RU2238402C2 - Method for degassing oil in end separation plants and device for realization of said method - Google Patents
Method for degassing oil in end separation plants and device for realization of said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2238402C2 RU2238402C2 RU2002126510/03A RU2002126510A RU2238402C2 RU 2238402 C2 RU2238402 C2 RU 2238402C2 RU 2002126510/03 A RU2002126510/03 A RU 2002126510/03A RU 2002126510 A RU2002126510 A RU 2002126510A RU 2238402 C2 RU2238402 C2 RU 2238402C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pressure
- gas
- oil
- riser
- separation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Degasification And Air Bubble Elimination (AREA)
Abstract
Description
1. ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ1. TECHNICAL FIELD
При добыче и подготовке нефти к транспорту для снижения потерь от испарения нефть перед вводом в атмосферные резервуары подвергают сепарации в концевых сепарационных установках под давлением, близким к атмосферному (обычно под абсолютным давлением 0,105 мПа). Для обеспечения возможности самотечного слива в резервуары концевые сепараторы поднимают над поверхностью земли на высоту от 10 до 25 м в зависимости от типа резервуаров и рельефа местности. Сепаратор(ы), эстакада для их расположения, обвязка сепараторов образуют в комплексе с запорной и регулирующей арматурой концевую сепарационную установку (КСУ).In the extraction and preparation of oil for transport, in order to reduce losses from evaporation, oil is subjected to separation in end separation plants under atmospheric pressure (usually at an absolute pressure of 0.105 MPa) before entering into atmospheric tanks. To ensure the possibility of gravity drainage into tanks, end separators are raised above the ground to a height of 10 to 25 m, depending on the type of tanks and the terrain. The separator (s), the overpass for their location, the strapping of the separators form an end separation unit (KSU) in combination with shut-off and control valves.
Предлагаемое изобретение предназначено для сепарационных установок, имеющих подъем подводящего трубопровода на значительную (более 10 м) высоту, т.к. в этом случае, как правило, не требуется дополнительного источника энергии. При наличии запаса энергии, необходимого для вакуум-обработки или ее источника, оно применимо и для дегазации других жидкостей.The present invention is intended for separation plants having a lift of the supply pipe to a significant (more than 10 m) height, because in this case, as a rule, an additional energy source is not required. If there is a supply of energy necessary for vacuum treatment or its source, it is also applicable for the degassing of other liquids.
2. УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ2. BACKGROUND
В настоящее время концевая сепарация нефти регламентируется РД 39-0004-90 (ВНИ-ИСПТ нефть. Руководство по проектированию и эксплуатации сепарационных узлов нефтяных месторождений, выбору и компоновке сепарационного оборудования. Уфа - 1990. - 68 с.).Currently, the final separation of oil is regulated by RD 39-0004-90 (VNI-ISPT oil. Guidelines for the design and operation of separation units of oil fields, the selection and layout of separation equipment. Ufa - 1990. - 68 p.).
В практике подготовки нефти различают сырьевые и товарные резервуары. Соответственно различают “холодную” КСУ и “горячую”. Холодной КСУ в технологической цепи предшествуют регуляторы уровня в сепараторах предыдущей ступени, горячей - регуляторы давления в нефтяных отстойниках. Поскольку давление насыщения нефти газом в предшествующих аппаратах много выше атмосферного, а в сепараторах КСУ практически равно ему, то где-то на пути от регулятора до сепараторов давление становится равным давлению насыщения нефти, то есть создаются условия для начала газовыделения. Если это произойдет при прохождении регуляторов, то весьма вероятно образование обращенного газожидкостного потока (капельки нефти в потоке газа) сразу на выходе из регуляторов. В этом случае, как правило, никаких проблем с качеством сепарации нефти нет.In the practice of oil preparation distinguish between raw materials and commodity tanks. Accordingly, distinguish between “cold” KSU and “hot”. Cold KSU in the technological chain is preceded by level controls in the separators of the previous stage, hot - pressure regulators in oil sumps. Since the pressure of oil saturation with gas in previous devices is much higher than atmospheric, and in KSU separators it is almost equal to it, somewhere in the way from the regulator to the separators the pressure becomes equal to the oil saturation pressure, that is, conditions are created for gas evolution to begin. If this happens during the passage of the regulators, then the formation of a reversed gas-liquid flow (droplets of oil in the gas flow) immediately at the exit of the regulators is very likely. In this case, as a rule, there are no problems with the quality of oil separation.
Проблемы начинаются при расположении фронта вскипания на участке подъема нефтепровода к сепараторам (в стояке). Поскольку газожидкостный поток легче жидкостного, то давление на входе в стояк зависит от высотного расположения фронта вскипания и количества выделившегося газа в стояке. Это провоцирует переменность высотного расположения фронта вскипания. При этом мгновенная производительность сепаратора оказывается переменной. Инерционность жидкости усиливает раскачку. Особенно опасно появление колебаний при параллельной работе нескольких сепараторов с наземным расположением коллектора. При этом возможно переполнение одних сепараторов и опорожнение других. Естественно, что качество сепарации при этом резко ухудшается. Причем обычно принимаемые меры по повышению равномерности распределения жидкости между параллельными аппаратами, например многократное разделение подводящего трубопровода, практически бесполезны, поскольку не влияют на главную причину - переменность высотного расположения фронта вскипания. Не гарантирует равномерность распределения и подъем коллектора на высоту расположения сепараторов. В этом случае в подводящем трубопроводе, как правило, формируется снарядный режим. Неравномерность усиливается инерционными явлениями, порождающими волны в коллекторе, последствия которых при снижении гидростатического напора, необходимого для поступления нефти в аппараты, усиливаются. Так что раскачка поступления нефти в несколько параллельных аппаратов практически неизбежна.Problems begin when the boiling front is located in the section where the oil pipeline rises to the separators (in the riser). Since the gas-liquid flow is lighter than the liquid flow, the pressure at the inlet to the riser depends on the altitude of the boiling front and the amount of gas released in the riser. This provokes the variability of the altitude of the boiling front. In this case, the instantaneous performance of the separator turns out to be variable. The inertia of the fluid increases the buildup. Especially dangerous is the appearance of oscillations during the parallel operation of several separators with a ground-based collector. In this case, overflow of some separators and emptying of others is possible. Naturally, the quality of separation is sharply deteriorating. Moreover, the usually taken measures to increase the uniformity of the distribution of liquid between parallel devices, for example, multiple separation of the supply pipe, are practically useless, since they do not affect the main reason - the variability of the altitude location of the boiling front. It does not guarantee uniform distribution and elevation of the collector to the height of the separators. In this case, as a rule, a slug mode is formed in the supply pipe. The unevenness is enhanced by inertial phenomena that generate waves in the reservoir, the consequences of which are amplified when the hydrostatic pressure necessary for the oil to enter the apparatus decreases. So the buildup of oil in several parallel units is almost inevitable.
