Особенности переработки нефтепродуктов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Добытая из промысловых скважин нефть содержит попутный газ, песок, ил, кристаллы солей, а также воду, в которой растворены соли, преимущественно хлориды натрия, кальция и магния, реже - карбонаты и сульфаты. Обычно в начальный период эксплуатации месторождения добывается безводная или малообводненная нефть, но по мере добычи ее обводненность увеличивается и достигает до (94 ± 4) %. Очевидно, что такую "грязную" и сырую нефть, содержащую к тому же легколетучие органические (от метана до бутана) и неорганические (H₂S, СО₂) газовые компоненты, нельзя транспортировать и перерабатывать на НПЗ без ее тщательной промысловой подготовки.

Наличие в нефти указанных веществ оказывает вредное влияние на работу оборудования нефтеперерабатывающих заводов:

- при большом содержании воды повышается давление в аппаратуре установок перегонки нефти, снижается их производительность, возрастает расход энергии;

- отложение солей в трубах печей и теплообменников требует их частой очистки, уменьшает коэффициент теплопередачи, вызывает сильную коррозию;

- накапливаясь в остаточных нефтепродуктах (мазуте, гудроне) ухудшают их качество.

Наличие значительного количества и разнообразия методов обезвоживания и обессоливания нефти затрудняет выявление наиболее рациональных из них. Рациональность методов определяется следующими основными показателями их качественности:

- эффективность;

- возможность полного отделения воды и сухих солей;

- отсутствие необходимости применения подогрева;

- максимальная простота метода и оборудования;

- экономичность процесса.

Установка ЭЛОУ-АВТ является комбинированной установкой. Блок ЭЛОУ обеспечивает обезвоживание и обессоливание нефти, а блок АВТ - атмосферную и вакуумную перегонку. Ассортимент фракций, получаемых на АВТ определяется в первую очередь свойствами нефти и ее отдельных фракций.

Поэтому чаще применяют на НПЗ комбинацию методов обессоливания и обезвоживания например, на электрообессоливающих установках (ЭЛОУ) сочетается четыре фактора воздействия на эмульсию: подогрев, подача деэмульгатора, электрическое поле и отстой в гравитационном поле.

Именно на электрообессоливающей установке (ЭЛОУ) закладываются основы качества выпускаемой продукции, формируются предпосылки благополучной жизнедеятельности сложного технологического оборудования. Американцы как-то подсчитали, что лишний миллиграмм соли в литре нефти вызывает коррозию трубопроводов и другого оборудования нефтеперерабатывающего комплекса на миллиард долларов в год.

При двухступенчатом электрообессоливании применяют две схемы подачи промывной воды - последовательную и противоточную. По первой схеме часть воды подается перед I ступенью электрообессоливания, а остальное количество-перед II ступенью. По второй схеме промывная вода подается только перед II ступенью, а дренажная вода II ступени подается на I ступень.

Ничего более прогрессивного для подготовки нефти к промышленной переработке человечество пока не придумало. На принципе электроосаждения работают практически все нефтеперерабатывающие заводы мира.

Исследования в данном направлении продолжаются, но большинство из них в итоге сводится лишь к тому, как уменьшить количество необходимой для процесса пресной воды. Правда, время от времени учёные делают интересные находки. Недавно, например, выяснилось, что поверхность электродов можно закрывать изолятором. Это не оказывает влияния на сам процесс, зато позволяет избежать контакта металла с активной средой, а значит, препятствует коррозии - главному врагу любого технологического оборудования.



1. Технологическая часть

1.1 Назначение, краткая характеристика процесса

технологический нефть производственный автоматизация

Назначение процесса - удаление солей и воды из нефти перед подачей на переработку. Эффективное обессоливание позволяет значительно уменьшить коррозию технологического оборудования, предотвратить дезактивацию катализатора и улучшить качества товарных нефтепродуктов.

Сырьем установок ЭЛОУ является предварительно подготовленная на промыслах нефть с содержанием солей и воды

Продуктами является обессоленная и обезвоженная нефть с содержанием солей от 3 до 5 мг/л и воды до 0,1%. При переработке башкирских нефтей содержание солей 7-8 мг/л, воды до 0,2%.

Обессоливание нефти - процесс удаления из продукции нефтяных скважин минеральных (в основном хлористых) солей. Последние содержатся в растворённом состоянии в пластовой воде, входящей в состав водонефтяной эмульсии (обводнённая продукция скважин), реже в самой нефти - незначительное количество солей в кристаллическом состоянии.

Обессоливание нефти осуществляется в связи с тем, что высокое содержание солей способствует коррозии оборудования трубопроводов при перекачке нефти, приводит к закупориванию теплообменной аппаратуры и коррозии оборудования при её дальнейшей переработке на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) и др. Первично обессоливание нефти проводится на нефтяных промыслах (попутно с обезвоживанием) перед сдачей нефти потребителю (на экспорт или на НПЗ). Содержание солей в товарной нефти согласно ГОСТу не должно превышать (соответственно группе качества I, II,III) 100, 300 или 1800 мг/л; в продукции, поступающей на экспорт, не более 100 мг/л. На НПЗ перед переработкой нефть подвергается вторичному, более глубокому обессоливанию на электрообессоливающих установках (ЭЛОУ) в две, реже в три ступени. Содержание солей в нефти после установок ЭЛОУ снижается до 3-5 мг/л. В процессе обессоливания нефти предварительно обезвоженную (до 0,5% от объёма пластовой воды) нефть тщательно перемешивают с определённым количеством пресной воды (расход пресной промывочной воды колеблется в зависимости on качества исходной нефти от 3 до 10%).

При этом происходит слияние (коалесценция) мелких капель минерализованной пластовой воды с каплями промывочной пресной воды. Перспективным технологическим приёмом является распылённый ввод промывочной воды -- впрыскивание её под давлением через специальные насадки или каким-либо другим методом. Затем осуществляется деэмульсация полученной водонефтяной эмульсии главным образом термохимическим или электрическим методами.

На промыслах, как правило, применяется более простой термохимический метод обессоливания нефти (электродегидраторы используют в случае подготовки товарной нефти к экспорту).

