СПОСОБ МОДЕРНИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОДЕГИДРАТОРА Российский патент 2019 года по МПК B01D17/06 

Изобретение относится к электродегидраторам (ЭГ) для обезвоживания и обессоливания нефти и очистки нефтепродуктов и может быть использовано в нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности.

Известен способ модернизации сепарационного узла газового, включающий демонтаж конструктивных элементов, находящихся внутри корпуса сепаратора, удаление демонтированных конструктивных элементов из внутреннего пространства сепаратора через люк-лаз и установление во внутреннее пространство новых конструктивных элементов (патент РФ №2460569).

Наиболее близким к заявляемому способу модернизации электродегидратора является способ модернизации сепаратора газового, включающий демонтаж конструктивных элементов, находящихся внутри корпуса устройства, удаление демонтированных конструктивных элементов из внутреннего пространства через люк-лаз, размещение во внутреннем пространстве устройства крепежных конструкций (патент РФ №2310497).

Однако указанные способы модернизации аппаратов не относятся к модернизации электродегидраторов.

В настоящее время на установках подготовки нефти (УПН) нефтедобывающих предприятий и на электрообессоливающих установках (ЭЛОУ) нефтеперерабатывающих заводов эксплуатируются устаревшие электродегидраторы в основном с двухрядной системой электродов (например, ЭГ-100, 160, 200) с некачественными и невзрывозащищенными высоковольтными и соответственно с запрещенными в настоящее время к использованию источниками питания.

К недостаткам указанных электродегидраторов относятся:

низкая степень охвата объема обрабатываемой эмульсии электрическим полем;

- неэффективное конструктивное исполнение коллектора ввода нефти в электродегидратор, приводящее к возникновению завихрений и нарушению ламинарного режима движения нефти в аппарате;

- отсутствие возможности отдельного вывода межфазного слоя из электродегидратора;

- отсутствие возможности размыва и удаления донных шламовых отложений из электродегидратора без его остановки;

- отсутствие протекторной антикоррозийной защиты;

- низкая мощность источника питания, что приводит к необходимости использования нескольких трансформаторов на каждом электродегидраторе;

- низкое выходное напряжение источника питания;

- недостаточная взрывозащищенность;

- низкая автоматизация.

Технической задачей является разработка способа модернизации электродегидратора, обеспечивающего электродегидратору повышение эффективности, производительности и надежности его работы, а также обеспечение взрывобезопасности электродегидратора.

Поставленная задача достигается тем, что в способе модернизации электродегидратора, включающем демонтаж конструктивных элементов, находящихся внутри корпуса устройства, удаление демонтированных конструктивных элементов из внутреннего пространства через люки-лазы, размещение во внутреннем пространстве устройства опорных и крепежных конструкций, согласно данному изобретению на крепежных конструкциях монтируют направляющие элементы для сборки электродов и подвешивают подвесные изоляторы, в электродегидратор через люки-лазы помещают сборные элементы новой трехрядной металлической или вертикальной композитной электродной системы, сборные элементы коллекторной системы для ввода и вывода нефти, для ввода и вывода воды, для вывода промежуточного слоя и размыва шламового осадка, при этом окончательную сборку и размещение сборных элементов осуществляют внутри электродегидратора, устанавливают вдоль всего электродегидратора в нижней его части протекторы для защиты внутренней поверхности электродегидратора от коррозии, в имеющиеся или дополнительно ввариваемые патрубки в верхней наружной части электродегидратора устанавливают не менее двух реле газовой шапки, а в нижней наружной части - не менее двух уровнемеров межфазного уровня вода-нефть, также на имеющиеся или дополнительно ввариваемые патрубки помещают узел ввода высокого напряжения стационарного или гибкого типа с проходным изолятором, соединенный с взрывозащищенным высоковольтным источником питания, электродегидратор дополнительно снабжают локальными панелью управления и системой автоматизации для контроля и управления параметрами работы электродегидратора и источника питания.