В 1990 году такая ситуация наблюдалась на крупнейшей в европейской части СССР КСУ при Головных сооружениях нефтепровода Усинск-Ухта (г. Усинск Коми АССР). Поскольку нефтепровод предназначался для перекачки газонасыщенной нефти, КСУ проектировалась в качестве аварийной. Однако неудачи попытки перекачки нефти в газонасыщенном состоянии вынудили запустить ее в постоянную эксплуатацию. Установка, включая наземные коллекторы, 6 сепараторов предыдущей ступени и 4 концевых сепаратора на высоте 22 м, газопровод по рельефной местности и слив в резервуары образовала громадный самовозбуждающийся колебательный контур с периодическими выбросами нефти в газопровод и прорывами газа в резервуары. Институтом ПечерНИПИнефть был разработан проект реконструкции установки, принятый к осуществлению, но не устраняющий главную причину раскачки.In 1990, this situation was observed at the KSU, the largest in the European part of the USSR, at the head structures of the Usinsk-Ukhta oil pipeline (Usinsk, Komi ASSR). Since the pipeline was intended for pumping gas-saturated oil, KSU was designed as an emergency. However, the failure of the attempt to pump oil in a gas-saturated state forced it to be put into continuous operation. The installation, including ground collectors, 6 separators of the previous stage and 4 end separators at a height of 22 m, a gas pipeline along the relief terrain and a drain into the tanks formed a huge self-excited oscillating circuit with periodic oil discharges into the gas pipeline and gas breakthroughs into the tanks. The PecherNIPIneft Institute has developed a project for the reconstruction of the installation, which has been accepted for implementation, but does not eliminate the main cause of the buildup.
Автору не удалось найти опубликованных работ по стабилизации фронта вскипания в практике сепарации нефти на КСУ, хотя в теплоэнергетике это средство известно сравнительно давно (см., например, Кутепов А.М., Стерман Л.С., Стюшин Н.Г. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании. - М.: Высшая школа, 1986, - 448 с.) - это установка дроссельных шайб на входе в участок подъема. Роль дроссельной шайбы может выполнять и простая задвижка. Автор остановил реконструкцию вышеупомянутой Усинской КСУ и полностью нормализовал ее работу без капитальных затрат простым прикрытием задвижек перед входом нефти в стояки и стабилизацией уровня в резервуаре слива. Но при этом возникли проблемы с переводом на новый режим последнего (четвертого) сепаратора: давление в коллекторе при прикрытии входных задвижек на трех сепараторах снизилось и оказалось недостаточным для поступления нефти в четвертый сепаратор. Вывод на аналогичный режим концевого сепаратора в Сергеевском пункте подготовки нефти в НГДУ “Уфанефть” на высоте 12 м состоялся лишь после удара по стояку гаечным ключом. Это свидетельствует о необходимости дополнительных мер для обеспечения вывода на рабочий режим дроссельных устройств.The author was unable to find published works on the stabilization of the boiling front in the practice of oil separation at KSU, although this tool has been known in the power industry for a relatively long time (see, for example, Kutepov A.M., Sterman L.S., Styushin N.G. Hydrodynamics and heat transfer during vaporization. - M.: Vysshaya Shkola, 1986, - 448 p.) - this is the installation of throttle washers at the entrance to the lifting section. The role of the throttle washer can perform a simple valve. The author stopped the reconstruction of the aforementioned Usinsk KSU and completely normalized its operation without capital expenditures by simply covering the valves before the oil enters the risers and stabilizing the level in the drain tank. But at the same time, there were problems with switching to the new mode of the last (fourth) separator: the pressure in the manifold when closing the inlet valves on the three separators decreased and was insufficient for the oil to enter the fourth separator. The conclusion to a similar mode of the end separator at the Sergeevsky oil treatment point in the oil and gas production department “Ufaneft” at a height of 12 m took place only after hitting the riser with a wrench. This indicates the need for additional measures to ensure that throttle devices are operational.
Существуют проблемы и с обеспечением качества сепарации нефти на КСУ, из-за чего потери нефти из резервуаров, не оборудованных системой улавливания, обычно составляют 0,2-0,8 мас.% (могут быть и много больше). Исследованиями института Гипровостокнефть доказано, что непенистые нефти Западной Сибири при нагреве до 45° удается отсепараировать до требуемого нормами давления насыщенных паров 500 мм рт.ст. лишь при содержании в них пропана менее 2 мас.% (встречаются до 6 мас.%).There are problems with ensuring the quality of oil separation at KSU, due to which the loss of oil from tanks that are not equipped with a capture system is usually 0.2-0.8 wt.% (There may be much more). Studies of the Giprovostokneft Institute have shown that non-foamy oils of Western Siberia can be separated by heating to 45 ° to the required vapor pressure of 500 mm Hg. only when the propane content in them is less than 2 wt.% (up to 6 wt.% are found).
К 1990-м годам сложилась концепция: качество сепарации требует спокойного ввода нефти в аппараты. Что это требование ошибочно, показывают случаи отвратительной сепарации нефти при пребывании нефти в аппарате более часа: при ударе кувалдой по такому сепаратору возникает шум выделяющегося газа, подобный реву запускаемых реактивных двигателей.By the 1990s, a concept had developed: the quality of separation requires a quiet input of oil into the units. That this requirement is erroneous is shown by cases of disgusting oil separation when the oil remains in the apparatus for more than an hour: when a hammer hit a separator with such a separator, there is a noise of gas emitted, similar to the roar of starting jet engines.
При формировании пузырьков выделяющегося газа вокруг них образуется зона обеднения. Чем она больше, тем медленнее массопередача. Размер зоны обеднения зависит от гидродинамической обстановки (в частности, от числа Рейнольдса). Вокруг микропузырьков при малом темпе их роста может образовываться бронирующая оболочка, исключающая их дальнейший рост и всплытие. Все это свидетельствует, что газовыделение лучше производить в динамических условиях, газоотделение - в режиме, обеспечивающем наибольшую скорость всплытия пузырьков.During the formation of bubbles of evolved gas, a depletion zone is formed around them. The larger it is, the slower the mass transfer. The size of the depletion zone depends on the hydrodynamic situation (in particular, on the Reynolds number). Around the microbubbles at a low rate of their growth, an armor shell may form, which excludes their further growth and ascent. All this indicates that gas evolution is best done under dynamic conditions, gas evolution is in a regime that provides the highest bubble ascent rate.
