НГПО. Электродегидратора

• Название: Электродегидратора
• Дата: 18.04.2023
• Размер: 1.11 Mb.
• Имя файла: НГПО.docx
• Тип: Документы; #1071846
• страница: 3 из 10

1 Общая характеристика электродегидраторов

1. Назначение и принцип действия электродегидраторов.

Электродегидраторы ЭГ (см. рисунок 1.1) используются в составе технологических установок по подготовке нефти к транспорту на нефтедобывающих и перерабатывающих предприятиях. Данное оборудования является наиболее эффективным для получения товарной нефти за счет ее глубокого обезвоживания и обессоливания, так как при ее обработке применяются электрический ток.

Электродегидратор - аппарат для отделения воды от сырой нефти путем разрушения нефтяной эмульсии обратного типа (вода в нефти) в электрическом поле.


Рисунок 1.1 – Пример горизонтальных электродегидраторов УПН Электрический способ деэмульсации нефтей достаточно известен как

эффективный и широко распространенный в промысловой и особенно в заводской практике. Электрический способ можно сочетать с другими способами (термическим, химическим и др.). При удачно подобранном режиме этот способ эффективен применительно к эмульсиям практически любых типов. Эмульсия, как дисперсная система, электрически нейтральна

— находится в уравновешенном состоянии. Одноименные (положительные) заряды капель воды стремятся воспрепятствовать их сближению и агрегированию, придавая ей таким образом дополнительную стабильность.

При относительном перемещении фаз под действием внешних сил эмульсия перестает быть нейтральной. Часть отрицательных зарядов, находящихся на удалении от капель, уносится от них. Начинает превалировать положительный заряд капель воды, которые становятся электрически заряженными до определенного потенциала. Заряд капель может быть не только положительным, но и отрицательным в зависимости от кислотности нефтяной среды. Эффективному электрическому воздействию

поддаются эмульсии типа «вода в нефти». Электрообработка эмульсии типа

«нефть в воде» затруднительна в связи с постоянной угрозой короткого замыкании электродов через эмульсию. По характеру возникающего электрического поля различают способы с использованием переменного и постоянного токов промышленной и высокой частоты. Для установления механизма разложения эмульсии и физических явлений, происходящих при электрическом воздействии, рассмотрим поведение эмульсии в поле постоянного и переменного тока. [2]




Рисунок 1.2 – Схема воздействия постоянного тока на водонефтянную эмульсию
При прохождении эмульсии через электрическое поле, созданное постоянным током, капли воды стремятся располагаться вдоль силовых линий поля (аналогично железным опилкам в магнитном поле) (см. рисунок 1.2). С образованием водяных цепочек резко увеличиваются проводимость эмульсии и сила тока. Кроме того, в электрическом поле наблюдаются явления катофореза и электрофореза. При этом диспергированные капли воды, имеющие положительный заряд, устремляются к отрицательному электроду, скапливаясь около него, и наоборот. Это сопровождается разрушением адсорбционного слоя поверхности капель и их слиянием. Под действием взаимного притяжения форма капель изменяется, и ослабляется

таким образом поверхностное натяжение. С увеличением напряжения, приложенного к электродам, и уменьшением вязкости скорость перемещения капель возрастает, повышается вероятность их деформации, разрыва и слияния в более крупные. Изменение градиента электрического поля необходимо для преодоления существующих сил отталкивания капель с одноименными зарядами. Кроме того, благодаря электрической индукции между каплями, соприкасающимися в цепочках, возникают свои элементарные поля, приводящие к пробою и разрывам оболочек капель. В результате капли беспрерывно сливаются и оседают — начинается интенсивное расслаивание эмульсии.

Следует заметить, что по закону Стокса с укрупнением капель скорость их движения возрастает и условия для их столкновения и агрегирования становятся все более благоприятными. При прохождении эмульсии через электрическое поле, создаваемое переменным по величине и направлению током, механизм разрушения эмульсии несколько иной. Как и при постоянном токе, происходит катофорез, с той разницей, что вследствие изменения направления тока капли воды находятся в колебательном движении. Под воздействием сил между ними (переменных направлений) форма их постоянно меняется. При попадании эмульсии в электрическое поле частицы воды, заряженные отрицательно, передвигаются внутри элементарной капли, придавая ей грушевидную форму, острый конец которой обращен к положительно заряженному электроду. С переменой полярности электродов капля вытягивается острым концом в противоположную сторону. Если частота переменного тока равна 50 Гц, капля будет изменять свою конфигурацию 50 раз в секунду. Под воздействием сил притяжения отдельные капли, стремящиеся к положительному электроду, сталкиваются друг с другом, и при достаточно высоком потенциале заряда происходит пробой диэлектрической оболочки капель, чему способствует деэмульгатор, постепенно размывающий эту оболочку. В результате мелкие водяные капли сливаются и укрупняются, что способствует их осаждению в электродегидраторе. Вода выводится снизу, а обезвоженная нефть — сверху электродегидратора (см. рисунок 1.4). В связи с этим капля воды испытывает непрерывную деформацию, разрываясь в местах перенапряжения. Кроме того, вследствие колебательных движений, возникающих при изменении направлений тока, происходит большое число столкновений капель и, как следствие, интенсивное слияние. Одновременно капля воды, попадая в поле электрода, получает от него заряд и устремляется от электрода, сталкиваясь с другими каплями, имеющими меньшие скорости. Эти столкновения приводят к разрушению поверхностных оболочек капель и их слиянию. [3]