При сборке новой трехрядной металлической электродной системы нижний и верхний потенциальные металлические электроды в виде решетки крепят на вновь установленных направляющих элементах и подвешивают к имеющимся или вновь устанавливаемым арочным конструкциям на общих или раздельных подвесных изоляторах, а заземленную электродную решетку крепят на закрепленных в корпусе имеющихся или вновь установленных опорных и направляющих конструкциях, при этом расстояние между установленными электродными решетками уменьшается по высоте аппарата.

При сборке новой вертикальной композитной электродной системы рамы с электродами, выполненными из композитных трубок или стержней, крепят на вновь установленных направляющих элементах и подвешивают к имеющимся или вновь установленным арочным конструкциям на подвесных изоляторах, при этом между рядами вертикальных потенциальных композитных электродов параллельно им помещают заземленные вертикальные электроды в виде металлических решеток.

Коллекторная система представляет собой распределительные и сборные устройства.

Коллектор ввода нефти содержит не менее двух параллельных перфорированных труб с отбойными пластинами.

Коллектор для размыва шламового осадка содержит трубы с форсунками, позволяющими удалять осадок непосредственно в процессе работы электродегидратора.

Проводят модернизацию емкостного оборудования, например, отстойника типа ОГ или сепаратора типа НГСВ или другого оборудования, предназначенного для разделения водонефтяной эмульсии.

Конструкции узла ввода высокого напряжения с проходным изолятором, а также подвесных изоляторов предотвращают короткое замыкание и отключение напряжения на электродах, что повышает эффективность работы электродегидратора. Кроме того, конструкция узла ввода высокого напряжения позволяет проводить диагностику, обследование и замену проходных изоляторов без слива жидкости и пропарки электродегидратора.

Размещение внутри электродегидратора новой трехрядной металлической системы электродных решеток с уменьшающимися расстояниями между ними по высоте аппарата или вертикальной композитной электродной системы позволяет увеличить объем охвата водонефтяной эмульсии электрическим полем и соответственно время ее нахождения в электрическом поле до двух раз. Указанные меры за счет уменьшения расстояния по высоте между металлическими электродными сетками, а также за счет свойств композитного материала позволяют создать систему с увеличивающейся напряженностью электрического поля в направлении восходящего движения эмульсии с уменьшающимися размерами и концентрацией капель воды и, наоборот, с уменьшающейся напряженностью электрического поля в направлении движения осаждающихся и увеличивающихся в размерах и количестве капель воды. Такое согласование динамики процессов коалесценции и отстоя в электрическом поле трехрядной электродной системы электродегидратора позволяет существенно повысить эффективность его работы и глубину обезвоживания и обессоливания нефти. Зависимость качества деэмульсации нефти от времени электрообработки представлена на фиг. 1, где 1 - без изменений электрических и технологических параметров процесса; 2-е уменьшением напряженности в процессе укрупнения капель.

Размещение в электродегидраторе коллекторной системы, которая состоит из коллекторов для ввода и вывода нефти, для вывода воды, для вывода промежуточного слоя и размыва шламового осадка позволяет устранить паразитную циркуляцию потоков, предотвратить прохождение нефти мимо электродных решеток, благодаря чему до 15% повышается эффективность процесса электродеэмульсации нефти и соответственно производительность электродегидратора.

Коллектор ввода нефти обеспечивает равномерное распределение эмульсии, поступающей в аппарат по всему сечению зоны ввода электродегидратора. Рассчитанный диаметр труб и расстояние между отверстиями в трубах и специальные отбойные пластины-экраны позволяют минимизировать турбулентность и создать ламинарное течение жидкости по вертикали.

Коллектор вывода нефти располагается в верхней части электродегидратора и обеспечивает равномерный сбор и вывод товарной нефти. Может выполняться в виде коробов или одной и более труб с отверстиями. Преимуществом конструкции его крепления на болтах является возможность его снятия во время регламентных аттестациях сосуда и дефектоскопии.

Коллектор вывода сточной воды с выходными штуцерами сточных вод отводит сточную воду из электродегидратора и расположен вдоль всей его длины. Количество, размер и расположение заборных отверстий вдоль коллектора рассчитываются с учетом обеспечения равномерного потока по всей длине устройства.