Для сепарации же нефтей с повышенным содержанием пропана необходим переход за границы термодинамического равновесия. Такой способ сепарации жидкостей известен. Это способ дегазации жидкостей и устройство для его осуществления (а.с. №1421363-БИ № 19, прототип). Его сущность состоит в том, что дегазацию жидкости проводят в кавитирующем потоке, причем в нем создают оседлую пульсирующую кавитационную полость с периодически отрывающейся и сносимой потоком ее частью, для чего поток суживают, а затем внезапно расширяют, при этом отношение давлений за сужением потока к давлению перед ним выдерживают равным не более 0,15. Одновременно здесь же патентуется устройство дегазации жидкости типа трубы Вентури с цилиндрической горловиной диаметром Dкр, длиной (0,6... 2)Dкp, радиусом сопряжения со стенками конфузора R=(0,2... 0,4)Dкp, и диффузором с углом раскрытия более 15° . В этом изобретении впервые используется гистерезис процессов газовыделения и газорастворения для перехода за границы термодинамического равновесия при условиях сепарации. Но непосредственное применение этого изобретения на КСУ практически исключено, т.к. оно требует, чтобы давление на входе в устройство превышало 0,7 МПа, в то время как на большинстве пунктов подготовка нефти ведется под давлением, не превышающим 0,2-0,5 МПа.For the separation of oils with a high content of propane, a transition beyond the boundaries of thermodynamic equilibrium is necessary. Such a liquid separation method is known. This is a method of degassing liquids and a device for its implementation (AS No. 1421363-BI No. 19, prototype). Its essence lies in the fact that the degassing of the liquid is carried out in a cavitating flow, whereby a settled pulsating cavitational cavity is created in it with a part of it periodically tearing off and carried away by the flow, for which the flow is narrowed and then suddenly expanded, while the ratio of pressures after the flow is narrowed to pressure before it is kept equal to not more than 0.15. At the same time, a liquid degassing device such as a Venturi pipe with a cylindrical neck with a diameter of D cr , a length of (0.6 ... 2) D cr , and a radius of coupling with the walls of the confuser R = (0.2 ... 0.4) D cr is patented here. , and a diffuser with an opening angle of more than 15 °. In this invention, for the first time, hysteresis of gas evolution and gas dissolution processes is used to go beyond the boundaries of thermodynamic equilibrium under separation conditions. But the direct application of this invention to KSU is practically excluded, because it requires that the pressure at the inlet of the device exceed 0.7 MPa, while at most points the oil is treated under pressure not exceeding 0.2-0.5 MPa.
Патентов с применением насадок с конфузорно-диффузорным проточным каналом для дегазации жидкостей достаточно много. Но известные автору попытки применения таких насадок для дегазации нефти не увенчались успехом из-за нестабильности получаемых результатов. Так, может вызвать проблемы сепарация пенистых нефтей. Известно, что пену лучше всего разрушать в динамических условиях. Так, в а.с. СССР №1260011 (БИ, 1986 №36) - (прототип) для разрушения пены используется делитель фаз с рядом труб на разной высоте для отбора газовой фазы, распыление жидкости и соударение распыла с газом из делителя, что излишне сложно. Возможно более простое решение.There are a lot of patents using nozzles with a confuser-diffuser flow channel for degassing liquids. But the author’s known attempts to use such nozzles for oil degassing were unsuccessful due to the instability of the results. So, the separation of foamy oils can cause problems. It is known that foam is best destroyed under dynamic conditions. So, in A.S. USSR No. 1260011 (BI, 1986 No. 36) - (prototype) for the destruction of the foam, a phase divider is used with a series of pipes at different heights for the selection of the gas phase, atomization of the liquid and impact of the spray with gas from the divider, which is unnecessarily difficult. Perhaps a simpler solution.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности способа и повышение надежности применяемых средств.The technical result of the invention is to increase the efficiency of the method and increase the reliability of the tools used.
Необходимый технический результат достигается тем, что в способе сепарации нефти на концевых сепарационных установках, включающем подъем нефти к сепаратору по стояку, разделение и отвод нефти и газа, согласно изобретению перед входом в стояк всю нефть или ее часть подвергают местной обработке вакуумом в режимеThe necessary technical result is achieved by the fact that in the method of oil separation at the end separation plants, including lifting oil to the separator along the riser, separating and removing oil and gas, according to the invention, before entering the riser, all or part of the oil is subjected to local vacuum treatment in the mode
Рвх≥ Рвых+Δ Р(Q)+Δ (Q),P in ≥ P out + Δ P (Q) + Δ (Q),
где Рвх и Рвых - давление на входе и выходе из устройства предварительной вакуум-обработки потока;where P in and P out - pressure at the inlet and outlet of the device for preliminary vacuum processing of the stream;
Δ Р - перепад давления на устройстве при работе с производительностью Q;Δ P - pressure drop across the device when working with a capacity of Q;
Δ - ширина зоны неустойчивой работы устройства.Δ is the width of the zone of unstable operation of the device.
Кроме того:Moreover:
не подвергнувшаяся вакуум-обработке часть потока перед подачей ее в стояк пропускают через регулятор давления “до себя”, настроенный на максимально допустимое давление на входе в устройство;the part of the stream that has not undergone vacuum processing is passed through the pressure regulator “to itself” before being fed into the riser, adjusted to the maximum allowable pressure at the inlet to the device;
в стояк через барботер подают газ через регулятор давления “после себя”, настроенный на работу при максимально допустимом давлении на выходе из устройства обработки вакуумом;gas is supplied to the riser through a bubbler through a pressure regulator “behind itself”, configured to operate at the maximum allowable pressure at the outlet of the vacuum processing device;
при повышении давления на выходе из устройства обработки выкуумом выше определенного предела область наименьшего давления или основание стояка подвергают вибровоздействию излучателя ультразвуковых колебаний.with increasing pressure at the outlet of the processing device by a vacuum above a certain limit, the area of least pressure or the base of the riser is subjected to vibration by the ultrasonic vibrations emitter.
Технический результат достигается и тем, что в устройстве обработки потока вакуумом, состоящем из предкамеры, регулировочной иглы с приводом, конфузора, горловины длиной, равной двум ее диаметрам и сопряженной с конфузором по дуге радиусом 0,2 диаметра горловины, а также диффузора, согласно изобретению конфузор выполнен с углом конусности 80-120° , регулировочная игла - с переменной конусностью от 0 до 10° у основания и 20-30° у вершины иглы, диффузор - с переменной конусностью, изменяющейся в пределах от 6-10° у горловины и до 30° в конце, предкамера выполнена из тройника, а регулировочная игла и внутренняя часть конфузора и горловины сделаны сменными из вязкой аустенитной нержавеющей стали.The technical result is achieved by the fact that in the device for processing the flow by vacuum, consisting of a pre-chamber, an adjusting needle with a drive, a confuser, a neck length equal to its two diameters and conjugated to the confuser along an arc of radius 0.2 of the neck diameter, as well as a diffuser, according to the invention the confuser is made with a taper angle of 80-120 °, the adjusting needle is with a variable taper from 0 to 10 ° at the base and 20-30 ° at the top of the needle, the diffuser is with a variable taper, varying from 6-10 ° at the neck and up to 30 ° at the end, the pre-chamber in polyene of the tee, and an adjusting needle and the inside of the converging tube and the neck made of viscous replaceable austenitic stainless steel.
Технический результат также достигается тем, что в сепарационной установке, включающей сепаратор и его обвязку, согласно изобретению в основании стояка к нему подключены одно или несколько устройств обработки вакуумом с запорной арматурой на входе и выходе из каждого, байпас с регулятором давления “до себя”, с запорной арматурой того же диаметра и диффузором на выходе, рассчитанным на пропуск максимального расхода, поступающего на установку при максимально допустимом перепаде давления и полностью открытом клапане.The technical result is also achieved by the fact that in the separation unit, including the separator and its strapping, according to the invention, one or more vacuum processing devices with shut-off valves at the inlet and outlet of each are connected to it in the base of the riser, bypass with pressure regulator “to itself”, with shut-off valves of the same diameter and an outlet diffuser designed to pass the maximum flow rate entering the unit with the maximum allowable pressure drop and a fully open valve.
