Реферат
по дисциплине «Процессы и аппараты технологических процессов»
на тему «Электрические способы разделения нефтяных эмульсий»
Оглавление
Введение 2
Эмульсии и виды разделения эмульсий 3
Электродегидраторы и их виды 5
Пример задачи 12
Заключение 13
Список использованных материалов 14
Введение
Целью данной работы является рассмотрение темы электрические способы разделения нефтяных эмульсий.
Дисперсными (гетерогенными) системами называются смеси, состоящие как минимум из двух фаз, которые могут быть разделены механическим путем. Неоднородные системы состоят из дисперсной, т.е. распределенной, внутренней фазы и дисперсионной среды — сплошной, внешней фазы, в которой во взвешенном состоянии находятся частицы дисперсной фазы.
Дисперсные системы подразделяются на: суспензии — жидкости со взвешенными твердыми частицами; эмульсии — жидкости со взвешенными в них капельками другой жидкости; пены — взвеси газовых пузырьков в жидкости; пыли и дымы — газы со взвешенными в них частицами твердой фазы; туманы — взвеси капель жидкости в газе. Дымы и туманы называют также аэрозолями. В зависимости от размеров взвешенных частиц суспензии подразделяются следующим образом
Эмульсии могут быть образованы двумя любыми несмешивающимися жидкостями; в большинстве случаев одной из фаз эмульсий является вода, а другой — вещество, состоящее из слабополярных молекул.
Актуальность работы: в лабораторной практике, в нефтехимии.
Эмульсии и виды разделения эмульсий
Эмульсии могут быть образованы двумя любыми несмешивающимися жидкостями; в большинстве случаев одной из фаз эмульсий является вода, а другой — вещество, состоящее из слабополярных молекул. Эмульсии относятся обычно к грубодисперсным системам, поскольку капельки дисперсной фазы имеют размеры от 1 до 50 мкм. Эмульсии низкой концентрации — неструктурированные жидкости. Высококонцентрированные эмульсии — структурированные системы.
Нефтяные эмульсии - это механическая смесь нефти и пластовой воды, нерастворимых друг в друге и находящихся в мелкодисперсном состоянии.
2 типа эмульсий:
нефть в воде - гидрофильная эмульсия, когда нефтяные капли образуют дисперсную фазу внутри водной среды. Содержание нефти: менее 1 %.
вода в нефти - гидрофобная эмульсия, когда капли воды образуют дисперсную фазу в нефтяной среде. Содержание воды: 0,1 - 90 % и более.
Тип эмульсии зависит от соотношения объемов нефти и воды: дисперсионной средой стремится стать жидкость, объем которой больше.
Определение типа эмульсии путем определения свойств ее дисперсионной среды:
в эмульсии нефть/вода дисперсионной средой является вода, и поэтому такая эмульсия смешивается с водой в любых соотношениях и обладают высокой электропроводностью,
в эмульсии вода /нефть дисперсионной средой является нефть, и эмульсия смешиваются только с углеводородной жидкостью и не обладают достаточной электропроводностью.
Виды разделения эмульсий:
Существуют следующие способы разрушения нефтяных эмульсий:
отстаивание;
фильтрация;
центрифугирование;
термическое воздействие;
внутритрубная деэмульсация;
воздействие магнитного поля.
электрическое воздействие;
Для разделения жидких и газовых суспензий можно использовать силы электрического поля. При действии на эмульсию поля переменного тока высокого напряжения происходит слияние (коагуляция) мелких капелек диспергированной жидкости в более крупные, которые затем легко осаждаются под действием силы тяжести. Создавая электрический разряд в газе, добиваются заряжения взвешенных в нем частиц, которые затем осаждаются электрическими силами в поле постоянного тока высокого напряжения.
Электродегидраторы и их виды
Наиболее эффективным оборудованием для обезвоживания и обессоливания нефти в настоящее время являются электродегидраторы. В них эффективно разрушаются наиболее стойкие мелкодисперсные нефтяные эмульсии под воздействием переменного электрического поля высокой напряженности.
Электродегидратором называется устройство для обработки в электрическом поле суспензии типа жидкость — жидкость (например, нефть — вода). В промышленной практике получили распространение электродегидраторы различных типов: вертикальные, горизонтальные, сферические.