Для смешения нефти с водой и деэмульгатором применяют смесители различных конструкций. Наиболее распространенным является смесительный клапан, который позволяет регулировать интенсивность перемешивания воды с нефтью в широких пределах. Недостатком его является то, что смешение осуществляется за счет перепада давления на потоке нефти, изменяющегося от 0,05 до 0,2 МПа. Этого недостатка лишен тангенциальный смеситель. Он устанавливается в технологическом трубопроводе и представляет собой цилиндрическую смесительную камеру с конфузорами на входе и выходе. Степень смешения регулируется перепадом давления на линии подачи воды. Перепад давлений на линии нефти не превышает 0,01 МПа.

Кроме электродегидраторов на установках ЭЛОУ используется различное технологическое оборудование - теплообменные аппараты, промежуточные емкости, запорно-регулирующая и предохранительная арматура, насосные агрегаты, а также электротехническое оборудование (трансформаторы, реактивные катушки и др.).

1.2 Теоретические основы процесса

Сырая нефть или смесь ее с другими нефтепродуктами содержит в себе буровую воду и механические примеси (мелкие кристаллы минеральных солей, песок, глину и др. вещества).

Механические примеси, содержащиеся в нефти, при переработке вызывают серьезные помехи. Твердые частицы вызывают эрозию внутренней поверхности труб. Отложение их в теплообменных аппаратах и змеевиках трубчатых печей приводит к понижению коэффициента теплопередачи и уменьшения сечения труб.

Буровая вода содержит в себе растворенные минеральные соли,которые вызыват коррозию аппаратуры и трубопроводов, образуют отложения в трубопроводах, теплообменниках.

Одним из источников коррозии нефтяной аппаратуры является хлористый магний. В присутствии воды он на 90% подвергается гидролизу с образованием свободной соляной кислоты. Причем гидролиз происходит как при высоких, так и при низких температурах. Реакция протекает по уравнению

MgCl₂ + H₂O Mg (OH)Cl + HСl

Наибольшей коррозии подвергаются конденсаторы, холодильники, печные трубы, верхние части ректификационных колонн. При переработке сернистых и высокосернистых нефтей выделяющийся сероводород еще больше усиливает коррозию. В присутствии влаги сероводород реагирует с металлом аппаратуры и образует сернистое железо по следующей реакции



Fe + H₂S FeS + H₂

Сернистое железо не растворятся в воде и поэтому образование на внутренней поверхности аппаратуры пленки из сернистого железа может предохранять металл от дальнейшей коррозии. При наличии же соляной кислоты сернистое железо вступает с ней в реакцию с образованием хлористого железа и сероводорода

FeS + 2 H Сl Fe Cl₂ + H₂S

Хлористое железо легко растворяется в воде, а выделяющийся сероводород вновь вступает во взаимодействие с металлом и т.д. Поэтому комбинированное действие двух коррозирующих агентов сероводорода и соляной кислоты значительно увеличивает коррозию аппаратуры.

Вода является балластом нефти. При переработке нефти на нагрев воды затрачивается непроизводительно большое количество тепла. При испарении в трубчатых печах она приводит к образованию повышенных давлений. Кроме того в присутствии солей щелочно-земельных металлов, органических кислот, смол, сернистых соединений, глины, вода образует с нефтью стойкие эмульсии.

В связи с вредным влиянием воды и минеральных солей, содержащихся в нефти, сырая нефть подвергается обессоливанию и обезвоживанию электрическим способом с применением деэмульгатора.

Глубокое обессоливание нефти обеспечивает снижение коррозии и уменьшение отложений в аппаратуре, увеличение межремонтных пробегов установок (особенно АВТ, висбрекинга, термического крекинга, и коксования), улучшение качества сырья для каталитических процессов, а также товарных продуктов - топлив, битума и электродного кокса.

Вода с растворенными в ней солями находится в извлеченной из пласта нефти в виде мелких капель размером от 1,6 до 250 мкм. Капли соленой воды сорбируют на поверхности естественные эмульгаторы, содержащиеся в нефти, - нефтяные кислоты, асфальтено - смолистые вещества, микрокристаллы парафинов, механические примеси, а это затрудняет слияние и укрупнение капель.

На нефтеперерабатывающих заводах в результате подготовки нефти содержание в ней воды снижается до 0,1 % (масс.) и содержание солей до 3-5 мг/л. При содержании воды 0,1 % и ниже, в нефти остаются только мельчайшие капли воды размером менее 4,3 · 10^-4 см. Время осаждения таких капель велико, скорость осаждения их составляет ~ 1,06 · 10^-7 м/с.

Из-за низкой концентрации капель частота их столкновения и вероятность укрупнения весьма невелики. Указанное обстоятельство заставляет ограничиваться остаточным содержанием воды около 0,1 % (масс.).

Основными параметрами, расчет и оптимизация которых требуется при проектировании электрообессоливающих установок (ЭЛОУ) являются следующие: температура, давление, тип и расход деэмульгатора, число ступеней, расход промывной воды

и ее распределение между ступенями, конструкция и размер электродегидратора.

Параметры электрообессоливания должны быть выбраны такими, чтобы максимально интенсифицировать три основные стадии процесса - столкновение, слияние (укрупнение) и осаждение капель воды.

1.3 Влияние основных факторов на выход и качество продукции

Температура

Сырье перед поступлением в колонну подогревается. Необходимая температура нагрева сырья зависит от требований к температурному интервалу кипения извлекаемых низкокипящих фракций.

Температура предварительного подогрева сырья поддерживается на несколько градусов выше, чем требуется для отгона низкокипящего продукта.

Давление

В процессе обессоливания давление в электродегидраторах определяется давлением насыщенных паров нефти, перепадом давлений на каждой ступени ЭЛОУ и гидравлическим сопротивлением участков технологической схемы после блока ЭЛОУ (электрообессоливающая установка).

Расход и схема подачи промывной воды

При двухступенчатом электрообессоливании применяют две схемы подачи промывной воды - последовательную и противоточную. По первой схеме часть воды подается перед I ступенью электрообессоливания, а остальное количество-перед II ступенью. По второй схеме промывная вода подается только перед II ступенью, а дренажная вода II ступени подается на I ступень.