Кроме того:Moreover:
обвязка низа стояка включает либо линию подвода газа с регулятором давления “после себя”, либо вибратор, установленный на горловине устройства обработки вакуумом или на основании стояка;the piping of the bottom of the riser includes either a gas supply line with a pressure regulator “behind itself”, or a vibrator mounted on the neck of the vacuum processing device or on the base of the riser;
установка имеет концевой делитель фаз для ввода обработанной вакуумом смеси внутрь сепаратора, частично расположенный в газовом пространстве сепаратора с лотковой системой на выходе из него, исключающей падение струи на свободную поверхность нефти в сепараторе;the installation has an end phase divider for introducing the vacuum-treated mixture into the separator, partially located in the gas space of the separator with a tray system at the outlet of it, eliminating the fall of the jet onto the free surface of the oil in the separator;
в конце участка подъема нефти смонтирован пеноразрушитель, имеющий подвижную заслонку для регулирования скорости газожидкостной струи;at the end of the oil lifting section, a foam breaker is mounted having a movable shutter for controlling the speed of the gas-liquid jet;
на выходе из концевого делителя фаз установка дополнительно снабжена заслонкой для регулирования уровня жидкости в нем;at the outlet of the terminal phase divider, the installation is additionally equipped with a shutter for regulating the liquid level in it;
внутренняя поверхность концевого делителя фаз снабжена в газовой части турбулизаторами газа в виде части кольцевых диафрагм, расположенных с переменным шагом, исключающим волнообразование свободной поверхности жидкости в этом делителе фаз, а наружная его поверхность снабжена ребрами для интенсификации каплеосаждения.the inner surface of the terminal phase divider is provided in the gas part with gas turbulators in the form of a part of annular diaphragms arranged with a variable pitch, excluding wave formation of the free surface of the liquid in this phase divider, and its outer surface is equipped with ribs for the intensification of droplet deposition.
3. СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ3. SUMMARY OF THE INVENTION
3.1. Стабилизация режима работы КСУ3.1. Stabilization of the KSU
Для стабилизации режима прежде всего необходимо, чтобы перед дросселем, смонтированным перед входом в стояк, свободного газа практически не было, а за дросселем он несомненно бы был. Последнее требует выполнения дополнительных условий, чтобы давление за дросселем было бы меньше давления насыщения нефти газом, а при дросселировании достигалась бы скорость жидкости не менее 6 м/с (см. ИФЖ, 1971, т. XX, №2, с.261-267).To stabilize the regime, first of all, it is necessary that there is practically no free gas in front of the throttle mounted before entering the riser, and it would undoubtedly be behind the throttle. The latter requires the fulfillment of additional conditions, so that the pressure behind the throttle would be less than the pressure of oil saturation with gas, and during throttling, a fluid velocity of at least 6 m / s would be achieved (see IFZh, 1971, vol. XX, No. 2, pp. 262-267 )
Но такое дросселирование лишь стабилизирует высотное расположение фронта вскипания, не защищая подводящий трубопровод от колебаний давления сепарации. Для защиты и от этого источника колебаний необходимо снизить минимальное давление в дросселе до значения, обусловленного динамической прочностью жидкости на разрыв. Добиться необходимого местного снижения давления можно за счет перехода потенциальной энергии (давления) в кинетическую, а затем - обратного перехода кинетической энергии в потенциальную, например, в устройстве типа трубы Вентури. У трубы Вентури, как у любого другого гидравлического устройства, имеется гидравлическая характеристика, отображающая взаимосвязь расхода и необходимого перепада давления на устройстве. Но она ограничена условием неразрывности протекающей жидкости. С появлением разрыва закономерность нарушается. При этом вид характеристики начинает зависеть от того, как изменяется перепад давления на устройстве: за счет изменения давления на входе при неизменном противодавлении или наоборот. Если в процессе опытов условиться, что минимальное противодавление равно атмосферному, то перепад давления на этом предельном режиме оказывается равным избыточному давлению на входе:But such a throttling only stabilizes the high-altitude location of the boiling front, without protecting the supply pipe from fluctuations in the separation pressure. To protect against this source of oscillation, it is necessary to reduce the minimum pressure in the throttle to a value determined by the dynamic tensile strength of the liquid. The necessary local pressure reduction can be achieved by converting potential energy (pressure) into kinetic energy, and then by reversing the conversion of kinetic energy into potential energy, for example, in a device such as a venturi. The Venturi pipe, like any other hydraulic device, has a hydraulic characteristic that displays the relationship of flow and the required pressure drop across the device. But it is limited by the condition of continuity of the flowing fluid. With the appearance of the gap, the pattern is violated. In this case, the type of characteristic begins to depend on how the pressure drop across the device changes: due to a change in the inlet pressure with constant back pressure or vice versa. If in the course of the experiments it is agreed that the minimum backpressure is equal to atmospheric, then the pressure drop at this limit mode is equal to the overpressure at the inlet:
Δ Р=Рвх-Рвых=Рвх абс-Ратм=Рвхизб.Δ P = P in -P out = P in abs -P atm = P inh .
Получающаяся при этом характеристика устройства представлена на фиг.1. Кривая ОС представляет безразрывную ветвь характеристики устройства. Она не зависит от способа ее получения. Строчными буквами а, в, с,... обозначены характеристики, снимаемые при варьируемом, но постоянном давлении на входе, равном Рвха, Рвхв, Рвхс... соответственно при изменении противодавления в пределах Ратм≤ Рвых≤ Рвх. При этом Δ Р≥ 0. Эти характеристики состоят из трех участков: вертикального (выше кривой A’D), переходного (между кривыми АС и A’D) и безразрывного, совпадающего с кривой безразрывной характеристики устройства ОС. Вертикальный участок свидетельствует о независимости расхода от противодавления (давления на выходе из устройства), что и требуется. Совокупность верхних точек этих участков (Рвых=Р атм) образуют кривую АВ - кривую зависимости давления на входе в устройство от расхода, то есть разрывную ветвь характеристики устройства, не зависящую от противодавления. Ее можно получить и повышением давления на входе в устройство после наступления разрыва. Совокупность нижних точек вертикальных участков образует кривую A’D, ограничивающую область неустойчивых режимов сверху. Переходный участок соответствует области неустойчивого кипения жидкости со значительными колебаниями измеряемых давлений, и точное отображение его достаточно сложно.The resulting device characteristic is presented in figure 1. The OS curve represents an unbroken branch of the device characteristic. It does not depend on the method of its receipt. Lower case letters a, b, c, ... denote characteristics recorded with at varying but constant inlet pressure equal to Rin and P, P in Rin, P ... respectively Rin with changing pressure in the range ≤ P atm P O ≤ P in . Moreover, Δ P≥ 0. These characteristics consist of three sections: vertical (above the curve A'D), transition (between the curves AC and A'D) and continuous, coinciding with the curve of the continuous characteristics of the OS device. The vertical section indicates the independence of the flow from backpressure (pressure at the outlet of the device), which is required. The combination of the upper points of these sections (Pout = P atm) form a curve AB — a curve of the pressure at the inlet of the device versus flow, that is, a discontinuous branch of the device’s characteristics independent of backpressure. It can also be obtained by increasing the pressure at the inlet of the device after the onset of the gap. The set of lower points of the vertical sections forms the curve A'D, bounding the region of unstable modes from above. The transition section corresponds to the region of unstable boiling of the liquid with significant fluctuations in the measured pressures, and its accurate display is quite difficult.
