Электродегидраторы для обезвоживания и обессоливания нефти

Наиболее эффективное оборудование для обезвоживания и обессоливания нефти - электродегидраторы; в них разруше­ние эмульсий проводят в электрическом поле переменного то­ка. Электродегидратор любого типа состоит из корпуса, в кото­ром размещены подвешенные на изоляторах электроды, уст­ройств для ввода и распределения эмульсии и отвода отстояв­шейся воды и нефти. Ток на электроды подается от индивиду­ального трансформатора высокого напряжения. В межэлектрод­ном пространстве под влиянием электрического поля высокой напряженности капли укрупняются и под действием гравитаци­онных сил осаждаются. Процессу разрушения пленки эмульга­тора, обволакивающей капли воды, способствуют вводимые в эмульсию деэмульгаторы.

Взаимодействие между диспергированными в нефти каплями воды зависит от напряженности электрохимического поля и ре­гулируется напряжением тока или расстоянием между элек­тродами.

Важный узел электродегидратора — изоляторы. В одних конструкциях оба электрода отделены от корпуса подвесными изоляторами и через проходные изоляторы присоединены к раз­ным фазам повышающего трансформатора. В других аппаратах имеются один высокопотенциальный и один заземленный элек­троды; в этом случае изоляторы предусмотрены только у высо­копотенциального электрода.

Качество обработанной нефти в значительной мере зависит от организации движения потоков в электродегидраторе, опре­деляемой устройством для ввода нефти и конструкцией корпу­са. Существуют аппараты с горизонтальным, вертикальным вос­ходящим и комбинированным потоком нефти.

На промыслах и нефтеперерабатывающих заводах эксплуа­тируются электродегидраторы различных конструкций — верти­кальные, шаровые и горизонтальные.

На промыслах наибольшее распространение получили гори­зонтальные электродегидраторы типа ЭГ160 и 1ЭП60, на НПЗ—типа 2ЭГ160.

В последние годы созданы более крупные аппараты типа ЭГ200: ЭГ200-10 — для обработки легких и средних нефтей (плотностью до 890 кг/м³) и 1ЭГ200-2Р — для средних и тяже­лых нефтей (плотностью до 910 кг/м³). От аппаратов 1ЭП60, кроме размеров корпуса, они отличаются конструкцией распределительного устройства и более совершенным электрообору­дованием.

Конструкция электродегидратора 1ЭГ200-2Р обеспечивает возможность регулирования соотношения подачи сырья в меж­электродное и подэлектродное пространства в зависимости от свойств поступающей эмульсии, оптимизируя этим работу ап­парата, поскольку более устойчивые эмульсии лучше разру­шаются при подаче их непосредственно в межэлектродное про­странство, а менее устойчивые—в подэлектродное пространство. Для промысловой подготовки высокосернистых нефтей с со­держанием сероводорода и углекислого газа в продукции сква­жин до 6% ВНИИнефтемаш разработал блоки электродегид­раторов из стали марки 20ЮЧ, стойкой к сероводородному кор­розионному растрескиванию. Аппараты, изготовленные из этой стали, в отличие от других электродегидраторов не требуют внутреннего антикоррозийного покрытия. Из этой стали выпол­няют и технологические трубопроводы, входящие в комплект поставки блока вместе с запорной и регулирующей арматурой, средствами контроля и автоматизации, площадками обслужи­вания и лестницами.

Электродегидратор оборудован двумя электродами, подве­шенными параллельно и имеющими форму решетчатых прямо­угольных рам. Электроды через проходные изоляторы подсоеди­нены к высоковольтным выводам двух трансформаторов ОМ -66/35. мощностью по 50 кВ-А, установленных в верхней части аппарата. Переключением выводов трансформатора на элек­трод можно подать напряжение 11, 16,5 или 22 кВ. Первичные обмотки трансформаторов подключаются к противофазе, поэто­му напряжение между электродами удваивается (вследствие разных полярностей). Таким образом, напряжение между элек­тродами может иметь значения 22, 33 и 44 кВ.

Для ограничения силы тока и защиты электрооборудования от короткого замыкания в цепь первичной обмотки трансформа­торов включены реактивные катушки типа РОС-50/05. Их уста­навливают на площадке рядом с трансформаторами. Благода­ря большой индуктивности реактивных катушек при увеличении силы тока происходит перераспределение напряжений.

