- •Аннотация
- •Введение
- •1. Литературный обзор
- •1.1. Общие сведения о нефти
- •1.2. Основные физические свойства нефтей
- •1.2.1. Плотность
- •1.2.2. Средняя температура кипения нефтяных фракции
- •1.2.3. Молярная масса
- •1.2.4. Давление насыщенных паров (днп)
- •1.2.5. Вязкость
- •1.2.6. Теплота сгорания
- •1.2.7. Оптические свойства
- •1.3. Классификация нефтей
- •1.3.1. Химическая классификация
- •1.3.2. Технологическая классификация
- •1.4. Необходимость подготовки нефти
- •1.5.Стабилизация нефти
- •1.6. Обессоливание и обезвоживание нефтей
- •1.6.1. Общие сведения о водонефтяных эмульсиях
- •1.6.2. Устойчивость эмульсий. Эмульгаторы и стабилизаторы эмульсий
- •1.6.3.Способы деэмульгирования
- •1.6.3.1. Центрифугирование
- •1.6.3.2. Фильтрация
- •1.6.3.3. Химический метод разрушения эмульсий
- •1.6.3.4. Холодный отстой (гравитационное разделение)
- •1.6.3.5.Термохимическое деэмульгирование
- •1.6.3.6. Электрическое деэмульгирование нефтяных эмульсий
- •2. Технологическая часть
- •2.1. Выбор и обоснование технологической схемы производства
- •2.2. Характеристика сырья и готовой продукции
- •2.2.1. Физико-химические свойства пластовой воды
- •2.2.2. Характеристика попутного нефтяного газа
- •2.2.3. Характеристика продукции упн
- •2.2.4. Физико-химические свойства реагентов
- •2.3 Технологическая схема производства
- •Исходные данные для расчета
- •2.4. Материальный баланс производства
- •2.4.1. Материальный баланс первой ступени сепарации
- •Исходные данные для расчета
- •Определение мольной доли отгона n
- •Мольный баланс процесса сепарации первой ступени
- •Массовый баланс процесса сепарации первой ступени
- •Характеристика газа, выделяющегося в сепараторе
- •Материальный баланс сепарации первой ступени
- •2.4.2. Блок отстоя
- •Материальный баланс блока отстоя
- •2.4.3. Блок электродегидраторов
- •Материальный баланс блока электродегидраторов
- •2.4.4. Сепаратор ксу
- •Исходные данные для расчёта (см.Табл.2.8)
- •Определение числа молей выделившегося газа n
- •Мольный баланс процесса сепарации на ксу
- •Массовый баланс сепаратора ксу
- •Характеристика газа, выделяющегося в сепараторе ксу
- •Материальный баланс сепарации ксу
- •2.4.5. Общий материальный баланс установки подготовки нефти
- •Материальный баланс установки
- •2.5. Расчет основного оборудования
- •2.5.2. Блок отстоя
- •Состав эмульсии блока отстоя
- •Массовая доля и плотность компонентов нефти
- •3. Механическая часть
- •3.1 Исходные данные для конструктивного расчета аппарата
- •3.1.1 Выбор материала
- •3.1.2 Расчет толщины стенки цилиндрической обечайки
- •3.1.3. Допускаемое напряжение
- •3.1.4. Толщина стенки днищ (крышек)
- •3.2. Проверка напряжений в стенке обечайки и днищах аппарата при проведении гидравлических испытаний
- •3.2 Расчет опор горизонтального аппарата
- •3.3. Эксплуатация
- •3.3.1 Назначение, применение, технические характеристики и классификация отстойника горизонтального
- •3.3.2 Устройство и принцип действия
- •3.3.3. Порядок пуска и остановка отстойника горизонтального
- •3.4. Ремонт и монтаж оборудования
- •3.4.1. Организация технического обслуживания горизонтального отстойника
- •3.4.2 Характерные неисправности и способы их устранения
- •3.4.3. Порядок сдачи оборудования в ремонт
- •3.4.4. Порядок проведения ремонта
- •3.4.5. Монтаж оборудования после ремонта
- •3.4.6. Гидравлические испытания после ремонта
- •3.5. Специальная часть
- •3.5.1. Расчет фланцевых соединений
- •3.5.2. Расчет болтов
- •4. Экономическая часть
- •4.1. Расчёт капитальных вложений и стоимости основных и оборотных средств
- •4.2 Экономическая оценка проекта.