Действие электрического поля на процесс ЭЛОУ

Разрушение эмульсий электрическим способом производится в специальных аппаратах, называемых электродегидраторами. Электрический способ разрушения эмульсий и обессоливания нефти заключается в том, что подогретую в теплообменниках нефтяную эмульсию пропускают между электродами, находящимися под высоким напряжениием (30000-40000 В). Под влиянием электрического (переменного) поля высокого напряжения частицы воды заряжаются разноименными зарядами. При достаточно высоком потенциале заряда происходит пробой оболочки диэлектрика, каким является нефть, обволакивающая частицы воды, в результате чего мелкие частицы соединяются в более крупные капли, которые легко осаждаются на дне аппарата. Соли, растворенные в воде, выводятся из системы в виде раствора.



1.4 Описание технологической схемы

Сырая нефть их резервуарного парка поступает на прием сырьевого насоса Н1 и прокачивается через теплообменники двумя потоками: первый поток сырой нефти прокачивается по трубному пространству теплообменника Т1, где нагревается за счет отходящего горячего летнего дизельного топлива, теплообменников вакуумного соляра теплообменника Т2 и по межтрубному пространству гудронового теплообменника Т3. Температура нагрева в теплообменника по первому потоку - 115-120 ⁰С; второй поток проходит по трубному пространству теплообменника верхнего циркуляционного орошения колонны К2, теплообменника Т1 и теплообменников тяжелого газоиля Т5, Т6. Температура нагрева нефти в теплообменниках по второму потоку - 115-120 ⁰С. Затем потоки соединяются и поступают на первую ступень электродегидратора ЭГ1.

Обессоленная и обезвоженная нефть из электродегидратора ЭГ1 поступает на вторую ступень ЭЛОУ в электродегидратор ЭГ2. На приеме сырьевого насоса Н1 подается деэмульгатор. Имеется схема подачи деэмультора на прием сырьевого насоса Н2. Расход деэмульгатора регулируется вручную технологическим персоналом в зависимости от состава нефти в электродегидраторы насосом Н2 подается дренажная вода. Недостающее количество воды выполняется подачей оборотной воды. Имеется схема последовательной и параллельной подачи воды в электродегидраторы ЭГ1, ЭГ2. При последовательной работе электродегидраторов вода подается на вторую ступень обессоливания в электродегидратор ЭГ2 насосом Н2.

После электродегидратора ЭГ2 вода поступает на прием насоса Н3 и направляется на первую ступень обессоливания электродегидратора ЭГ1. В электродегидраторе ЭГ1 удаляется основная масса воды и солей, из электродегидратора ЭГ1 нефть направляется в электродегидраторы ЭГ1 нефть направляется в электродегидратор второй ступени ЭГ2 для повторной обработки перед электродегидратором ЭГ2 в нефть вновь подается вода. Обессоленная нефть из электродегидратора ЭГ2 направляется двумя потоками в атмосферный блок установки.

Отделенная в электродегидраторах вода направляется в нефтеотделитель Е1 для дополнительного отстоя. Уловленная в нефтеотделитель Е1 нефть насосом Н4 возвращается на прием сырьевого насоса Н1, а вода сбрасывается в канализацию и переходит на доочистку.

1.5 Устройство и принцип работы основных аппаратов

Электродегидратор

Электродегидратор 2ЭГ-160-2 представляет собой горизонтальный цилиндрический аппарат емкостью 200 м³, внутренним диаметром 3400 мм и длиной около 23,4 м, устанавливаемый на двух седловых опорах, оснащенный штуцерами для входа эмульсии, выхода нефти, выхода воды, необходимыми технологическими штуцерами и штуцерами для КИП и А, предназначенный для обессоливания нефти на блоке ЭЛОУ.

В зависимости от характера эмульсии аппарат может быть подготовлен к работе с использованием: только вертикалных отводов (горизонтальные отглушены); только горизонтальных отводов; и тех и других отводов одновременно. Работы с использованием только при переработке стойких эмульсий.

В нижней части корпуса размещена система ввода сырья, включая коллектор с отводами. Коллектор соединен с входным штуцером.

Электрическое поле в электродегидраторе создается системой двух заземленных и двух высокопотенциальных электродов, размещенных в верхней части аппарата. Заземленные электроды представляют собой решетчатый настил, состоящий из трех секций. Высокопотенциальные электроды включают горизонтальную решетку из прутков 12 мм. Несущими элементами высокопотенциальных электродов являются сдвоенные балки из труб сечением 40х25х3.

Высокопотенциальные электроды подвешены на 3-х подвесках 16 мм, к одному из которых присоединена клемма токоведущего тросика; другой конец тросика закреплен в муфте, навертываемой на конец проходного изолятора и законтриваемой гайкой М16. Длина тросика определяется из условия, что длина его достаточна для вытаскивания проходного изолятора из штуцера и чтобы тросик в рабочем состоянии располагался на удалении 150-180 мм от заземленных элементов корпуса электродегидратора.

В верхней части аппарата размещена система электропитания. Аппарат снабжен необходимыми штуцерами для манометра, термопары, уровнемера, предохранительного клапана, двумя люками-лазами для возможности доступа в нижнюю и верхнюю часть аппарата; вверхний люк-лаз врезан штуцер Ду 80 для вывода нефти. По нижней образующей врезан шламовый люк, в который врезаны штуцера для откачки и сброса воды.

Нефть с поданной в нее промывочной водой вводят в аппарат через штуцер. Она проходит по коллектору и отводам, истекая из отверстий. По мере подъема нефти из нее оседают капли воды; количество и размер оставшихся в нефти капель уменьшаются по высоте аппарата. До уровня нижней решетки электродной системы доходят только мелкие капли воды; поскольку под этой решеткой, находящейся под высоким напряжением, существует электрическое поле, в его объеме происходит коалесценция капель воды, их укрупнение и осаждение. Однако напряженности электрического поля под нижней решеткой недостаточно для коалесценции наиболее мелких капель воды, которые заносятся потоком нефти в область сильного электрического поля, создаваемого в объеме между прутками электродной системы. Нефть, проходя через электродную систему, окончательно обезвоживается. Вместе с водой из нефти удаляются и содержащиеся в ней соли.

