНИИнефтемаш показан на рис. 4. В нем на высоте чуть больше половины аппарата прикреплены два рамных прямоугольных электрода 8 один над другим. Питают их два трансформатора типа ОМ-66/35, имеющие мощность 5 кВА. Электроды расположены в 25-40 см друг от друга и занимают практически все продольное сечение электродегидратора.

Сырьевая нефть равномерно подается в аппарат через горизонтальный маточник, который расположен вдоль аппарата. Сначала нефть поступает в слой отстоявшейся воды, потом попадает в зону под электродами и далее в пространство между электродами.

Далее она перемещается в пространство над электродами и выше, направляясь к выходным коллекторам обработанной нефти 2, которые распределены в верхней части электродегидратора по всей длине. Контакт нефти с водой и деэмульгатором, который растворен в ней, помогает достичь более полного удаления солей и воды.

Под воздействием слабого электрического поля, возникающего между поверхностью воды и нижним электродом, по пути нефти в межэлектродное пространство из нее выпадают крупные частицы воды. В сильное электрическое поле поступает нефть с более мелкими частичками воды, которым необходимо воздействие поля с большей напряженностью.

Схема ЭЛОУ с горизонтальными электродегидраторами

Ниже представлена принципиальная схема блока электрообессоливания с электродегидраторами горизонтальными типа 2ЭГ-160.

Электрообессоливание нефтяной эмульсии происходит в две ступени. Насос перекачивает эмульсионную нефть через подогреватели тремя параллельными потоками в электродегидратор первой ступени.

Деэмульгатор ОЖК в виде 2%-ного раствора поступает на прием насоса.

Абсолюное давление в электродегидраторе первой ступени составляет 10 кгс/см², температура — 110 ºС. Горячий соляной раствор забирается из электродегидратора второй ступени и подается в деэмульгатор перед поступлением эмульсионной нефти через инжектор, где нефть, вода и деэмульгатор равномерно перемешиваются.

Маточники-распылители создают равномерный поток нефти в электрическом поле, через них нефть вводится снизу вверх.

Схема ЭЛОУ
Схема ЭЛОУ с горизонтальными электродегидраторами

В электродегидратор второй ступени подается частично обессоленная и частично обезвоженная нефть из электродегидратора первой ступени обессоливания, в неё через инжектор нагнетается насосом холодная вода (5% на нефть). Соляной раствор, который отстоялся в электродегидраторе первой ступени, сливается в отстойник.

Принцип действия электродегидраторов обеих ступеней одинаков. Промывная вода из электродегидратора второй ступени подается в инжекторы, её малая часть сливается в отстойник для отделения оставшейся в ней нефти. В емкость поступает соляной раствор с низа отстойника. Его охлаждают с помощью холодной воды с 110 до 60 ºС.

Кстати, прочтите эту статью тоже:  Вакуумный блок установки АВТ

В некоторых новых установках ЭЛОУ для охлаждения раствора используют аппараты воздушного охлаждения, а затем сливают раствор в канализацию.

После обессоливания и обезвоживания в электродегидраторе второй ступени нефть подается в емкость обессоленной нефти, затем насосом через теплообменники поступает на установку.

Скорость выпадения частиц воды

От скорости выпадения из нефти частиц воды зависит производительность всех типов электродегидраторов. Чтобы с обессоленной и обезвоженной нефтью не увлекались мельчайшие частицы воды, которые не успели отделиться, скорость оседания диспергированных частиц должна быть выше скорости движения нефти вверх электродегидратора.

В горизонтальных электродегидраторах достигаются минимальные скорости движения нефти. При одинаковой удельной загрузке аппарата скорость движения нефти в шаровом электродегидраторе будет в 3 раза больше. Это обуславливает высокую удельную производительность горизонтальных электродегидраторов по отношению к их объему. В таблице ниже представлены основные показатели трех типов электродегидраторов:

Скорость выпадения частиц воды в различных электродегидраторах

За границей широкое применение имеют вертикальные электродегидраторы фирмы Petrico (США) и горизонтальные электродегидраторы фирмы How Becker (США), в которых сырьевая нефть подается снизу.

На новых и реконструируемых российских нефтезаводах в основном используют сконструированные ВНИИнефтемаш горизонтальные электродегидраторы типа 1ЭГ-160 и 2ЭГ-160. Они включены в блок ЭЛОУ-АТ, ЭЛОУ-АВТ и других комбинированных установок для первичной переработки нефти.

Основные способы повышения качества подготовки нефти к переработке

После глубокого обессоливания на нефтезаводах содержание солей в нефти составляет менее 20 мг/л. Но для переработки нефти содержание солей не должно превышать 5 мг/л. Основной проблемой является недостаточная подготовка нефти на нефтепромыслах. Оттуда приходит постаревшая нефтяная эмульсия с содержанием солей 1000-4000 мг/л и больше. Целесообразно проведение первичного обессоливания непосредственно на нефтепромыслах до достижения содержания солей в эмульсионной нефти не больше 40 мг/л. На качество обессоливания влияют также такие факторы, как:

  • увеличение температуры обессоливания;
  • увеличение количества промывной воды и ее повторное использование;
  • равномерность подачи деэмульгатора и смешивания нефти с промывной водой;
  • подача щелочи перед завершающей ступенью обессоливания;
  • увеличение напряженности электрического поля и усиление его воздействия на нефть.

Многие электрообессоливающие установки включают низкоэффективные термохимические отстойники, где степень обессоливания не поднимается выше 20-30%. Имеет смысл реконструировать термохимическую ступень в электрическую, доработав термохимический отстойник электродами. Такая модернизация была проведена на двух нефтезаводах и позволила значительно увеличить показатели. На потоке нефти установили последовательно три электродегидратора. В таблице ниже приведены результаты обессоливания при замене термохимических отстойников на электродегидраторы.

Исходя из данных, приведенных в таблице можно сделать вывод, что проведение электрообессоливания в три ступени значительно снижает содержание соли и воды.

 

 

Добавить комментарий