- •5. Кип и автоматизация производства
- •5.1. Структура и контроль управления
- •5.2. Степень автоматизации
- •5.3. Объекты автоматизации
- •5.4. Описание функциональной схемы блока отстойников
- •6. Безопасность и экологичность проекта
- •6.1. Обеспечение безопасности работающих
- •6.1.1. Характеристика условий труда
- •6.1.2. Средства индивидуальной защиты и компенсация производственных вредностей
- •6.1.3. Электробезопасность, молниезащита и защита от статического электричества
- •6.2. Оценка экологичности проекта
- •6.2.1. Защита атмосферы
- •6.2.2. Защита гидросферы
- •6.2.3. Защита литосферы
- •6.3. Чрезвычайные ситуации
- •6.3.1 Аварийные ситуации на установке и мероприятия по ликвидации аварии
- •6.3.1.2 Отключение электроэнергии
- •6.3.1.7 При пожаре
- •Заключение
- •Список использованных источников
2.5. Расчет основного оборудования
Целью расчетов, проводимых в настоящем разделе, является определение необходимых размеров используемого технологического оборудования на установках подготовки нефти, выбор типа аппаратов и расчет их количества.
2.5.2. Блок отстоя
Технологический расчёт отстойной аппаратуры заключается в определении их пропускной способности и размеров. Если скорость слияния капель воды с водной подушкой – слоем воды в отстойнике меньше скорости накопления частиц на водонефтяном разделе, то между нефтью и водной подушкой образуется переходной слой, толщина которого уменьшается к выходу от отстойника. Скорость движения эмульсии вдоль отстойника от входа до выхода непрерывно уменьшается от значения на входе wвх до значения на выходе wвых:
wвх = Qvсеп / f; wвых = Qvнот / f, (2.27)
где f – площадь поперечного сечения отстойника, занятая эмульсией на входе, м2;
Qvсеп, Qvнот – объёмная производительность эмульсии на входе в отстойник и некондиционной нефти на выходе из отстойника, соответственно, м3/ч.
Очевидно, что для проведения расчётов необходимо знать такие физико-химические характеристики эмульсии на входе в блок отстоя, как плотность и динамическую вязкость, в качестве которой принимаем рассчитанную в предыдущем пункте: эм = 0,19344 кг/(м×с). Для определения величины воспользуемся вышеизложенной методикой.
Таблица 2.23
Состав эмульсии блока отстоя
На входе |
На выходе |
|||
|
% масс |
|
% масс |
|
Эмульсия, в том числе: нефть вода |
29,96 70,04 |
Некондиционная нефть, в том числе: нефть вода |
96 4 |
Для проведения расчёта необходимо знать плотность нефтяной эмульсии. Известно, что нефтяная эмульсия состоит из воды (65% масс) и нефти (35% масс). Плотность можно определить по правилу аддитивности (2.27):
, (2.28)
где - весовая концентрация компонента в смеси;
- плотность компонентов, кг/м3.
Таблица 2.24.
Массовая доля и плотность компонентов нефти
Компонент смеси |
Массовый состав нефти из сепаратора ( , табл.5.5)
|
Массовая доля
|
Плотность компонентов при нормальных условиях ( ), кг/м3 |
CH4 |
15,38 |
0,003446 |
406,9 (-150°С) |
С2Н6 |
49 |
0,01098 |
561,2 (-100°С) |
С3Н8 |
175,98 |
0,039435 |
579,4 (-40°С) |
изо-С4Н10 |
101,16 |
0,022669 |
557,3 |
н-С4Н10 |
430,6 |
0,096492 |
578,9 |
изо-С5Н12 |
68,96 |
0,015453 |
619,6 |
н-С5Н12 |
140,2 |
0,031417 |
626,2 |
С6Н14+ |
3481,28 |
0,780108 |
659,4 |
Итого |
Miн=4462,56 |
1 |
|
Плотность нефти составляет = 640,36 кг/м3,
Плотность пластовой воды – 1019,6 кг/м3 (производственные данные).
Плотность нефтяной эмульсии на входе в блок отстоя – и на выходе из него – , по правилу аддитивности, соответственно составит:
кг/м3,
кг/м3.
Полученные значения пересчитаем на рабочую температуру отстойников – 250С с учётом температурных поправок = 0,633 и 0,9:
= 865,95 – 0,633 .(25-20) = 862,8 кг/м3,
= 650 – 0,9 .(25-20) = 645,5 кг/м3.
Объёмная производительность эмульсии на входе Qvсеп и нефти на выходе Qн vот составит:
Qvсеп = 441940,5 / 862,8 = 512,2 м3/ч;
Qнvот= 145635,5/ 645,5 = 225,6 м3/ч.