Коллектор ввода воды для размыва шлама с форсунками (промывной коллектор) позволяет удалять твердые частицы и шлам, отлагающиеся на дне устройства, непосредственно в процессе его работы и гарантирует незасорение отверстий входного коллектора и равномерности потока нефти. Количество и протяженность водяной струи для размыва шлама вдоль коллектора рассчитывается, исходя из того, чтобы охватить все дно устройства.

Коллектор вывода промежуточного (межфазного) слоя позволяет без остановки технологического процесса выводить из электродегидратора, не нарушая уровень основных жидкостей, образующийся межфазный слой эмульсии, не соответствующий технологическим параметрам и препятствующий нормальной работе.

Протекторная защита обеспечивает защиту внутренней поверхности электродегидратора от коррозии, вызываемой отстоявшейся соленой водой. В качестве протектора может использоваться активная анодно-протекторная защита. Аноды изготавливают из цинко-алюминиево-магниевого сплава, который за счет своих электрохимических свойств обеспечивает протекторную защиту стальных элементов, погруженных в электролит -пластовую воду. Сочетание внутреннего защитного покрытия с электрохимической цинко-алюминиево-магниевой протекторной защитой обеспечивает 2-3 кратное повышение срока службы емкостей в типичных агрессивных средах (нефть и нефтепродукты, подтоварная вода и т.п.).

Реле газовой шапки и уровнемеры межфазного уровня позволяют контролировать и управлять уровнями жидкости и газа в электродегидраторе, передавать соответствующие сигналы на отключение и включение высоковольтного источника питания и клапана сброса воды из электродегидратора, что повышает надежность его работы.

На имеющийся или вновь ввариваемый патрубок помещают узел ввода высокого напряжения (УВВН) стационарного или гибкого типа с проходным изолятором. При этом в нижнем фланце УВВН делается горизонтальное отверстие с патрубком, соединенным с выходом нефти, что обеспечивает постоянный проток жидкостной или газожидкостной смеси, что позволяет избежать ситуаций с накоплением газа, образования газовой шапки в штуцере для монтажа проходного изолятора, срабатывания реле газовой шапки и отключения трансформатора. Все электрические контакты в узле ввода высокого напряжения помещены под слой трансформаторного масла, что обеспечивает взрывобезопасность этого узла.

Установка на электродегидраторе одного взрывозащищенного высоковольтного источника питания (ВИЛ) достаточной мощности однофазного или 3/2 фазного с выходным высоким напряжением до 27.5 кВ, вместо двух маломощных и невзрывозащищенных трансформаторов обеспечивает взрывобезопасность системы электропитания модернизированного электродегидратора и повышение эффективности работы.

Локальная панель управления (ЛПУ) и локальная система автоматизации (ЛСА) обеспечивают контроль и управление параметрами электродегидратора и высоковольтного источника питания, увеличивают надежность его работы.

Заявляемый способ поясняется фиг. 2 (модель электродегидратора с трехрядной электродной системой) и фиг. 3 (модель электродегидратора с системой вертикальных композитных электродов).

Модернизированный электродегидратор содержит корпус 1, внутри которого размещаются направляющие элементы на крепежных конструкциях с подвесными изоляторами 2, трехрядную металлическую (на фиг. 2) или вертикальную композитную (на фиг. 3) электродную систему 3, коллекторную систему, включающую коллектор 4 ввода нефти, коллектор 5 вывода нефти, коллектор 6 ввода воды для размыва шлама, коллектор 7 вывода воды, коллектор 8 вывода промежуточного слоя и шлама. Снаружи сверху на патрубке размешают реле 9 газовой шапки, а на нижней боковой поверхности - уровнемеры 10 межфазного уровня. На имеющиеся или дополнительно ввариваемые патрубки помещают узел 11 ввода высокого напряжения стационарного или гибкого типа с проходным изолятором, соединенное с взрывозащищенным высоковольтным источником питания 12. Электродегидратор дополнительно содержит локальные панель управления и систему автоматизации для контроля и управления параметрами работы электродегидратора и источника питания (на фиг. не показаны).

Предлагаемый способ модернизации электродегидратора осуществляют следующим образом.