Теплообменный аппарат

Кожухотрубчатый теплообменник с U-образными трубками представляет собой горизонтальный цилиндрический аппарат, которой состоит из кожуха 2 и трубного пучка, имеющего одну трубную решетку 3 и U-образные трубы 1. Трубная решетка вместе с распределительной камерой 4 крепится к кожуху аппарата на фланце. Для обеспечения раздельного ввода и вывода циркулирующего по трубам теплоносителя в распределительной камере предусмотрена перегородка 5.

В аппаратах типа U обеспечивается свободное температурное удлинение труб: каждая труба может расширяться независимо, от кожуха и соседних труб. Разность температур стенок труб по ходам в этих аппаратах не должна превышать 100 °С. В противном случае могут возникнуть опасные температурные напряжения в трубной решетке вследствие температурного скачка на линии стыка двух ее частей.

Преимущество конструкции аппарата типа U - возможность периодического извлечения трубного пучка для очистки наружной поверхности труб или полной замены пучка. Однако следует отметить, что наружная поверхность труб в этих аппаратах неудобна для механической очистки.

Поскольку механическая очистка внутренней поверхности труб в аппаратах типа U практически невозможна, в трубное пространство таких аппаратов следует направлять среду, не образующую отложений, которые требуют механической очистки.

Внутреннюю поверхность труб в этих аппаратах очищают водой, водяным паром, горячими нефтепродуктами или химическими реагентами. Иногда используют гидромеханический способ (подача в трубное пространство потока жидкости, содержащей абразивный материал, твердые шары и др.).

Специальная шпилька 3 с коническим стопорным выступом позволяет снимать распределительную камеру без нарушения соединения трубной, решетки 2 с кожухом.

Один из наиболее распространенных дефектов кожухотрубчатого теплообменника типа U - нарушение герметичности узла соединения труб с трубной решеткой из-за весьма значительных изгибающих напряжений, возникающих от массы труб и протекающей в них среды. В связи с этим теплообменные аппараты типа U диаметром от 800 мм и более для удобства монтажа и уменьшения изгибающих напряжений в трубном пучке снабжают роликовыми опорами. К существенным недостаткам аппаратов типа U следует отнести невозможность замены труб (за исключением крайних труб) при выходе их из строя, а также сложность размещения труб, особенно при большом их числе.

Центробежный насос

Центробежного насоса предназначен для перекачки жидкости. Состоит из рабочего колеса, корпуса насоса, подводящего канала (входная часть корпуса от приемного патрубка насоса до рабочего колеса), отводящего канала (часть корпуса, по которому жидкость, выброшенная из рабочего колеса, отводится к напорному патрубку). Центробежные насосы обычно располагают выше уровня жидкости в приемном резервуаре, поэтому насос перед пуском необходимо заполнить этой жидкостью. Заливать насос при наличии обратного клапана с сеткой можно через воронку до полного вытеснения воздуха из всасывающего трубопровода и корпуса насоса. Если нет обратного клапана, то для заливки воды нужно отсасывать воздух из корпуса насоса (при закрытой задвижке). Крепится насос на фундаментной плите совместно с электродвигателем, с которым имеет непосредственное соединение.

Достоинством центробежного насоса:

- можно перекачивать загрязненные жидкости;

- простота конструкции;

- хорошая регулируемость;

- компактность;

- высокий коэффициент полезного действия ;

- равномерная и высокая подача жидкости

Недостатки центробежного насоса:

- менее высокий напор;

- необходимость заливки перед пуском;

- сложность изготовления рабочих колес;

- зависимость между создаваемым напором и подачей;

- низкий КПД, если насос подобран неверно;

- кавитация.

1.6 Нормы технологического режима

Таблица 1 - Нормы технологического режима

Наименование стадий процесса, аппараты, показатели режима	Допускаемые пределы технологических параметров	Требуемый класс точности измерительных приборов	Примечание
1	2	3	4
Производительность установки по сырью, м3/ч	90-210	1,0	Регулирующий контур
Давление на выкиде сырьевого насоса, кгс/см2	15-22	1,42	Контролирующий прибор
Электродегидратор 1
Давление, кгс/с2	8-10	1,1	Регистрирующий контур
Давление, кгс/с2	8-10	1,42	Контролирующий прибор
Температура нефти, oC	не более 130	1,2	Регистрирующий контур
Расход воды от насоса Н-1 в смеситель СМ-1 (I ступень), м3/ч	10-40	1,0	Регулирующий контур
Давление воды от насоса Н-16б в смеситель СМ-1, кгс/см2	10-22	1,42	Контролирующий прибор
Электродегидратор 2
Давление, кгс/см2	8-10	1,1	Регистрирущий контур
Давление, кгс/см2	8-10	1,42	Контролирующий прибор
Температура нефти, oC	не более 130	1,2	Регистрирующий контур
Давление воды от насоса Н-1, в смеситель СМ-2 (II ступень) кгс/см2	8-15	1,42	Контролирующий прибор



1.7 Лабораторный контроль процесса

Таблица 2 - Лабораторный контроль процесса

Наименование стадий процесса, анализируемый продукт	Контролируемые показатели	Нормативные документы на методы измерений (испытаний, контроля, анализов)	Норма
1	2	3	4
Сырая нефть	Концентрация хлористых солей, мг/дм3, не более Массовая доля, %, не более	ГОСТ21534 - 99 ГОСТ2477 - 99	I - 100 II - 300 III - 900 I - 0,5
Обессоленная и обезвоженная нефть	Концентрация хлористых солей, мг/дм3, не более Массовая доля воды, %, не более	ГОСТ21534 - 99 ГОСТ2477 - 99	3- 5 0,1 - 0,2
Водный раствор едкого натра	Концентрация, %, в пределах	Аналитический метод	1,0-2,0
Водный раствор кальцинированной соды	Концентрация, %, в пределах	Аналитический метод	1,0-2,0
Деэмульгатор «Геркулес 1603»	Температура застывания, 0С, не выше Вязкость кинематическая при 200С, не более Массовая доля сухого остатка, не менее	ГОСТ20287 - 99 ГОСТ33 - 99 ГОСТ25709 - 99	минус 40 100 36-40
Ингибитор коррозии «Геркулес 30617»	Плотность при 150, г/см3, в пределах Температура застывания, 0С, не выше	ГОСТ Р51069 ГОСТ20287	0,8834-0,953 минус 40-50
Деэмульгатор «Ларсол»	Массовая доля активного производства, % масс., не более Плотность при 200, г/см3, в пределах Вязкость кинематическая при 200С, в пределах Температура застывания, 0С, в пределах	ГОСТ3900 ГОСТ33 ГОСТ20287	50 1,06-1,07 260-445 14-35
Инертный газ	Давление, МПа Температура окружающей среды Точка росы, 0С Потребное количество, нм3/час	Аналитический метод	0,4-0,6 20 -40 400
Сточные воды	Содержание нефтепродуктов, мг/л, не более	Весовой метод	500
Контроль воздушной среды	Содержание: -углеводородов, мг/м3, не более -сероводорода, мг/м3, не более	Экспресс метод газоанализатором УГ-1, УГ-2, ГХ	10 3