Приведенная на фиг.1 характеристика удобна для ее снятия (экспериментального получения), но не позволяет ответить на главный вопрос о необходимом давлении на входе в устройство для обеспечения режима запирания при заданном противодавлении.Shown in figure 1, the characteristic is convenient for its removal (experimental receipt), but does not allow to answer the main question about the necessary pressure at the inlet to the device to provide a locking mode at a given backpressure.
Кривая Рвх изб(Q) в области устойчивого разрыва не зависит от противодавления. Поскольку на безрарывной ветви характеристики Δ Р=Рвх-Рвых как функция расхода также не зависит от конкретного значения составляющих, целиком определяясь их разностью, то можно и ее преобразовать в Рвх изб=Δ Р+Рвых изб и привести фиг.1 в другие координаты (см. фиг.2). Поскольку область неустойчивого вскипания определяется в основном прочностью жидкости и местной ее скоростью, можно предположить наличие слабой зависимости перепада Δ (σ ) от противодавления. При этом область режимов с устойчивым вскипанием данной жидкости у данного устройства отображается участком кривой А’’В, а условием устойчивой работы устройства в зоне разрыва будетThe curve P in h (Q) in the area of a stable gap does not depend on backpressure. Since the characteristics Δ P = P in- P out as a function of the flow rate on the discontinuous branch also do not depend on the specific value of the components, entirely determined by their difference, it can also be converted to P in bh = Δ P + P out huts and bring Fig. 1 to other coordinates (see figure 2). Since the region of unstable boiling is determined mainly by the strength of the liquid and its local velocity, it can be assumed that there is a weak dependence of the differential Δ (σ) on the back pressure. In this case, the region of regimes with stable boiling of a given liquid for this device is displayed by a portion of the curve A``B, and the condition for stable operation of the device in the gap
Рвх≥ PBЫXmax+Δ Р(Q)+Δ (Q),P BYXmax Rin ≥ P + Δ F (Q) + Δ (Q) ,
где Рвыхmах - максимально разрешенная величина противодавления;where P output - the maximum allowed value of backpressure;
Q - производительность.Q - performance.
Давление на входе в дроссель равно давлению в предшествующем аппарате за вычетом потерь давления на пути к дросселю. Неравенство может применяться двояко: либо для определения минимально необходимого давления на входе при заданном максимальном противодавлении, либо - для определения максимально допустимого давления на выходе при заданном давлении на входе.The pressure at the inlet to the throttle is equal to the pressure in the previous unit minus the pressure loss on the way to the throttle. Inequality can be applied in two ways: either to determine the minimum required inlet pressure at a given maximum back pressure, or - to determine the maximum permissible outlet pressure at a given inlet pressure.
3.2. Качество сепарации3.2. Separation quality
Качество сепарации характеризуется достигнутым давлением насыщенных паров отсепарированной нефти, количеством остаточного избыточно растворенного и свободного газа в ней, а также содержанием капельной жидкости в отсепарированном газе.The quality of separation is characterized by the achieved pressure of saturated vapors of the separated oil, the amount of residual excessively dissolved and free gas in it, as well as the content of droplet liquid in the separated gas.
Для дегазации прежде всего необходимо место, куда будет выделяться газ, то есть зародыши газовых пузырьков. У каждого зародыша имеется критический размер. Считается, что судьба зародышей меньше критического - исчезнуть, с размерами больше критического - расти вплоть до достижения равновесия с окружающей средой или удаления из жидкости в результате всплытия. Наиболее приемлема гипотеза о постоянном образовании и исчезновении зародышей при давлении выше давления насыщения в результате флуктуации. Пока размер пузырька не превышает объема, занимаемого жидкостью с количеством первоначально растворенного в нем газа, не меньшего количества газа в пузырьке, пузырек может расти самопроизвольно со скоростью, ограниченной лишь инерцией раздвигаемой жидкости. Дальнейший рост пузырька идет за счет диффузии газа из окружающей пузырек жидкости. При этом по закону массопередачи суммарный поток газа в пузырьки пропорционален площади массопередачи и движущей силе. Коэффициент пропорциональности - так называемый коэффициент массопередачи - зависит от гидродинамической обстановки. При турбулентном режиме он может превосходить в два раза коэффициент при ламинарном режиме, а межфазная турбулентность может повысить его в 10 раз. Площадь массопередачи данного количества газа с окружающей пузырьки жидкостью очень сильно зависит от степени диспергированности газа, то есть от количества и размера пузырьков, и может достигать десятков тысяч м2/м3, то есть в зависимости от условий может изменяться в сотни раз. Движущей силой процесса газовыделения является степень пересыщения жидкости газом. Теоретически равновесие достижимо лишь в бесконечно большой промежуток времени, поскольку с дегазацией постоянно снижается ее движущая сила. Движущая сила в зависимости от условий тоже может изменяться в десятки раз.For degassing, first of all, you need a place where gas will be released, that is, nuclei of gas bubbles. Each embryo has a critical size. It is believed that the fate of the embryos is less than critical — disappear, with sizes larger than critical — grow until equilibrium is reached with the environment or removed from the liquid as a result of the ascent. The most acceptable hypothesis is the constant formation and disappearance of nuclei at a pressure above the saturation pressure as a result of fluctuations. As long as the size of the bubble does not exceed the volume occupied by the liquid with the amount of gas originally dissolved in it, not less than the amount of gas in the bubble, the bubble can grow spontaneously at a rate limited only by the inertia of the fluid being expanded. Further bubble growth is due to the diffusion of gas from the surrounding fluid bubble. Moreover, according to the law of mass transfer, the total gas flow into the bubbles is proportional to the mass transfer area and the driving force. The proportionality coefficient - the so-called mass transfer coefficient - depends on the hydrodynamic situation. In the turbulent regime, it can twice exceed the coefficient in the laminar regime, and interfacial turbulence can increase it by 10 times. The mass transfer area of a given amount of gas from the liquid surrounding the bubbles depends very much on the degree of dispersion of the gas, that is, on the number and size of the bubbles, and can reach tens of thousands of m 2 / m 3 , that is, it can vary hundreds of times depending on the conditions. The driving force of the gas evolution process is the degree of supersaturation of the liquid with gas. Theoretically, equilibrium is achievable only in an infinitely long period of time, since its driving force is constantly reduced with degassing. The driving force, depending on the conditions, can also change tens of times.