Кинематическую вязкость нефти при t=25oC определим по формуле Гросса:
, (2.29)
где , - кинематические вязкости при разных температурах (м2/с);
- кинематическая вязкость нефти при 20°С.
- коэффициент, равный 1,084.
,
=9,34∙10-6 м2/с.
н = 645,5 . 9,34∙10-6 = 6,03.10-3 кг/(м*с)
кг/(м*с). (2.30)
В результате для расчета имеем следующие исходные данные:
- объёмная производительность эмульсии на входе в блок отстоя Qvсеп;
- обводнённость входящей эмульсии B = 70,04%;
- плотность входящей эмульсии эм;
- динамическая вязкость входящей эмульсии э;
- объёмная производительность нефти на выходе из блока отстоя Qнvот;
- требуемая обводнённость нефти на выходе B1 = 4%;
- плотность нефти на выходе эм1.
Рассчитаем диаметр и длину отстойной секции гравитационного отстойника, обеспечивающего заданную пропускную способность и степень разделения эмульсии на нефть и воду. Эффективное разделение фаз в гравитационном отстойнике происходит при условии соблюдения в зоне отстоя ламинарного режима течения эмульсии, т.е. при Re 2300. Следовательно:
w
(2.31)
ж*Dэ*эм / эм 2300wж = Qvсеп/ Sн; Sн = *Dэ2/ 4
(2.33)
(2.32)
(2.34)
где Dэ, Sн – эквивалентный гидравлический диаметр и площадь поперечного сечения потока эмульсии в отстойнике на входе в зону отстоя, соответственно: м, м2.
Sн 0,25 .3,14 .0,55412 2 = 0,241м2.
Принимая во внимание то, что требуемая степень разделения эмульсии очень велика, необходимо обеспечение минимальной линейной скорости течения эмульсии в зоне отстоя. В связи с этим допускаем восьмикратное увеличение параметра Sн относительно минимально допустимого:
(2.33)
Sн 8 . 0,241 = 1,928 м2
м.
В свою очередь, эквивалентный диаметр может быть представлен следующим выражением:
(2.34)
,
где - относительная высота водяной подушки в отстойнике. Экспериментально установлено, что пропускная способность гравитационного отстойника максимальна при = 0,46. В этом случае приведенное выражение примет вид:
D = Dэ / 0,90926
Принимаем ближайший диаметр из стандартного ряда диаметров выпускаемых промышленностью отстойников:
D = Dст = 3,4 м Dэ = 3,092 м Sн = 7,505 м2.
Необходимую длину отстойника рассчитаем исходя из требуемого значения обводнённости нефти на выходе – B1. Длина зоны отстоя определяется скоростью движения эмульсии в отстойнике wср и временем, необходимым для осаждения капель воды ос.
Для реализации процесса необходимо, чтобы время нахождения эмульсии в отстойнике .
(2.35)
; ,где L - длина зоны отстоя, м;
h- высота зоны отстоя, м;
- скорость стесненного осаждения капель воды диаметром , м/с.
Для предельного случая, когда , длина зоны отстоя составит:
(2.36)
(2.37)
м/с.
Высота зоны отстоя рассчитывается по формуле:
м.
Скорость осаждения капель воды определяется по формуле Стокса:
(2.38)
,
где 0,5 – коэффициент, учитывающий стесненность осаждения частиц в движущейся среде.
Длина зоны отстоя составит:
м.
Технологической схемой УПН предусмотрена возможность подачи поверхностно-активного вещества (ПАВ) в поток сырой нефти ещё во входных коммуникациях. Таким образом, к моменту поступления эмульсии в блок отстоя система “вода-нефть” имеет крупнодисперсный характер. Экспериментально установлено, что капли воды в эмульсии, обработанной деэмульгатором имеют размер: dmax=300350 мкм.
м/с.
(2.39)
(2.40)
Условие выполняется.
В соответствии с рассчитанной длиной зоны отстоя принимаем три отстойника диаметром 3,4 м и длиной 23,4 м, работающих паралельно. При таком включении снижается скорость движения эмульсии в отстойнике и пропорционально этому уменьшается требуемая длина зоны отстоя одного аппарата.
Количество аппаратов определяем по формуле:
(2.41)
,
где -объемный расход эмульсии (м3/ч);
- максимальная производительность аппарата (м3/ч).
(2.42)
,
г
(2.43)
де - максимальная поверхность осаждения, зависящая от диаметра и длины аппарата.м2, тогда
м3/ч.
Определим число аппаратов:
.
Принимаем =2.