Устройство для нагрева тяжелых нефтей и эмульсий Советский патент 1990 года по МПК B01D17/04 

(Риг 7

Изобретение; относится к нагреву гфодукцик; в частности к технике контактного нагрева высоковязккх нефтей и э syпьcий йаедкйм теплоносителем Б технологических трубопроводах установок термомеханической подготовки (деэмульсации) нефтио

Цель изобретеш1я - повьшдение эффективности нагрева высрковязкой неф- ти горячей водой путем непосредственного их контакта в технологических трубопроводах пунктов подготовки нефти о

На фиг0.1 изображено устройство для нагрева тяжелых, и эмульсий на фиг о 2 - сечение А-А на фиг Л на фиГоЗ - сечение Б-Б на фигоЬ

Устройство содержит линейный технологический трубопровод 15 верти- кально восходящий элемент 2, наклонно нисходящий элемент З, байпасную линию 4 и задвижку 5, Вертикальный элемент устройства выполнен высотой, равной диаметра, основного тру- бопровода, а нисходящий элемент располагают под углом 25-35 к горизонту Диаметр байпасной линии составляет 051-052 диаметра основного- трубо- гфоводас. Подобнь х устройств на трубопроводе может быть один или несколько в зависимости от физико-хигдачески свойств нефтио

Устройство для нагрева тяжелых нефтей и эмульсий в системе техноло- г.ической обвязки пункта подготовки . работает следующим образом

Нефть и горячая вода в виде расслоенного потока движутся совместно по линейной части трубопровода 1, затем поток поступает в вертикальный элемент 2„ Ввиду большей плотности ;;1оды по сравнению с нефтью она скапливается на этом вертикальном участке и через столб воды нефть всплывает Пр.и этом происходит дробление нефти в мягком гидродинамическом режиме и образуется грубодисперсная эмульсия 3 которая впоследствии легко расслаивается В условиях перемешивания , которое продолжается и на нисходящем элементе 3- (где вода движется с большей скоростью, чем нефть), происходит интенсивный теплообмен и выравнивание температур нефти и воды„ Затем эмульсионный поток поступает в .:п:инейную часть,, где начинается про- иесс его постепенного расслоения на

нефть и водуо Интенсивность перемешивания Б устройстве регулируется производительностью потока по нефти и воде Для тонкой регулировки можно часть воды пропускать через байпасную линию 4з меняя степень открытия задвижки 5-0 Вариант с перемешиванием в гидродинамическом режиме позволяет в 0 раз уменьшить время контактного нагрева нефти по сравнению с первым вариантом

Соотношение размеров вертикально во.сходящего элемента устройства выбрано из следующих соображений Дробление капель одной несмешивающейся жидкости в другой (нефти в воде) осуществляется при скорости потока V ° Критическая скорость зависит от физико-химических свойств нефти и водЫо 3peмя достижения устойчивого, при данном уровне турбулентности в трубопроводе, размера капель t можно определитьо Тогда высота вертикального элемента устройства Н

V

х рц1

t;

5 0

в .зависимости от

0 5

0

0

0

5

свойств транспортируемой среды, где D - диаметр трубопровода, Мо

Угол наклона нисходящего элемента в 25-35° определен экспериментально из условия сохранения дисперсности нефти, образованной в вертикальном участке При большем угле наклона дисперсность в нисходящем участке увеличивается. Диаметр байпасной линии 0,1-0,2 от диаметра основного трубопровода определен исходя из условия, что, расход воды на подогрев нефти составляет менее 50% от расхода нефтиS н что регулирование перепуска воды необходимо, производить в пределах 50% от ее расхода Данное соотношение диаметра байпасной линии j j к диаметру основного трубопровода также соответствует отношению вязкостей нефти и воды с,

Пример З часток промыслового трубопровода с внутренним диаметром 0,514 MS по KOTopo. транспортируется продукдия сквалшн обводненностью 31% с расходом жидкости 4260 т/сут, среднее давле.ние на участке трубопровода 1,49 МПа Физические свойства транспортируемых компонентов - нефти, воды и попутиод о газа следующее: динамическая вязкость нефти 0,85Па-с.

плотность вой воды

нефти 8ьО к-г/м : пласто009

КГ .

попутного газа

1,268 Температура перекачки продукции скважин 319 Ко Давление насыщения- 1 1 Ша, газовьй фактор на месторождении 86 м /м Критерием существования эмульсионной структуры является выражение Vj; ionr Тоео средняя скорость течения продукции скважин должна быть больше или равна критической скорости перехода рассло 0,68 . ( 0,1 V

10

енной структуры газожид ка в эмульсионную, Сред газожидкостного потока ного газосодержания /3 по типовому гидравличес трубопровода. По гидрав чету ,9I м/с, а /

По формула для V ее величину ,Щ1Я приведе

о,«б

Крит

oflbu -С 0, г -,0,

6,69 Lie6-fHl gJ

0,0733 0,5.6 (io,96(V 9.) м/с,

1,11

10

енной структуры газожидкостного потока в эмульсионную, Средняя скорость газожидкостного потока V и расходного газосодержания /3 определяется по типовому гидравлическому расчету трубопровода. По гидравлическому расчету ,9I м/с, а / 0,,

По формула для V подсчитьшают ее величину ,Щ1Я приведенных данных.