Работает аппарат следующим образом. Эмульсионная нефть через два отдельных распределительных устройства поступает под слой отделившейся воды. После перехода через границу раздела (межфазный, слой) поток эмульсионной нефти освобож­дается от основной массы пластовой воды и, двигаясь в верти­кальном направлении, последовательно подвергается обработке в зоне низкой напряженности электрического поля, образующе­гося между уровнем отделившейся воды и нижним электродом, затем в зоне высокой напряженности, между электродами (верхним и нижним), расстояние между которыми может изме­няться от 20 до 40 см.

Электрокоалесцеры

По мере истощения нефтяных месторождений возрастает до­ля устойчивых нефтяных эмульсий, трудно поддающихся разру­шению в электродегидраторах традиционных конструкций. В свя­зи с этим в последние годы разработаны электрокоалесцирующие устройства, обеспечивающие устойчивость электрического поля на высокообводненных устойчивых эмульсиях и их эффек­тивное разрушение.

К электрокоалесцерам предъявляются следующие требова­ния: работа при более высокой, чем в обычных электродегидра­торах, напряженности электрического поля; создание условий, исключающих пробой между электродами.

Для обработки на промыслах высокообводненных (содержа­щих воды более 10%) эмульсий создан трехходовой электродегидратор, представляющий собой комбинацию электрокоалесце-ра с изолированными электродами и отстойника. Аппарат снабжен заземленным цилиндром, стержневым и колоколообразным электродами, отделенными от цилиндра, изоляторами.

В аппарате осуществляется двукратный резкий поворот эмульсий, в результате чего из нее выпадают крупные капли воды, осаждающиеся в нижней части емкости. Кольцевые зазо­ры между стержневым электродом и цилиндром, цилиндром и колоколообразным электродом, а также между последним и корпусом уменьшаются в направлении от стержневого элек­трода к корпусу. Это обеспечивает обработку эмульсии в раз­ных по напряженности электрических полях при условии трех­кратного протока ее через межэлектродные пространства с из­менением направления движения потока при переходе из одной зоны в другую. В каждой последующей зоне эмульсия стано­вится менее обводненной и по мере освобождения от крупных капель воды приобретает более равномерную мелкодисперсную структуру.

Из зоны электрообработки нефть по перепускной трубе по­ступает в отстойную зону аппарата, из которой удаляется через штуцер. Вода из нижней части емкости, обтекая перегород­ки, направляется к выпускному патрубку. Предусмотрена автоматическая регулировка вывода воды из аппарата.

Пропускная способность трехходового электродегидратора, совмещенного с отстойником в емкости объемом 200 м³, дости­гает 6000 т/сут.

Высокую надежность и эффективность показал в процессе опытно-промышленной эксплуатации электрокоалесцер ЭКУ-3 с ограниченной областью формирования токопроводящих цепо­чек, созданный Казанским педагогическим институтом, ВНИИ-нефтемашем и объединением «Татнефть».

Высокое напряжение от трансформатора через проходной изолятор подается на электрод, размещенный по оси цилин­дрического заземленного корпуса, служащего вторым элек­тродом.

Между электродами установлена перфорированная тру­ба из диэлектрического материала. Диаметр отверстий пер форации в несколько раз меньше толщины стенки трубы. Пере­городка разделяет входную и выходную полости аппарата.

Поток сырья поступает внутрь перфорированной трубы, где эмульсия обрабатывается электрическим полем большой на­пряженности вблизи высокопотенциального электрода. Затем эмульсия через отверстия, называемые областями ограниченного формирования цепочек, поступает на дообработку в зону с мень­шим значением напряженности электрического поля вблизи за­земленного корпуса. Разрушенная эмульсия с укрупненными каплями воды удаляется через нижний штуцер и направляет­ся в отстойник или электродегидратор для отделения воды. Расчленение потока водонефтяной эмульсии на элементарные струйки при помощи отверстий в трубе способствует тому, что количество воды в каждом элементарном канале ограничи­вается, исключается втягивание капель воды из прилегающего объема, токопроводящая цепочка получается малого сечения и большого сопротивления; ток элементарного короткого замы­кания через цепочку, прежде чем достигнуть критической вели­чины, вызывает вскипание эмульсии и блокировку каналов па­рогазовыми пузырьками. В результате достигается самоблоки­ровка тока в каждом отверстии и не возникает короткого замы­кания между электродами.

Аппарат позволяет поддерживать высокую напряженность поля и обеспечивает эффективную коалесценцию капель пласто­вой воды на стадии обезвоживания нефти, а также эффектив­ную коалесценцию капель пластовой и пресной воды на стадии обессоливания нефти. Применение такого аппарата также це­лесообразно для разрушения ловушечных эмульсий в промыс­ловых и заводских условиях.