1.8 Автоматизация технологического процесса

Значение автоматизации для установки

Технический прогресс любой страны характеризуется непрерывным ростом автоматизации производства. Поэтому автоматизация является ведущей отраслью промышленности, развивается очень динамично и проникает во все сферы человеческой деятельности.

Автоматизация - это комплекс организационных и экономических мероприятий по внедрению автоматических устройств в управление производством, когда все технологические операции по достижению поставленной цели осуществляются без непосредственного участия человека, то есть автоматически.

Как видно из представленной технологической схемы, установка АВТ-5 сочетает в себе множество взаимосвязанных технологических процессов. Высокая эффективность работы установки достигается благодаря автоматическому управлению процессами в оптимальном режиме.

Необходимость автоматизации на данной установке вызвана следующими причинами:

- сложность и высокая скорость протекания технологического процесса и связанных с этим операций;

- большое число возмущений, действующих на процесс как изнутри, так и с внешней стороны;

- высокая чувствительность процесса, и, как следствие, нарушение его технологического режима и ухудшение качества продукции;

- высокие температуры и давления, в условиях которых работает технологическое оборудование;

- большие размеры технологических аппаратов и машин, что затрудняет постоянный контроль над их состоянием;

- зависимость технико-экономических показателей от многочисленных факторов;

- человеческий фактор, который присутствует на установке, несовершенство самого человека: утомляемость, субъективная оценка событий.

Автоматизация имеет следующее положительное влияние на процесс:

- качественно изменяет характер труда обслуживающего персонала, облегчает его и делает труд более содержательным;

- изменяет квалификационный состав обслуживающего персонала;

- улучшает технические показатели эффективности производства: повышается производительность труда, увеличивается количество и повышается качество труда, снижается себестоимость продукции, сокращается количество браков и отходов, уменьшаются затраты сырья и энергии, уменьшается численность обслуживающего персонала, удлиняются сроки межремонтного пробега оборудования;

- предупреждает загрязнение атмосферы и водоемов промышленными отходами.

Выбор и обоснование средств автоматизации

Средства автоматизации, с помощью которых будет осуществляться управление процессом, должны быть выбраны технически грамотно и экономически обоснованно.

Выбор конкретных типов автоматических устройств рекомендуется проводить, исходя из следующих соображений:

- для контроля и регулирования одинаковых параметров технологического процесса следует применять одинаковые автоматические устройства, что облегчает их приобретение, настройку, ремонт и эксплуатацию;

- следует отдавать предпочтение автоматическим устройствам серийного производства;

- при автоматизации сложных технологических процессов следует использовать вычислительные и управляющие машины;

- класс точности приборов должен соответствовать технологическим требованиям;

- для местного контроля рекомендуется применять простые и надежные приборы (термометры расширения в защитных чехлах, манометры общего назначения, уровнемерные стекла с защитной сеткой, счетчики и ротаметры), так как они часто функционируют в неблагоприятных условиях (значительные колебания температуры и влажности, повышенная запыленность, вибрация, механические воздействия и т. п.);

- для автоматизации технологических аппаратов с агрессивными средами следует предусматривать установку специальные приборов, а в случае применения приборов в нормальном исполнении необходимо защищать их.

Выбор и обоснование параметров

Выбор параметров регулирования, контроля и защиты технологического процесса обуславливается технологическим регламентом установки.

Автоматический контроль - автоматическое получение и обработка информации о значениях контролируемых параметров объекта с целью выявления необходимости управляющего воздействия. Автоматический контроль можно рассматривать как составную часть автоматического управления, так как для протекания процесса по заданной программе необходимо иметь информацию о значениях контролируемых параметров, с тем, чтобы оказывать при необходимости управляющее воздействие. Установка оснащается устройствами для аналитического контроля газа, контроль температуры в помещениях, термохимическими анализаторами. На электрообессоливающих установках (ЭЛОУ) принято контролировать температуру, для удовлетворения технологического режима.

Сигнализация - это преобразование информации о функционировании контролируемого объекта (о значении характерных параметров) в условный сигнал, понятный дежурному или обслуживающему персоналу. Сигнализация обычно разделяется на технологическую и аварийную. Технологическая сигнализация извещает персонал о ходе процесса при возможных допустимых отклонениях контролируемых параметров. Извещение может быть в виде световых сигналов (загорание или мигание ламп, табло и т.д., а также сочетанием световых и звуковых сигналов).

Аварийная сигнализация извещает об отклонениях контролируемых параметров технологического процесса за допустимые пределы и необходимость вмешательства персонала: например, предупреждение о критическом уровне воды в отстойнике; сигнализация предвещает о повышении или резком понижении уровня, давления, расхода поступающее промывной воды, деэмульгатора, и др.