Демонтируют старые конструктивные элементы из внутреннего пространства электродегидратора и удаляют их из аппарата через люки-лазы. Затем в электродегидратор через люки-лазы помещают сборные на болтах крепежные арочные и опорные балки и металлоконструкции. На арочных и опорных конструкциях крепят направляющие элементы для сборки и монтажа электродов и навешивают подвесные изоляторы.

Далее через люки-лазы в электродегидратор помещают сборные элементы новой трехрядной металлической или вертикальной композитной электродной системы. Нижний и верхний потенциальные металлические электроды новой трехрядной металлической электродной системы собирают и устанавливают на вновь установленных направляющих элементах и подвешивают к имеющимся закладным деталям или вновь устанавливаемым арочным конструкциям на общих или раздельных подвесных изоляторах. Средняя заземленная электродная решетка собирается и крепится на закрепленных к корпусу имеющихся или вновь установленных опорных и направляющих конструкциях. Расстояние между вновь установленными электродными решетками уменьшается по высоте аппарата.

В варианте установки вертикальной электродной системы из трубок или стержней, выполненных из композитного материала, рамы, на которых они закреплены, также крепятся на вновь установленных направляющих элементах и подвешиваются к имеющимся закладным деталям или вновь установленным арочным конструкциям на подвесных изоляторах, на которые подается высокое напряжение. Между рядами вертикальных потенциальных композитных электродов параллельно им помещают заземленные вертикальные электроды в виде металлических решеток.

Сборные элементы коллекторной системы входа нефти и воды для размыва нефтешлама, выхода нефти, воды, промежуточного слоя и размыва шламового осадка также помещают в электродегидратор через люки-лазы. При этом их окончательная сборка и размещение осуществляется внутри аппарата на болтовых соединениях. Коллекторная система представляет собой распределительные и сборные устройства (коллекторы).

Коллектор ввода нефти в аппарат выполняется в виде нескольких (не менее двух) параллельных перфорированных труб с отбойными пластинами. Трубы коллектора обеспечивают равномерное распределение эмульсии, поступающей в аппарат по всему сечению зоны ввода электродегидратора. Рассчитанный диаметр труб и расстояние между отверстиями в трубах и специальные отбойные пластины-экраны позволяют минимизировать турбулентность и создают ламинарное течение жидкости по вертикали, за счет чего в электродегидраторе устраняется паразитная циркуляция потоков, предотвращается прохождение потока мимо электродных решеток и таким образом повышается эффективность процесса отстоя капель и, соответственно, производительность аппарата до 15%.

Коллектор вывода нефти располагается в верхней части электродегидратора и обеспечивает равномерный сбор и вывод товарной нефти. Может выполняться в виде коробов или одной и более труб с отверстиями.

Коллектор вывода сточной воды располагают на дне электродегидратора вдоль всей его длины. Выходные штуцеры коллектора сточных вод отводят сточную воду из устройства. Количество, размер и расположение заборных отверстий вдоль коллекторов рассчитывают исходя из того, чтобы обеспечить равномерный поток вдоль длины всего устройства.

Коллектор вывода межфазного слоя позволяет без остановки технологического процесса выводить из электродегидратора, не нарушая уровень основных жидкостей, образующийся межфазный слой эмульсии, не соответствующий технологическим параметрам и препятствующий нормальной работе аппарата.

Коллектор размыва шлама, выполненный в виде труб с форсунками (промывной коллектор), позволяет удалять твердые частицы и шлам, отлагающиеся на дне емкости, непосредственно в процессе работы установки. Количество и протяженность водяной струи для размыва шлама вдоль коллекторов рассчитывают, исходя из размера дна устройства. Давление подачи воды должно быть до 0,3 МПа выше рабочего давления.

В электродегидратор через люки-лазы помещают и устанавливают в нижней части корпуса вдоль всего устройства протекторы для защиты внутренней поверхности электродегидратора от коррозии, вызываемой отстоявшейся соленой водой. В качестве протектора может использоваться активная анодно-протекторная защита. Аноды изготавливают из цинко-алюминиево-магниевого сплава, который за счет своих электрохимических свойств обеспечивает протекторную защиту стальных элементов, погруженных в электролит - пластовую воду. Между анодом и пластовой водой происходит реакция: металл анода замещает положительный ион в электролите, образуются соли алюминия. При этом расходуется металл анода и появляется гальванический ток, направленный в корпус. Электрический ток снижает скорость окислительной реакции, то есть уменьшает интенсивность коррозии металла корпуса аппарата.