Давление насыщенных паров отсепарированной нефти зависит от ее фракционного состава, наиболее сильно - от количества в ней наиболее легких газов (до пропана включительно). В процессе дегазации в пределе каждый компонент распределяется между жидкой и газовой фазой в определенной пропорции, определяемой уравнением равновесия. При этом чем больше данного компонента было растворено в нефти, тем больше его и останется в дегазированной нефти при тех же условиях. Пропорциональность у разных компонентов разная, и при достижении равновесия обычно метана, этана, неуглеводородных газов в нефти остается мало. А вот при содержании пропана более 2 мас.%, как уже указывалось, возникает проблема с обеспечением необходимого давления насыщенных паров даже при равновесной дегазации.The saturated vapor pressure of the separated oil depends on its fractional composition, most strongly on the amount of the lightest gases in it (up to propane inclusive). In the process of degassing in the limit, each component is distributed between the liquid and gas phase in a certain proportion, determined by the equilibrium equation. Moreover, the more this component was dissolved in oil, the more it will remain in degassed oil under the same conditions. The proportionality of the different components is different, and when equilibrium is usually reached, methane, ethane, and non-hydrocarbon gases in oil remain small. But with a propane content of more than 2 wt.%, As already mentioned, there is a problem with providing the necessary pressure of saturated vapors even at equilibrium degassing.
Выход из складывающейся “неразрешимой” ситуации следующий.The way out of the emerging “insoluble” situation is as follows.
Изложенное выше свидетельствует о потенциальной возможности увеличить интенсивность массообмена в тысячи и даже десятки тысяч раз, но для этого, прежде всего, необходимо достаточно большое пересыщение жидкости, то есть местное существенное снижение давления. При этом если интенсивность массообмена будет такова, что удастся приблизиться за время пребывания при пониженном давлении к равновесию, то с восстановлением давления произойдет смена направления массообмена - вместо газовыделения будет происходить газорастворение - гораздо более медленный процесс. Опять-таки полное равновесие возможно лишь через бесконечно большое время, но при этом жидкость остается недонасыщенной газом, что и требуется.The foregoing indicates a potential possibility to increase the mass transfer intensity by a thousand and even tens of thousands of times, but for this, first of all, a sufficiently large supersaturation of the liquid, that is, a local significant decrease in pressure, is necessary. Moreover, if the intensity of mass transfer is such that it is possible to approach equilibrium during the time spent at reduced pressure, then with the restoration of pressure, the direction of mass transfer will change - instead of gas evolution, gas dissolution will occur - a much slower process. Again, complete equilibrium is possible only after an infinitely long time, but the liquid remains an unsaturated gas, which is what is required.
Местное существенное снижение давления можно осуществить в рассмотренном выше устройстве типа трубы Вентури. На режиме, рассмотренном в 3.1, автоматически реализуется наибольшая из возможных в данных условиях степень пересыщения жидкости, увеличить которую можно только изменив эти условия. Так, нефть с давлением насыщения 0,2 мпа разрывается при измеренном вакуумметрическом давлении 0,05 мпа, то есть пересыщение составляет 0,25 МПа. В принципе, минимальное давление измерить невозможно, т.к. неизбежно воздействие на чувствительный элемент прибора через жидкость в условиях невозможности длительного ее существования. Расчетное определение предельного давления показывает, что абсолютное давление в месте разрыва воды меньше 0. На нефти из-за большого газосодержания и большой вязкости расчетное определение минимального давления сопряжено с большими трудностями. Многочисленные экспериментальные исследования на разных КСУ показывают, что при обычно наблюдающемся газосодержании нефти (менее 10 м3/м3) минимальное давление всегда меньше атмосферного. Это дает основание называть предлагаемое устройство типа трубы Вентури устройством предварительной вакуум-обработки потока, или сокращенно - УПВ.A significant local pressure reduction can be carried out in the above-described venturi-type device. In the mode considered in 3.1, the greatest degree of supersaturation of the liquid possible under the given conditions is automatically realized, which can be increased only by changing these conditions. So, oil with a saturation pressure of 0.2 MPa bursts at a measured vacuum pressure of 0.05 MPa, i.e. a supersaturation of 0.25 MPa. In principle, the minimum pressure cannot be measured since inevitably, the effect on the sensitive element of the device through the liquid under conditions of impossibility of its long existence. The calculation of the limiting pressure shows that the absolute pressure at the point of water rupture is less than 0. On oil, due to the high gas content and high viscosity, the calculation of the minimum pressure is fraught with great difficulties. Numerous experimental studies at different KSUs show that with the usually observed gas content of oil (less than 10 m 3 / m 3 ), the minimum pressure is always less than atmospheric. This gives reason to call the proposed device such as a Venturi pipe device for preliminary vacuum processing of the flow, or in short - UPV.
Экспериментальные исследования на полупромышленном стенде 1990-1991 гг. и результаты приемосдаточных испытаний технологии углубленной дегазации нефти с применением УПВ на горячей КСУ ЦППН №1 НГДУ “Уфанефть” в 1995 г. дали одинаковый результат: предварительная вакуум-обработка позволяет перейти через границу термодинамического равновесия при условиях сепарации. При этом количество отбираемого газа примерно удваивается, а газ, в основном - за счет более глубокого извлечения пропана, имеет плотность, на 10% превышающую плотность газа при обычной сепарации. Трехдневные экспериментальные исследования с автоматизированной системой контроля давления насыщенных паров отсепарированной нефти конструкции Уфимского нефтяного института на полупромышленном стенде показали, что это давление колеблется в пределах 220-440 мм. рт.ст. Следовательно, обеспечивается более глубокая сепарация, нежели требуется по существующим нормам. Если пробы отсепарированной нефти, герметично отобранные в винтовой пробоотборник с манометром, при обычной сепарации при сдаче нефти на хроматографический анализ оказывались под избыточным давлением, то после предварительной вакуум-обработки - под вакуумметрическим.Experimental studies at the semi-industrial stand 1990-1991 and the results of acceptance tests of advanced oil degassing technology using UPV on hot KSU TsPPN No. 1 NGDU “Ufaneft” in 1995 gave the same result: preliminary vacuum treatment allows you to cross the border of thermodynamic equilibrium under separation conditions. At the same time, the amount of gas taken off is approximately doubled, and the gas, mainly due to the deeper extraction of propane, has a
Исследования с помощью прибора УОДС конструкции ВНИИСПТнефть в процессе сдачи технологии приемочной комиссии показали, что по количеству отбираемого газа обычная и испытываемая технологии будут одинаковыми, если сепарацию с предварительной вакуум-обработкой проводить под давлением на 0,04-0,06 МПа большим. Получены косвенные данные, свидетельствующие об удалении сероводорода из нефти.Studies with the UODS device of the VNIISPTneft design in the process of passing the acceptance committee technology showed that the usual and tested technologies will be the same in the amount of gas taken if separation with preliminary vacuum processing is carried out under a pressure of 0.04-0.06 MPa large. Obtained indirect evidence of the removal of hydrogen sulfide from oil.
