Модернизация колонны стабилизации нефти на качановском месторождении

6

Модернизация колонны стабилизации нефти на качановском месторождении

Васькин Р.А., ассист. СумГУ

Известно, что добываемая нефть содержит в своем составе большое количество низкокипящих фракций и растворенный газ. При сборе, транспорте и хранении нефти происходят значительные потери легких нефтяных фракций, таких, как метан, этан и, частично, пропан [1].

Основная доля потерь легких углеводородов нефти приходится на негерметичные технологические и товарные резервуары для нефти при использовании их в качестве отстойников для отделения и сбора воды. Потери нефти из сепараторов в основном связаны с тем, что в существующих многочисленных их конструкциях, используемых в нефтяной промышленности, не всегда удается снизить до минимума унос газа вместе с нефтью.

Сокращение потерь легких углеводородов из сырой нефти достигается путем ее стабилизации.

Не секрет, что эффективность процесса стабилизации нефти во многом обусловлена процессом ректификации происходящем в колонном аппарате, тогда как процесс ректификации во многом зависит от эффективности контактных устройств, на которых он происходит [3].

Основной задачей модернизации было определено повышение эффективности отбора широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ) из сырой нефти и сокращение эксплуатационных затрат, связанных с орошением колонны.

Техническая характеристика колонны:

Диаметр колонны, м - 1,4/1,8.

Количество получаемой ШФЛУ, кг/ч - 6250.

Орошение колонны, кг/ч - 12500.

Рабочее давление в колонне, кг/см² - 5.

Тип контактных устройств - прямоточные клапанные тарелки.

Количество тарелок - 42 [4].

Клапанные тарелки массообменных аппаратов отличаются широким диапазоном нагрузки по газу (пару) при сохранении стабильной эффективности массообмена. Вместе с тем традиционные конструкции клапанных контактных элементов (круглой, прямоугольной, трапециевидной формы) имеют недостатки в организации гидродинамического процесса взаимодействия фаз [2].

Во-первых, в этих конструкциях газ выходит из-под диска клапана в основном в виде сплошной утолщенной струи, что приводит к ограничению площади поверхности контакта фаз из-за утечки части газа без взаимодействия с жидкостью и повышению уноса жидкости с тарелки из-за большой скорости локального выхода газовых струй с поверхности газожидкостного слоя.

Во-вторых, газовый поток формируется непосредственно под верхней плоскостью клапан, в результате чего нижний, прилегающий к полотну тарелки слой жидкости практически исключается из взаимодействия с газом. В этом случае возможно течение жидкости от входа на тарелку до переливного порога без явного участия в массообмене.

Таким образом, формирование газового потока в виде сплошной струи, выходящей из-под диска клапана, ограничивает площадь поверхности контакта фаз и снижает эффективность массообмена.

Указанные отрицательные гидродинамические факторы удалось устранить с помощью применения новой конструкции клапанной тарелки со сферическими клапанами.

Конструкция предлагаемой тарелки представляет собой горизонтальное полотно с расположенными на нем в шахматном порядке газовыми патрубками, над которыми установлены клапаны, газовые патрубки и клапаны выполнены сферической формы. Причем край газового патрубка выполнен зубчатым, рис.1.

Рисунок 1 - Продольное изображение клапанной тарелки со сферическими клапанами

Рисунок 2 - Конструктивная схема клапана

Тарелка работает следующим образом: жидкость поступает на тарелку из приемного кармана и движется по полотну тарелки к переливному устройству. Газ, поднимающийся с нижележащей тарелки, проходит через газовые патрубки и барботирует в жидкость через клапаны. При небольших нагрузках газа клапан находится в крайнем нижнем положении. При увеличении нагрузки по газу его давление перераспределяется за счет сферической формы клапана в поступательное движение клапана вверх, тем самым приоткрываются отверстия для прохода газа между зубцами газового патрубка. Поток газа, выходя через прорези между зубцами, диспергирует и увлекает за собой жидкость. В результате этого происходит интенсивное взаимодействие газа и жидкости по всему периметру клапана, т.е. создаются благоприятные условия для непрерывного образования и обновления поверхности контакта фаз. При дальнейшем увеличении нагрузки газа клапан еще больше приподнимается над полотном тарелки, открывая полностью прорези между зубцами, рис.2.

Таким образом, за счет дробления струй газа на прорезях газового патрубка, создания высокоразвитой, непрерывно обновляющейся поверхности контакта фаз, уменьшения провала жидкости при малых нагрузках газа, более равномерного вступления в работу всех клапанов происходит интенсификация процесса массообмена.

Согласно проекту была проведена модернизация устаревших контактных устройств на сферические клапанные тарелки новой конструкции, что позволило увеличить отбор ШФЛУ из нестабильной нефти с 5,7% до 7% масс. Количество орошения сократилось с 12500 кг/ч до 11250 кг/ч.

Результаты проведенной модернизации колонны стабилизации нефти с применением клапанных тарелок со сферическими клапанами позволяют заключить, что их целесообразно использовать как для интенсификации реконструируемых колонн, так и при разработке современной разделительной колонной аппаратуры.

Список литературы

1. Кесельман Г.С., Махмудбеков Э.А. Защита окружающей среды при добыче, транспорте и хранении нефти и гиза. - М.: Недра, 1981. - 240с.

2. Рууге Т.С. Развитие конструкций тарельчатых массообменных колонн газожидкостного контакта. - М.: ЦИНТИхимнефтемаш, - 1990. - №5. - С.14-15.

3. Молоканов Ю.К. и др. Исследование новых конструкций контактных устройств ректификационных колонн // Химия и технология топлив и масел. - 1980. - С.26-30.

4. Установка стабилизации нефти на Качановском месторождении. Рабочий проект. 1998.