Горизонтальный электродегридатор
Рис. 123: 1 – корпус, 2 – изолятор, 3 – верхний электрод, 4 – нижний электрод, 5 – сборник обессоленной нефти, 6 – трансформатор, 7 – вывод высокого напряжения, 8 – сборник соленой воды, 9 – промывочной коллектор, 10 – распределитель нефти. Потоки: I – выход обессоленной нефти, II – вход нефти, III – удаление шлама, IV – ввод воды на промывку аппарата, V – выход дренажной воды
Рассмотрим конструкцию горизонтального ЭГ200-10 конструкции ВНИИнефтемаша (рисунок 123). Электродегридатор обладает вместимостью 200 м3 на
давление 1 МПа (10 кгс/см2), и предназначен для обезвоживания и обессоливания нефти и газовых конденсатов на промысловых и нефтезаводских установках. В корпусе 1 аппарата размещены электроды (верхний 3 и нижний 4), подвешенные на изоляторах 2, распределитель 10 нефти, сборник 8 соленой воды, два сборника 5 обессоленной нефти и промывочный коллектор 9.
На корпусе электродегидратора смонтированы трансформатор 6 и ввод 7 высокого напряжения. Каждый электрод разделен на две равные части, которые для обеспечения равномерной загрузки трансформатора соединены так, что каждая половина верхнего электрода соединена с другой половиной электрода.
Нефть, вводимая в середину распределителя 10, равномерно распределяется по всему сечению аппарата и после промывки в слое воды, уровень которой поддерживается автоматически выше распределителя на 200 — 300 мм, движется вертикально вверх. При этом нефть сначала обрабатывается в слабом электрическом поле в объеме между уровнем раздела нефть — вода и плоскостью нижнего электрода, а затем в сильном электрическом поле между электродами, после чего собирается сборниками обессоленной нефти 5 и выводится из аппарата. Различие в напряженности электрического поля позволяет обеспечить выделение из эмульсии вначале более крупных глобул воды и разгрузить таким образом зону между электродами для выполнения более сложной задачи — отделения мелких капель воды. Соленая вода собирается в нижней части электродегидратора сборником 8 и выводится из аппарата. Для промывки аппарата без его вскрытия предусмотрен промывочный коллектор 9, отверстия которого направляют струи воды на стенки корпуса.
Питание электродов осуществляется от сдвоенного трансформатора
мощностью 160 кВА, позволяющего получить между электродами напряжение 30, 35, 40, 45 и 50 кВ, присоединение трансформатора к электродам — с помощью двух вводов высокого напряжения.
Для обеспечения обезвоживания и обессоливания как легких, так и тяжелых нефтей разработаны электродегидраторы с двумя раздельными системами ввода нефти. Для этого в корпусе аппарата установлен дополнительный распределитель нефти со стояками, обеспечивающими ввод части нефти непосредственно в межэлектродное пространство, где особенно эффективно разрушаются устойчивые и тяжелые по плотности нефтяные эмульсии. Ввод части нефти непосредственно в межэлектродное пространство существенно повышает устойчивость электрического режима и, следовательно, режима обезвоживания и обессоливания нефти в промысловых условиях. При этом также уменьшается количество промывочной воды, что делает аппарат универсальным и весьма эффективным.
Вертикальный электродегридатор
Рис. 234. Вертикальный электродегридатор: 1 – корпус, 2 – электроды, 3, 4 – изоляторы, 5 – трансформаторы, 6 – манометр, 7 – распределительная головка, 8 – измерительное стекло.
Цилиндрический вертикальный электродегидратор (рис. 234) представляет собой сосуд, внутри которого находятся круглые горизонтальные электроды, подвешенные на изоляторах. Переменное напряжение подается к электродам от двух повышающих трансформаторов. Сырье поступает в электродегидратор в межэлектродное пространство через вертикальную, вмонтированную по оси аппарата, трубу, которая на половине высоты корпуса заканчивается распределительного головкой. С её помощью нефтяная эмульсия вводится в виде тонкой веерообразной горизонтальной струи. Обезвоженная нефть выводится через штуцер в центре днища.
Характерной особенностью данного электродегридатора является высокая напряженность и неоднородность электрического поля, что позволяет разделить даже стойкие эмульсии. Недостатком является относительно низкая производительность.
Сферический электродегридатор
Сферический электродегридатор представляет собой сферическую емкость (рис. 345). Внутри аппарат устроен подобно вертикальному. Основное отличие состоит в том, что в сферических электродегридаторах имеются три сырьевых ввода, расположенных равномерно вокруг вертикальной оси аппарата, и три пары электродов. За счет большого объема сферические электродегридаторы имеют высокую производительность. Недостатком же таких аппаратов является большие размеры корпуса и невозможности их установки после сырьевых насосов АТ и АВТ.