В имеющиеся или дополнительно ввариваемые патрубки по верху электродегидратора устанавливают два реле газовой шапки, а на боковой поверхности внизу электродегидратора устанавливают два уровнемера межфазного уровня, что позволяет контролировать и в совокупности с присоединенными к ним специально изготовленными для реализации предлагаемого способа локальными панелью управления и системой автоматизации управлять работой электродегидратора.

Снаружи электродегидратора на имеющийся или вновь ввариваемый патрубок помещают узел ввода высокого напряжения (УВВН) стационарного или гибкого типа с проходным изолятором. В нижнем фланце УВВН делают горизонтальное отверстие с патрубком, соединенным с выходом нефти, что обеспечивает постоянный проток жидкостной или газожидкостной смеси и позволяет избежать ситуаций с накоплением газа и образования газовой шапки в штуцере проходного изолятора, срабатыванием реле газовой шапки и отключением трансформатора. Все электрические контакты в узле ввода высокого напряжения помещены под слой трансформаторного масла.

На электродегидратор устанавливают новый взрывозащищенный высоковольтный источник питания (ВИЛ) достаточной мощности однофазный или 3/2 фазный с выходным высоким напряжением до 27.5 кВ. Реактивная катушка со 100% реактивностью расположена в корпусе внутри ВИЛ и обеспечивает защиту ВИЛ от коротких замыканий. Фланец высоковольтного выхода ВИЛ соединяется с фланцем УВВН и высокое напряжение посредством токовода подается на проходной изолятор. Все проводники и места их соединения полностью покрыты трансформаторным маслом, за счет чего обеспечивается взрывобезопасность системы электропитания модернизированного электродегидратора.

Выходы приборов КИПиА (реле газовой шапки, уровнемеры межфазного уровня) электродегидратора и ВИЛ подключают к локальным панели управления (ЛПУ) и системы автоматизации (ЛСА), специально изготовленным во взрывобезопасном корпусе.

Заявляемый способ модернизации также возможно провести на оборудовании, предназначенном для разделения водонефтяной эмульсии (например, на отстойниках типа ОГ, сепараторах типа НГС или НГСВ и т.п.), не являющихся изначально электродегидраторами, за счет демонтажа старых конструктивных элементов и установки соответствующих новых элементов.

Также в предлагаемом способе модернизации электродегидратора достигается снижение трудозатрат и энергозатрат за счет того, что при демонтаже и монтаже конструктивных элементов электродегидратора не производят перемещение массивного корпуса электродегидратора, в результате чего не требуется использование механизированной и транспортной техники, исключаются работы по подключению новых внешних трубопроводов (подачи сырой нефти, вывода нефти, вывода воды и др.).

Повышение безопасности способа модернизации электродегидратора достигается за счет того, что работы по монтажу внутри корпуса электродегидратора производится болтовыми соединениями без сварочных работ.

Снижение невозвратных отходов достигается за счет того, что демонтажу подвергаются только конструктивные элементы, находящиеся внутри электродегидратора, а сам корпус с патрубками продолжают использовать по назначению и после модернизации устройства.

Опытные промысловые испытания, проведенные после модернизации электродегидратора, во всем диапазоне изменения содержание воды в нефти на входе в электродегидратор, показали повышение эффективности, производительности и возможность стабильной подготовки нефти, соответствующей 1 группе качества по ГОСТ Р 51858-2002 (содержание воды в нефти на выходе из электродегидратора не более 0,5 % масс), при увеличении производительности до 400 м³/час, по сравнению с паспортными значениями 220 м³/час (табл. 1).