Установлено, что эффект деэмульсации нефти в электрическом поле переменного тока в несколько раз выше, чем в электрическом поле постоянного тока.


Рисунок 1.3 – Горизонтальный электродегидратор ЭГ-200-10
Для разработки технологической схемы и аппаратов деэмульсационной установки с использованием электрического поля необходимо знать основные факторы, влияющие на эффективность процесса. Факторы эти следующие: напряженность электрического поля, степень дисперсности эмульсии, содержание в ней воды, плотность и вязкость нефти (существенно влияющие на сроки отстаивания), электропроводность эмульсии, прочность поверхностных слоев капель воды. Влияние каждого из перечисленных факторов изменяется при подогреве эмульсии, введении химических реагентов-деэмульгаторов, ускоряющих процессы электродеэмульсации. По основным факторам, определяющим эффективность рассматриваемого процесса, остается напряженность электрического доля. В настоящее время для электродеэмульсации нефтей применяют переменный ток промышленной частоты (50 Гц). Электродегидраторы с использованием токов высокой частоты в промысловой подготовке нефти в настоящее время практически не применяются.

Для осуществления электрообезвоживания (электрообессоливания) с помощью тока промышленной частоты разработан ряд конструкций электродегидраторов с открытыми электродами. Эти аппараты получили широкое распространение в практике обессоливания нефтяных эмульсий, поступающих для переработки на заводы. В последнее время установки с электродегидраторами промышленной частоты строятся и для промысловой

подготовки нефти. Обеспечивая высокую степень качества обессоливания нефти, эти установки, однако, очень чувствительны к колебаниям содержания воды в исходной нефти, что ограничивает их применение на ступенях обезвоживания. Как показала практика, наиболее эффективным при обессоливании нефти следует считать рассматриваемый способ, в котором для стабилизации обводненности нефти вводится термохимическая ступень или ступень предварительного сброса основного балласта воды.

В электродегидраторах совмещены два процесса — обработка эмульсии в электрическом поле и отстой воды от нефти. За последнее время наметилась тенденция к совмещению с ними еще одного процесса — подогрева нефтяной эмульсии.

Рисунок 1.4 – Принципиальная схема работы электродегидратора Электрическая схема электрообезвоживающего аппарата основана на

описанном принципе (см. рисунок 1.5). Электроды 1 служат для создания электрического поля, в котором разрушается эмульсия воды и нефти. Напряжение подаваемое на электроды, повышается до необходимой величины трансформаторами 2. Для ограничения токов короткого замыкания, возникающих между электродами дегидратора, устанавливают реактивные катушки (дроссели) 3. Контроль и наблюдение за напряжением питающей сети ведут по вольтметру 4 с переключателем, а за нагрузкой всей установки — по амперметру 5. Включение и отключение установки осуществляется автоматом 6.

Процесс обессоливания заключается в том, что соль содержащаяся в нефти, вымывается водой, растворяется в ней и выводится в виде раствора. Если содержащейся в нефти воды окажется недостаточно, то добавляется необходимое количество ее. Для лучшей промывки нефти вода смешивается с ней так, чтобы образовалась эмульсия, которая затем разрушается в электрическом поле электродегидратора. Таким образом, обессоливание

нефти в сущности сводится к процессу обезвоживания и производится на описанных выше аппаратах — электродегидраторах.



1 – электроды; 2 – трансформаторы; 3 – реактивные катушки; 4 – вольтметр;

5 – амперметр; 6 – автомат

Рисунок 1.5 – Принципиальная электрическая схема электродегидратора
Для ограничения токов короткого замыкания, возникающих при прохождении эмульсии через электроды, как описано выше, рядом с трансформатором установлены реактивные катушки (см. рисунок 1.5). Сами электроды, предназначенные для создания электрического поля, находятся внутри дегидратора. Напряжение на электроды от трансформаторов подается через высоковольтные изоляторы, укрепленные в крышке дегидратора.