Рис. 345. Шаровой электродегридратор: 1 – трансформатор, 2 – устройство для регулирования расстояния между электродами, 3 – электроды, 4 – распределительная головка, 5 – вывод обессоленной нефти, 6 – ввод сырой нефти, 7 – дренажный штуцер
Расчет горизонтального электродегидратора
Основными параметрами при проектировании электродегидраторов являются: температура процесса, расчетное и фактическое давления, конструкция и размеры аппарата и производительность по сырью.
При этом температура процесса поддерживается такой, чтобы кинематическая вязкость нефти была 2 – 4 мм2/с
Расчетное давление определяется из условия начала однократного испарения нефти при принятой температуре. При этом фактическое давление в аппарате принимается с учетом гидравлического сопротивления участков технологической схемы:
Из этого следует, что исходными данными для проектирования электродегидратора являются:
производительность аппарата по сырью;
содержание воды в водонефтяной эмульсии на входе и выходе.
Массовый баланс системы:
Где  – массовый расход водонефтяной эмульсии,  – массовый расход товарной нефти или производительность электродегидратора,  – массовый расход пластовой воды,  – обводненность эмульсии,  – обводненность товарной нефти,  – обводненность пластовой воды (осажденной воды).
Для упрощения расчетов принимают  .
Для эффективного отстоя воды должно выполняться соотношение:
 (1)
где  – время пребывания нефти в электродегидраторе, с;  – время, необходимое для осаждения капель воды, c.
Время пребывания нефти в электродегидраторе:
 (2)
где  – высота слоя эмульсии в аппарате, м;  – скорость подьема нефти от распределителя сырья к коллектору обезвоженной нефти, м/с.
Время, необходимое для осаждения капель воды:
 (3)
где  – скорость осаждения капель воды в неподвижной среде, м/с;  – фактическая скорость осаждения капель воды, м/с.
Используя неравенства (1) уравнения (2) и (3), получим:
 (4)
В установках электродегридаторов происходит в ламинарном режиме, поэтому для определения скорости осаждения используем уравнения Стокса:
 (5)
где d – диаметр наименьших капель воды,  и  – плотность воды и нефти соответственно при температуре процесса,  – кинематическая вязкость нефти при температуре отстоя, м2/с.
При этом необходимо учитывать условие применения уравнения Стокса:
 (6)
В рассчете процесса допускают то, что площадь сечения, через которое происходит подъем обезвоженной нефти и осаждение капель воды, постоянна и равна площади горизонтального сечения аппарата:
 (7)
где L – длина аппарата, м; D – внутренний диаметр аппарата, м.
При этом площадь сечения, можно выразить как,
 (8)
где G – объемная производительность электродегидратора по сырью, м3 / с.
Используя уравнения (4) – (8), получаем выражения для объемной производительности электродегидратора по сырью.
 (9)
Пример задачи
Исходя из объемной производительности установки электродегидратора 2ЭГ-160-2 определить необходимое количество параллельно работающих элетродегидраторов, общая производительность которых по сырью должна составлять 600 м3 / ч. Принимая рабочую температуру 80 Co и плотность воды 958 кг / м3 коэффициент кинематической вязкости нефти 1,95 * 10-6 м2 / с и диаметр наименьших осаждающихся частиц воды 2,2 * 10-4 м.
Дано
Q= 600 м^3/ч
Pводы= 958 кг / м3
T= 80℃
 м2 / с
 = м
|
Решение
Проверяем условие применения уравнения Стокса:
Условие выполняется, следовательно применение уравнение Стокса справедливо.
По уравнению (9) производительность электродегидратора равна:
Отсюда необходимое количество параллельно работающих аппаратов: 600 / 158 = 3,8 шт.
|
Заключение
В данном реферате была рассмотрена тема электрические способы разделения нефтяных эмульсий. Дано определение, что такое эмульсии, электродегидраторы, их виды и принцип их работы и рассмотрена схема аппарата.
Электродегидраторы являются одними из базовых приборов на многих предприятиях. Выбрать подходящие электродегидраторы для конкретных целей порой достаточно непросто.. В данной работе были рассмотрены различные виды, подходящие для различных задач. Также в конце была приведена задача на тему электрообработки эмульсий.
1. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии А.И.Скобло http://ci.kpi.ua/Books/skoblo_paht.pdf
2. Разделение гетерогенных систем «Методические указания» https://swsu.ru/sveden/files/Metod_B1.V.OD.6_04.03.01_05.02.2016.pdf
3. Расчет электрдегидратора https://studref.com/385525/tehnika/osazhdenie_deystviem_tsentrobezhnoy_sily
Конструкция электродегидраторов.
https://studopedia.net/14_37279_konstruktsii-tsentrifug-i-separatorov.html |
Скачать 0.54 Mb.