Способ модернизации электродегидратора

Изобретение относится к электродегидраторам (ЭГ) для обезвоживания и обессоливания нефти и очистки нефтепродуктов. Способ модернизации электродегидратора включает демонтаж конструктивных элементов, находящихся внутри корпуса устройства, удаление демонтированных конструктивных элементов из внутреннего пространства через люки-лазы, размещение во внутреннем пространстве устройства крепежных и опорных конструкций. На крепежных конструкциях монтируют направляющие элементы для сборки электродов и подвешивают подвесные изоляторы. В электродегидратор через люки-лазы помещают сборные элементы новой трехрядной металлической или вертикальной композитной электродной системы, сборные элементы коллекторной системы для ввода и вывода нефти, для ввода и вывода воды, для вывода промежуточного слоя и размыва шламового осадка. Окончательную сборку и размещение сборных элементов осуществляют внутри электродегидратора, устанавливают вдоль всего электродегидратора в нижней его части протекторы для защиты внутренней поверхности электродегидратора от коррозии, в имеющиеся или дополнительно ввариваемые патрубки в верхней наружной части электродегидратора устанавливают не менее двух реле газовой шапки, а в нижней наружной части - не менее двух уровнемеров межфазного уровня вода-нефть. На имеющиеся или дополнительно ввариваемые патрубки помещают узел ввода высокого напряжения стационарного или гибкого типа с проходным изолятором, соединенный с взрывозащищенным высоковольтным источником питания, электродегидратор дополнительно снабжают локальными панелью управления и системой автоматизации для контроля и управления параметрами работы электродегидратора и источника питания. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности, производительности и надежности работы электродегидратора, а также обеспечение взрывобезопасности. 6 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Способ модернизации электродегидратора, включающий демонтаж конструктивных элементов, находящихся внутри корпуса устройства, удаление демонтированных конструктивных элементов из внутреннего пространства через люки-лазы, размещение во внутреннем пространстве устройства крепежных и опорных конструкций, отличающийся тем, что на крепежных конструкциях монтируют направляющие элементы для сборки электродов и подвешивают подвесные изоляторы, в электродегидратор через люки-лазы помещают сборные элементы новой трехрядной металлической или вертикальной композитной электродной системы, сборные элементы коллекторной системы для ввода и вывода нефти, для ввода и вывода воды, для вывода промежуточного слоя и размыва шламового осадка, при этом окончательную сборку и размещение сборных элементов осуществляют внутри электродегидратора, устанавливают вдоль всего электродегидратора в нижней его части протекторы для защиты внутренней поверхности электродегидратора от коррозии, в имеющиеся или дополнительно ввариваемые патрубки в верхней наружной части электродегидратора устанавливают не менее двух реле газовой шапки, а в нижней наружной части - не менее двух уровнемеров межфазного уровня вода-нефть, также на имеющиеся или дополнительно ввариваемые патрубки помещают узел ввода высокого напряжения стационарного или гибкого типа с проходным изолятором, соединенный с взрывозащищенным высоковольтным источником питания, электродегидратор дополнительно снабжают локальными панелью управления и системой автоматизации для контроля и управления параметрами работы электродегидратора и источника питания.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при сборке новой трехрядной металлической электродной системы нижний и верхний потенциальные металлические электроды в виде решетки крепят на вновь установленных направляющих элементах и подвешивают к имеющимся или вновь устанавливаемым арочным конструкциям на общих или раздельных подвесных изоляторах, а заземленную электродную решетку крепят на закрепленных в корпусе имеющихся или вновь установленных опорных и направляющих конструкциях, при этом расстояние между установленными электродными решетками уменьшается по высоте аппарата.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при сборке новой вертикальной композитной электродной системы рамы с электродами, выполненными из композитных трубок или стержней, крепят на вновь установленных направляющих элементах и подвешивают к имеющимся или вновь установленным арочным конструкциям на подвесных изоляторах, при этом между рядами вертикальных потенциальных композитных электродов параллельно им помещают заземленные вертикальные электроды в виде металлических решеток.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что коллекторная система представляет собой распределительные и сборные устройства.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что коллектор ввода нефти содержит не менее двух параллельных перфорированных труб с отбойными пластинами.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что коллектор для размыва шламового осадка содержит трубы с форсунками, позволяющими удалять осадок непосредственно в процессе работы электродегидратора.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что проводят модернизацию емкостного оборудования, например отстойника типа ОГ или сепаратора типа НГСВ, или другого оборудования, предназначенного для разделения водонефтяной эмульсии.