При этом давление на входе в УПВ менялось в пределах 0,21-0,25 МПА вместо 0,7 у прототипа. Так что надобности в высоком давлении на входе нет, и необходимо другое ограничение допустимого режима, рассмотренное в п.3.1. Ввиду значительной недогрузки подготовка нефти на упомянутом ЦППН №1 велась периодически, с остановками для накопления нефти в сырьевых резервуарах. При этом благодаря верхнему вводу нефти в сепаратор УПВ автоматически самозапускалось в работу и выходило на необходимый режим. Однако поздней осенью 1995 г. произошел сбой работы системы обезвоживания, вызвавший необходимость рециркуляции горячей нефти через сырьевой резервуар. С попаданием дегазированной нефти на КСУ давление в стояке поднялось и УПВ вышло из режима. Пришлось УПВ остановить. Это опять-таки требует разработки специальных мер для обеспечения работоспособности установки и в этих условиях.In this case, the pressure at the inlet of the UPV varied within the range of 0.21-0.25 MPA instead of 0.7 for the prototype. So there is no need for high pressure at the inlet, and another restriction of the permissible mode, considered in clause 3.1, is necessary. Due to the significant underloading, the oil was prepared at the aforementioned CPPP No. 1 periodically, with stops for the accumulation of oil in the raw material tanks. At the same time, thanks to the top oil input into the UPV separator, it automatically started up and entered the required mode. However, in the late autumn of 1995, the dehydration system failed, which necessitated the recirculation of hot oil through the feed tank. With the release of degassed oil to the KSU, the pressure in the riser increased and the OLA exited the regime. I had to stop the OLA. This again requires the development of special measures to ensure the operability of the installation in these conditions.
3.3. Режимы работы УПВ и меры по их обеспечению3.3. UPV operating modes and measures to ensure them
Для расчета режима работы УПВ необходимо, прежде всего, умение определять:To calculate the operating mode of the UPV it is necessary, first of all, the ability to determine:
а) безразрывную ветвь характеристики на вязкой газонасыщенной жидкости;a) an unbroken branch of the characteristic on a viscous gas-saturated liquid;
б) величину переходной зоны (зоны неустойчивого вскипания);b) the size of the transition zone (zone of unstable boiling);
в) разрывную ветвь характеристики.c) the discontinuous branch of the characteristic.
К настоящему времени разработаны методы теоретического (с применением теории пограничного слоя) и экспериментального (с применением правил моделирования) определения характеристик любых устройств на любой жидкости при условии безразрывности потока.To date, methods have been developed for theoretical (using the theory of the boundary layer) and experimental (using the rules of modeling) determination of the characteristics of any devices on any liquid under the condition of flow continuity.
Начальная часть переходной зоны исследована также достаточно хорошо в связи с задачей определения условий бескавитационной работы гидравлических устройств. В частности, показано, что в этой задаче на газонасыщенных нефтях большое значение играет, в частности, темп изменения давления и время пребывания жидкости при пониженном давлении. Поскольку понижение давления происходит за счет перехода потенциальной энергии в кинетическую, то критическая скорость если и зависит от размеров устройства, то слабо, а темп изменения давления и время пребывания оказывается пропорциональным им.The initial part of the transition zone is also studied quite well in connection with the task of determining the conditions of cavitation-free operation of hydraulic devices. In particular, it has been shown that in this problem on gas-saturated oils, of particular importance is, in particular, the rate of change of pressure and the residence time of the liquid under reduced pressure. Since the decrease in pressure occurs due to the transition of potential energy into kinetic, the critical speed, if it depends on the size of the device, is weak, and the rate of change of pressure and residence time are proportional to them.
В действительности выход на критический режим обусловлен не только разгоном жидкости при сужении канала. Само появление газовой фазы ведет к сужению проходного сечения канала, местному увеличению скорости и снижению давления. Поскольку интенсивность зародышеобразования очень сильно (в показателе степени) зависит от степени пересыщения, то процесс формирования фронта запирания носит характер цепной реакции: появление газовой фазы резко усиливает интенсивность зародышеобразования, а оно, в свою очередь, ведет к повышению интенсивности газовыделения. Любому экспериментатору известны случаи самопроизвольного выхода на режим кавитации с резким изменением всех параметров безо всякого вмешательства извне при достаточном приближении к критическому режиму. Этот процесс происходит во времени и в пространстве, но не зависит от размеров устройства, и, следовательно, может быть смоделирован без сложной критериальной обработки.In fact, reaching the critical mode is caused not only by acceleration of the liquid during narrowing of the channel. The very appearance of the gas phase leads to a narrowing of the passage section of the channel, a local increase in speed and a decrease in pressure. Since the intensity of nucleation very much (in terms of degree) depends on the degree of supersaturation, the process of forming a blocking front is in the nature of a chain reaction: the appearance of the gas phase sharply enhances the intensity of nucleation, and this, in turn, leads to an increase in the rate of gas evolution. Any experimenter knows cases of spontaneous access to the cavitation mode with a sharp change in all parameters without any outside interference with sufficient approximation to the critical mode. This process occurs in time and space, but does not depend on the size of the device, and, therefore, can be modeled without complex criteria processing.
Мгновенная производительность КСУ редко бывает стабильной. Ее колебания создаются колебаниями мгновенной производительности выше расположенных звеньев, не компенсируемыми объемом предшествующих аппаратов. Даже при постоянной производительности на входе в предшествующие аппараты они провоцируются неравномерным сбросом отстоявшейся воды в этих аппаратах. Повышение производительности ведет к резкому росту давления на входе в УПВ (ограничено давлением в предшествующих аппаратах), снижение - к риску срыва эффекта лифтирования нефти в стояке с дальнейшим выходом УПВ из рабочего режима. Поскольку нужный запас давления на входе имеется сравнительно редко, встает вопрос о необходимости автоматического регулирования УПВ из условия поддержания необходимого давления на входе. Но у этого направления имеется три недостатка:The instantaneous performance of the KSU is rarely stable. Its fluctuations are created by fluctuations in instantaneous productivity above the located links, not compensated by the volume of previous devices. Even with constant performance at the entrance to the previous units, they are provoked by the uneven discharge of settled water in these units. An increase in productivity leads to a sharp increase in pressure at the inlet to the UPV (limited by pressure in previous apparatuses), a decrease to the risk of disruption of the oil lifting effect in the riser with a further exit of the UPV from the operating mode. Since the necessary supply of pressure at the inlet is relatively rare, the question arises of the need for automatic control of the control unit from the condition of maintaining the necessary pressure at the inlet. But this direction has three drawbacks:
1) введение регулировочной иглы сопряжено с возрастанием гидравлического сопротивления устройства, то есть с сокращением рабочей зоны за счет увеличения Δ Р(Q) (см. фиг.2);1) the introduction of the adjusting needle is associated with an increase in the hydraulic resistance of the device, that is, with a reduction in the working area due to an increase in Δ P (Q) (see figure 2);
2) регулируемый привод поступательного перемещения иглы по стоимости превосходит стоимость УПВ;2) the adjustable drive of the translational movement of the needle at a cost exceeds the cost of UPV;
3) зона эффективного регулирования ограничена, т.к. начиная с определенного предела, начинается отрывное движение жидкости, ведущее к возрастанию зоны неустойчивого вскипания.3) the zone of effective regulation is limited, because starting from a certain limit, the separated motion of the liquid begins, leading to an increase in the zone of unstable boiling.