Блокировка - это фиксация механизмов, устройств в определенном состоянии в процессе их работы. Блокировка позволяет сохранить механизм, устройство в фиксированном положении после получения внешнего воздействия. Блокировка повышает безопасность обслуживания и надежность работы оборудования, обеспечивает требуемую последовательность включения механизмов, устройств, а также ограничивает перемещение механизмов в пределах рабочей зоны. Примером блокировки может служить устройство высоковольтного выключателя. Механизм блокировки устроен таким образом, что включение выключателя возможно только при закрытой лицевой панели. На электрообессоливающих установках (ЭЛОУ) предусмотрено: автоматическое отключение-включение насосов, автоматическое закрытие-открытие клапанов (поз. 6-6, поз. 8-6). Автоматическая защита - это совокупность методов и средств, прекращающих процесс при возникновении отклонений за допустимые значения контролируемых параметров. Так, например, при перегрузках или коротких замыканиях в электрических сетях происходит срабатывание определенного вида защиты (тепловой, максимального тока и т. д.) и автоматическое отключение аварийных участков. В ряде случаев устройства защиты одновременно выполняют функции управления. Например, для повышения уровня бесперебойности электроснабжения защитные устройства с одновременным отключением аварийной цепи автоматически включают резервные цепи. На установке имеется автоматическое пенопожаротушение: например, в насосной произошло возгорание, автоматически срабатывает пожарный извещатель на наличие пожара в данной насосной и подается сигнал на автоматическое включение установки пенотушения. Автоматическое регулирование - это автоматическое обеспечение заданных значений параметров, определяющих требуемое протекание управляемого процесса в соответствии с установленной программой. Автоматическое регулирование можно рассматривать как составную часть автоматического управления.

На блоке электрообессоливающих установках (ЭЛОУ) есть несколько контуров регулирования:.

- для нормальной работы установки необходимо контролировать, и, если надо регулировать расход: на схеме есть датчик расхода FE 3-1, 6-1 (первичный преобразователь), который установлен на трубопроводе подачи насоса Н1, Н2, он передает сигнал на щит преобразователя, его обрабатывают и при необходимости изменяют значение регулирующего параметра при помощи клапана 3-4, 6-4.

Расход регулируется различными способами: созданием переменного перепада давления. Этот метод основан на использовании математической зависимости между расходом вещества и перепадом давления, который возникает на сужающем устройстве трубопровода - диафрагма.

- регулирование давления в электродегидраторах: датчик давления с импульсной трубкой РТ 1-1, 9-1, встроенный в электродегидратор ЭГ1, ЭГ2, передает на расстояние сигнал с показаниями параметра на щит преобразователя, где он индексируется, далее на щит операторной.

Регулированию подлежит также уровень в электродегидраторах и в качестве уровнемеров распространены: пьезометрические, емкостные, гигроскопические, буйковые и поплавковые. Конкретно на ЭЛОУ установлен уровнемер темзорезисторный, с большим диапазоном измерений. Необходимость регулирования уровня в электродегидраторе ЭГ1, ЭГ2 для постоянного поддержания заданного уровня воды и нефти в аппарате.

Распределённая система управления SIMATIC S7-300 (Siemens Германия) - это система управления технологическим процессом, характеризующаяся построением распределённой системы ввода вывода и децентрализацией обработки данных. Применяются для управления непрерывными технологическими процессами (проходящие днями и ночами, месяцами и даже годами, при этом останов процесса, даже кратковременный, может привести к порче изготавливаемой продукции, поломке технологического оборудования и даже несчастным случаям).

Основные требования, определяющие распределительную систему управления (РСУ):

- отказоустойчивость и безопасность;

- опростота разработки и конфигурирования;

- поддержка территориально распределенной архитектуры;

- единая конфигурационная база данных;

- развитый человеко-машинный интерфейс.

В тандеме с системой SIMATIC WinCC РСУ способно выполнять:

- визуализацию техпроцесса

- конфигурирование и настройка связи с контроллерами различных производителей;

- отображение, архивирование и протоколирование сообщений от технологического поцесса;

- открытый OPC-интерфейс и другое.

Приборы температуры

На установке ЭЛОУ-АВТ-5 для измерения температуры среды и ее контроля в аппаратах и трубопроводах применяются термоэлектрические преобразователи хромель-копелевые ТХКУ-205ЕХ.

Принцип действия термопар основан на возникновении термо-ЭДС. Термопара представляет собой два электрода из разнородных сплавов, которые с одной стороны скручены и сварены, с другой - свободные. Их подсоединяют к зажимам керамической колодки. Электроды изолируются друг от друга керамическими бусами и вставляются в металлический карман, который погружается в объект и закрепляется с помощью резьбы. Эта термопара предназначена для преобразования значения температуры сред в унифицированный токовый сигнал. Чувствительный элемент первичного преобразователя и встроенный в головку датчика измерительный преобразователь преобразуют измеряемую температуру в дифиринцированный токовый сигнал 4х20 мА, что дает возможность построения систем АСУ ТП без применения дополнительных нормирующих преобразователей.

Электропневматический преобразователь применяется в качестве преобразователя стандартного электрического сигнала в пневматический. Его принцип действия основан на уравновешивании двух усилий на рычаге, устройство запатентовано польскими разработчиками-изготовителями. Также применяется при регулировании уровня и расхода.

Приборы расхода

Для измерения расхода жидкости, газа или пара, протекающих в трубопроводах, применяют диафрагмы камерные и бескамерные по методу переменного перепада дав-

ления. Диафрагмы используются в комплекте с дифманометрами. В трубопроводе, по которому протекает жидкое или газообразное вещество, устанавливается диафрагма создающая местное сужение потока вследствие перехода части потенциальной энергии давления в кинетическую, средняя скорость потока в суженном сечении повышается, в результате чего статическое давление в данном сечении становится меньше статического перед сужающим устройством. Разность этих давлений (перепад давления) тем больше, чем больше расход протекающего вещества. Качество изготовления диафрагмы и особенно правильный монтаж её имеют решающее значение для получения точных результатов измерения расхода. В качестве дифманометров применяется Метран-100ДД.

Описание схем автоматизации

Регулирование расхода сырья в электродегидратор

После насоса Н1, перекачивающего сырье в теплообменники, установлена диафрагма камерная ДКС-10 (поз.1-1), которая измеряет рассматриваемый параметр по методу переменного перепада давления. Создаваемое диафрагмой местное сужение потока приводит к разности статического давления в суженном сечении и в сечении самого трубопровода. Разность этих величин прямо пропорционально расходу протекающего вещества.