о,«б

г -,0,

Lie6-fHl gJ

Изобретение может быть использовано для контактного нагрева высоковязких нефтей и эмульсий жидким теплоносителем в трубопроводах системы подготовки. Цель изобретения состоит в повышении эффективности нагрева нефти горячей водой за счет непосредственного их контакта в устройстве. Устройство содержит линейный трубопровод 1, вертикально-восходящий элемент 2, наклонно-нисходящий элемент 3. При движении нефти идет процесс перемешивания, который продолжается и на нисходящем элементе 3, происходят интенсивный теплообмен и выравнивание температур нефти и воды. Начало элемента 2 и конец элемента 3 соединены байпасной линией с задвижкой. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

«н

Рй

кинематическая вяз- -Vc

где ц

кость нефти, м

Сравнивая величину критической скорости перехода V . м/с со средней скоростью газожидкостной смеси Vj 0,91 м/с, получают расслоенную структуру течения продукции скважин при данных условиях

По зависимости для определения врмени достижения устойчивого при данном уровне турбулентности, размере капель определяют высоту вертикального элемента устройства

По формуле, определяя диаметр капли в эмульсионном потоке 226

к Л-7Р

ИН V

0,00063 м 0,63 мм,

Р

подставляя значение диаметра капли в зависимость, определяют время

й/dk.J

РЙ ,, 5

1,32 с Затем определяют высоту элементаh,

h V

Юн т

t - высота от оси горизонтального трубопровода до радиуса скркрзления трубы, MJ

h ft 1 5 5 Nb

Диаметр байпасной линии 0,1-0,2 от диаметра основного трубопровода определен исходя из условия, что расход воды на подогрев нефти составляет ме-

В вертикальном элементе устройства 45 нее 50% от расхода нефти, и что регудействует относитйльная скорость всплытия капель, прибл -1ленно определяемая по формулам Стокса, Рыбчин- ского - Адамара и др,

Следовательно, скорость .в вертикальном элементе складывается из суммы средней скорости смеси и относительной скорости с,

Определяют относительную скорость по формуле Стокса

т, - Рч) R

,

50

лирование перепуска воды необходимо производить в пределах 50% от ее рас- ходао Данное соотношение диаметра бай пасной линии к диаметру основного тру бопровода также соответствует отно- - шению вязкостей нефти и водЫэ

D

н -.0.01,

55

0,34 м/сс

(из практики лежит в пределах 0,4-0,5)

S осн.

(ОГГВ) у

Эксперименты, проведенные на участке трубопровода с названными характеристиками (величинами), подтвердили достижение положительного эффекта о

и,

см

и

ср

+ UOTH 1,25 м/с.

так как 11,,... 1,25 м/с V

Крит

5

O

1,11 м/с, структура потока в вертикальном элементе будет эмульсионная.. Общая высота вертикального участка Н будет с1сладываться из суммы h и 1 5 .До

Н h + 1,5 Д;

Н 1,5 + 1,5 0,,3 м f: 5Д, как в выражении И/Д В/Л 5 - 10о Причем для малых диаметров ближе к 10Д, а для больших диаметров ближе к 5Д.

Угол наклона об нисходящего участка 25 - 35° определен экспериментально и подтверждается формулой для выноса водных скоплений о

5

0

где

. ЛР Р-И

Н L

sinoi

Шд9-850 850

sino J

- гидравлический уклон

о

при м; (У. . 35 Чем меньше угол наклона, тем длиннее наклонный трубопровода

Диаметр байпасной линии 0,1-0,2 от диаметра основного трубопровода определен исходя из условия, что расход воды на подогрев нефти составляет ме-

5 нее 50% от расхода нефти, и что регу

лирование перепуска воды необходимо производить в пределах 50% от ее рас- ходао Данное соотношение диаметра байпасной линии к диаметру основного трубопровода также соответствует отно- шению вязкостей нефти и водЫэ

D

н -.0.01,

5

S осн.

(ОГГВ) у

Эксперименты, проведенные на участке трубопровода с названными характеристиками (величинами), подтвердили достижение положительного эффекта о

Использование предполагаемого изобратения по сравнению с известными позволяет значительно повысить эффективность нагрева нефти путем непосредственного их контакта в трубопроводе; снизить металлоемкость существующих устройств; позволяет в несколько раз повысить эффективность Iнагрева нефти в трубопроводе за счет их перемешивания; сократить эксплуатационные и капитальные затраты

Формула изобретения

lo Устройство для нагрева тяжелых

нефтей и эмульсий, включающее ли- нейный технологический трубопровод и запорно-регулирующую а рматуру, о т - личающе еся тем, что, с

елью повышения эффективности нагре-- ва нефти горячей водой путем.непосредственного их контакта в трубопроводе, он снабжен последовательно соединенными вертикально восходяпщм и наклонно нисходящим элементами и бай- пасной линией по нижней образующей трубопровода, соединяющей начало восходящего и конец нисходящего элементов посредством задвижкио

2о Устройство по По1| о т л и - чающееся тем, что рертикаль- ный элемент выполнен высотой, равной 5-10 диаметрам основного трубопровода, нисходящий распот ожен под углом 25-35° к горизонту, при этом диаметр байпасной линии составляет 0,1 - 0,2 диаметра основного трубопровода,.