Основной сигнал передается дифференциальному манометру Метран-100 ДД (поз.1-2), установленному по месту, который выдает электрический токовый сигнал, который далее поступает на аналоговый вход УСО распределенной системы управления S7-300. С УСО этот сигнал поступает в контроллер, где формируется командный сигнал ПИ - закона регулирования и поступает в электропневматический преобразователь ЕР-Р3 (поз.1-3), который осуществляет преобразование унифицированного сигнала постоянного тока в стандартный пневматически сигнал от 0,2 до 1 кгс/см².

Выходящий аналоговый пневматический сигнал от 0,2 до 1 кгс/см² передается исполнительному механизму пневматического регулирующего клапана (поз. 1-5). Регулирование уровня в электродегидраторе ЭГ2

Для поддержания необходимого уровня воды в аппарате применяют гидростатический способ регулирования. Уровнемер САПФИР-22ДУ (поз.8-1) принимает на свой чувствительный элемент давление, возникающее при воздействии жидкости, уровень которой повысился до максимально допустимого технологией значения. Значение уровня преобразуется в электрический токовый сигнал, который далее поступает на аналоговый вход УСО распределенной системы управления Sematic S7-300. С УСО этот сигнал поступает в контроллер, где формируется командный сигнал ПИ - закона регулирования и поступает в электропневматический преобразователь (поз. 8-2), который осуществляет преобразование унифицированного сигнала постоянного тока в стандартный пневматически сигнал от 0,2 до 1 кгс/см².

Выходящий аналоговый пневматический сигнал от 0,2 до 1 кгс/см² передается исполнительному механизму пневматического регулирующего клапана (поз. 8-6) установленного на трубопроводе вывода соленой воды.

Спецификация используемого оборудования приведена в таблице 3.

Таблица 3 - Укрупненная спецификация на основные средства контроля, регулирования и сигнализации

Позиция	Наименование и характеристика приборов и оборудования. Изготовитель	Тип прибора
1	2	3
1-2 8-1	Контроль, регистрация, регулирование давления. Взрывонепроницаемая оболочка. Класс точности - 0,5%. Выходной сигнал 4-20 мА. Пределы измерения 0,5-25 кПа. Завод изготовитель: ЗАО «ПГ-метран» г. Челябинск	«Метран» 100 ДИ
2-1 4-1 6-1	Интеллектуальный преобразователь. Чувствительным элементом, которого является термопарный кабель КТМС. Диапазон измерения от ± 50 до ±1000 0С, выходной сигнал постоянного тока - 20Ма, основная погрешность аналового сигнала от ± 0,5 до ± 2,5 °С. ОАО «Метран», г. Челябинск	«Метран» 281-2
3-1 5-1	Первичный преобразователь расхода - диафрагма камерная стандартная. Измерение в пределах от 27 до 250 000 кг/час. Нержавеющая сталь и хастеллой C-22. Условное давление 2,2 МПа. В комплекте с дифманометрами. взрывозащиты 1ExdIIATGX «Кrohne», г. Самара	ДКС-10-90
3-2 5-2	Дифференциальный манометр. Исполнение Exi (взрывонепроницаемая оболочка). Класс точности 0,1%. Линейный сигнал 4ч20 мА. Предел измерения 6,5 МПа. Завод-изготовитель ПГ "Теплоприбор", г. Челябинск.	Метран-100 ДД.
3-3 5-3	Программный одноканальный контроллер. «Yokogaqa» Япония	YS-170
3-4 5-4 7-3	Пневматический регулирующий клапан из стали Х18Н19ТЛ. Условный диаметр Ду = 20…200 мм РК 301 НЖ 5040 ЛНО Sam Son «Самсон Инжиниринг»	Р5040
7-1	Измерительный преобразователь уровня: предел измерений от 0,25 до 10 м по ряду; допускаемая основная погрешность ± 0,25 ± 0,5 ± 1, питание - постоянный ток 36В, пределы изменения токовых выходных сигналов 0,5 - 0,20; 4-30 мА. Мощность 1,2 В	УБ-ЭМ-1 модуль 2620
7-2	Электропневмопреобразователь, входящий сигнал от 4 до 20 МА, выходящий пневматический плавно устанавливаемый сигнал в пределах от 0,05 до 6 бар. ОАО «Теплоприбор»	ЭП тип 6201-52



2. Охрана труда

Безопасные методы ведения процесса

Нефть, горючие газы и нефтепродукты обладают опасными и вредными свойствами. При нарушении технологического режима, несоблюдении правил безопасности на производствах по переработке нефти и газа происходят аварии и несчастные случаи, у работающих возникают профессиональные заболевания. Обслуживающий персонал соблюдает правильный технологический режим установки с помощью контрольно-измерительных приборов. Технологический режим, результаты анализа сырья и нефтепродуктов, записывают в режимный лист установки. В соответствии с анализами, технологической картой и производственными инструкциями обслуживающий персонал ведет нормальную эксплуатацию установки.

Обслуживающий персонал обязан обеспечить постоянный контроль за расходами, температурами и уровнями в электродегидратраторах.

Обслуживающий персонал также должен четко знать способы устранения неполадок на обслуживаемой установке, согласно технологическим инструкциям и регламентам.

Для обеспечения безопасного ведения технологического процесса необходимо соблюдать следующие правила:

-не допускать резких изменений давления и температуры в аппаратах, строго соблюдать технологические параметры ведения процесса;

-перед пуском в работу необходимо герметизировать арматуру, фланцевые соединения, при обнаружении разгерметизации немедленно принять меры к ее устранению;

-все запорные устройства должны содержаться в исправности и обеспечить быстрое и надежное прекращение подачи или вывода нефтепродуктов, открытие соответствующих задвижек и подготовленность насоса к пуску;

- при обнаружении пропусков в корпусе электродегидраторов и теплообменников для предотвращения воспламенения вытекающего нефтепродукта необходимо немедленно подать пар к месту пропуска и выключить аппарат.

С целью обеспечения безопасности при ведении процесса предусмотрены следующие мероприятия:

- технологический процесс ведется в герметичных аппаратах;

- аппараты защищены от превышения давления системой предохранительных клапанов со сбросом на факел или в атмосферу;

- предусмотрена аварийная сигнализация повышения концентрации взрывоопасных и вредных паров на наружной установке, в насосных, анализаторных помещениях;

- отдельные группы аппаратов имеют отбортовку высотой 150 мм для исключения разлива нефтепродуктов;

- трубопроводы и аппаратура, имеющие температуру стенки выше 45 ^оС, изолированы;

- на жидкостных и газовых линиях установлены обратные клапаны;

- сброс продуктов из аппаратов на факел возможен по байпасу предохранительных клапанов при аварийных ситуациях;

- дренирование аппаратов и трубопроводов выполнено в заглубленные емкости с последующей откачкой продуктов для переработки;

- в случае прекращения подачи воздуха КИП на установке предусмотрен рессивер воздуха с часовым запасом воздуха;

- при нарушениях технологического процесса предусмотрены сигнализации и блокировки;

- технологическое оборудование и трубопроводы, контактирующие с коррозионными веществами, изготовлены преимущественно из коррозионностойких металлических конструкционных материалов;

- запорная арматура максимально приближена к аппаратам и находится в зоне, удобной для обслуживания. На нагнетательных трубопроводах установлены обратные клапаны для предотвращения перемешивания продукта обратным ходом;

- на трубопроводах установлены регулирующие клапаны;

- смонтированы системы трёх вентилей со съемной катушкой.

Промышленная безопасность

Процесс прямой перегонки нефти - пожаровзрывоопасное производство.

Основными моментами, определяющими опасность на установке, являются:

- токсичность и взрывопожароопасность продуктов, используемых в качестве сырья, теплоносителя и получаемых в процессе работы, которые могут образовывать взрывоопасные смеси;

- наличие вышеуказанных продуктов в аппаратах в большом количестве;

- присутствие сероводорода в нефти, в количестве не более 0,1%масс.;

Электрооборудование электрообессоливающей установки во взрывозащищенном исполнении, соответствует требованиям действующих Правил устройства электроустановок и обслуживаться в соответствии с требованиями действующих Правил эксплуатации электроустановок потребителей и Правил техники безопасности электроустановок потребителей.

Электродегидратор имеет блокировку на отключение напряжения при понижении уровня нефтепродукта в аппарате ниже регламентированного.

Дренирование воды из электродегидратора и отстойника осуществлятся в автоматическом режиме закрытым способом.

Над электродегидратором монтируется площадка, на которой устанавливаются два однофазных повышающих трансформатора и две однофазные реактивные катушки. Трансформаторы ОМ-5/15 мощностью 5 Квт предназначены для повышения напряжения с 220 В до 13500, 15000 или 16500 В. Высокое напряжение вводится внутрь электродегидратора через проходные изоляторы, рассчитанные на 35 Квт.

В электродегидраторах применены фторопластовые изоляторы следующих типов: подвесныеизоляторы ИПОФ для подвески электродов, проходные изоляторы 2ИПФ для ввода высокого напряжения в электродегидратор при применении трансформаторов типа ОМ, проходные изоляторы 2ИПФР для закрытых вводов высокого напряжения.

Электродегидратор питается электроэнергией от щита управления 380/220 В. Управление работой электродегидратора осуществляется с панели управления, находящейся в операторной.

К работе на электродегидраторах может быть допущен лишь персонал, имеющий право проведения работ на устройствах с напряжением выше 1000 В.

Верхняя площадка электродегидратора на участке, где расположено электрооборудование, имеет ограждение. На ограждении необходимо вывесить плакат «Высо-

кое напряжение-опасно для жизни!». Дверцы ограждения площадки (или лестницы) должны имеют блокировку, отключающую главную цепь питания электродегидратора при открывании их. Подача напряжения допускается только после записи обслуживающего персонала в оперативном журнале о готовности электродегидратора к включению. Во время работы электродегидратора на лестнице для подъема на него должен быть вывешен плакат «Не влезай -- убьет!». Подниматься наверх электродегидратора разрешается только после снятия напряжения с электрооборудования и вывешивания на пусковых устройствах плаката «Не включать -- работают люди!».

Охрана окружающей среды

Снизить техногенную нагрузку на окружающую среду возможно решением экологических проблем всего цикла нефтеперерабатывающего производства, включающего хранение, переработку, организацию выпуска и применение продукции с улучшенными характеристиками. В ходе этих процессов образуются вредные для окружающей среды отходы. Интенсификация процессов первичной переработка нефти, усовершенствование оборудования позволяет повысить уровень экологической безопасности производства. Единого универсального метода нейтрализации отходов не существует.

Выбор метода зависит от состава загрязнений, и состав, в свою очередь, от перерабатываемой нефти, состояния технологического оборудования, профиля завода.

Для достижения глубокого обессоливания на установках ЭЛОУ на каждой ступени требуется добавлять 4-10% воды на нефть. При этом количество сбрасываемых соленых стоков, требующих дорогостоящей биологической очистки составляет 10-20%.

Современная электрообессоливающая установки (ЭЛОУ) обеспечивает обессоливание поступающих на установку смесей нефтей со средним содержанием хлоридов 136,8 мг/л и воды 0,18% до остаточного содержания хлоридов - 5-8 мг/л. Это соответствует степени обессоливания нефти - 96%. При расходе воды (2% на нефть) первая ступень обеспечивает обессоливание нефти в среднем на 80%, вторая на 58%, третья на 50%.

Содержание нефтепродуктов в сбрасываемой с установки дренажной воде составляет 217 мг/л. С целью повышения эффективности использования промывной воды разработаны технологические схемы ее повторного использования, которая обеспечивает 99%-ное обессоливание нефтей.

Применительно к установкам ЭЛОУ-АВТ необходимо оптимизировать режим обессоливания и обезвоживания для уменьшения количества соленых стоков, увеличить количество аппаратов воздушного охлаждения, что позволит еще более уменьшить загрязнение водоемов охлаждающей водой (уменьшается в 3,2 раза потребление свежей воды, в 3, 3 раза - оборотной; сброс сточных вод в водоемы, уменьшается в 4,5 раза); уменьшить использование воды как хладогента в вакуумсоздающих системах АВТ заменой барометрических и поверхностных конденсаторов на конденсационно-абсорбционные, отказаться от применения острого пара и заменить его потоками горючего продукта, подаваемого на подогреватели и другую аппаратуру, потребляющую тепло.

Для работы без сброса сточных вод в водоем, циркулирующие воды необходимо обессоливать (метод обратного осмоса или упаривания под вакуумом).