В большинстве случаев предварительная вакуум-обработка обеспечивает более глубокую дегазацию, чем необходимо (исключение - случаи очистки нефти от сероводорода). Тогда предлагается подвергать вакуум-обработке не весь поток нефти, направляемый на КСУ, а только его часть, как правило, равную минимальной мгновенной производительности КСУ. Остальную же часть направлять в стояк по байпасу через регулятор давления “до себя”. В этом случае обеспечивается стабильность давления на входе, гарантирующая наибольшую эффективность УПВ, а создаваемое им множество пузырьков служит средством интенсификации газовыделения из байпасируемого потока при турбулентном подъеме нефти к сепаратору (см. п.2 формулы изобретения).In most cases, preliminary vacuum treatment provides deeper degassing than necessary (with the exception of cases of oil purification from hydrogen sulfide). Then it is proposed to vacuum-process not the entire oil flow directed to KSU, but only its part, as a rule, equal to the minimum instantaneous KSU productivity. The rest should be directed to the riser bypass through the pressure regulator “to yourself”. In this case, stability of the inlet pressure is guaranteed, which guarantees the maximum efficiency of the UPV, and the many bubbles created by it serve as a means of intensifying gas evolution from the bypassed stream during turbulent rise of oil to the separator (see
В условиях ограниченности давления на входе в КСУ средством для вывода УПВ на рабочий режим может служить искусственное снижение противодавления путем усиления эффекта лифтирования за счет подачи газа в основание стояка. Широко известное средство углубления сепарации, получившее название “отдувки” газов, здесь применяется по новому назначению. Для снижения расхода газа подводящий газопровод оборудуется регулятором давления “после себя”. При этом подача газа автоматически включается при повышении противодавления выше наперед заданного значения и выключается при снижении давления ниже его (см. п.3 формулы изобретения).In conditions of limited pressure at the inlet to the KSU, a means to bring the OLA to the operating mode can serve as an artificial decrease in backpressure by enhancing the lifting effect by supplying gas to the base of the riser. The well-known means of deepening the separation, called “blowing” of gases, is used here for a new purpose. To reduce gas flow, the inlet gas pipeline is equipped with a pressure regulator “after itself”. In this case, the gas supply automatically turns on when the backpressure rises above the predetermined value and turns off when the pressure drops below it (see
Средством для вывода УПВ на рабочий режим в случаях, когда стояк занят газонасыщенной нефтью в метастабильном состоянии может служить импульсная обработка содержимого стояка ультразвуком, например, путем присоединения устройства, применяемого для предотвращения накипеобразования в котлах (см., например, Хорбенко И.Г. Звук, ультразвук, инфразвук. - М.: Знание, 1986. - 192 с., с.90) (см. п.4 формулы изобретения).Pulse processing of the riser contents by ultrasound, for example, by attaching a device used to prevent scale formation in boilers (see, for example, I. Khorbenko, Zvuk, can serve as a means for putting UPV to operating mode in cases when the riser is occupied by gas-saturated oil in a metastable state) , ultrasound, infrasound. - M.: Knowledge, 1986. - 192 p., p.90) (see paragraph 4 of the claims).
Заметим, что при недогрузке сепаратора такому же воздействию может подвергаться и днище аппарата.Note that when the separator is underloaded, the bottom of the apparatus may also be exposed to the same effect.
3.4. Устройство предварительной вакуум-обработки3.4. Vacuum Pretreatment Device
Неудачно название прототипа - в устройстве интенсифицируется газовыделение, а не газоотделение. Основной недостаток прототипа - излишне большое сопротивление: Δ Р≥ 5,67 Рвых, в то время, как на воде трубы Вентури способны выходить на режим кавитации уже при напоре на входе в 2-4 м, что соответствует Δ Р=(0,2-0,4)Рвых (см. Баштата Т.М., Руднев С.С. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. - М.: Машиностроение, 1982. - 423 с.; с.116). Такой режим был необходим для создания пульсирующей каверны в условиях кавитации. В нашем случае кавитация исключается: в абсолютном большинстве случаев давления на выходе из УПВ меньше давления насыщения нефти газом, а если будет и больше, то выделившаяся в больших количествах газовая фаза быстро исчезнуть не может. Не будет и явлений, связанных с захлопыванием пузырьков, то есть кавитации.The name of the prototype is unsuccessful - gas release is intensified in the device, not gas separation. The main disadvantage of the prototype is its unnecessarily high resistance: Δ Р≥ 5.67 Р out , while Venturi pipes on water are able to enter the cavitation mode even when the pressure at the inlet is 2-4 m, which corresponds to Δ Р = (0, 2-0.4) P out (see Bashtata T.M., Rudnev S.S. et al. Hydraulics, hydraulic machines and hydraulic drives. - M.: Mashinostroenie, 1982.- 423 p .; p.116). This mode was necessary to create a pulsating cavity in cavitation conditions. In our case, cavitation is excluded: in the overwhelming majority of cases, the pressure at the outlet from the oil recovery unit is less than the pressure of oil saturation with gas, and if there is more, the gas phase released in large quantities cannot quickly disappear. There will be no phenomena associated with the collapse of the bubbles, that is, cavitation.
Главной причиной повышенных потерь у прототипа является завышенный угол раскрытия диффузора (α >15° ), вызывающий по крайней мере трехкратное повышение потерь по сравнению с оптимальным углом 6-8° . Автор на протяжении 10 лет объездил большинство месторождений Башкирии с моделями УПВ разной конфигурации, исследовал различные модели и в лабораторных условиях. При этом обнаружилось большое влияние конфигурации проточной части и качества изготовления УПВ на характеристики, но не удалось выявить влияния ни конфигурации, ни режима эксплуатации при работе в закритической области (за зоной неустойчивого вскипания) на качество дегазации нефти.The main reason for the increased losses of the prototype is the oversized opening angle of the diffuser (α> 15 °), causing at least a three-fold increase in losses compared to the optimal angle of 6-8 °. For 10 years, the author traveled most of the fields of Bashkiria with UPV models of various configurations, investigated various models in laboratory conditions. At the same time, a great influence of the configuration of the flowing part and the quality of the UPV production on the characteristics was found, but it was not possible to identify the effects of either the configuration or the operating mode when working in the supercritical region (behind the unstable boiling zone) on the quality of oil degassing.
Так что из условий максимального снижения потерь в диффузоре предлагается начальный угол раскрытия выполнить в пределах 6-10° с последующим либо плавными, либо ступенчатым его изменением до 15-30° .So, from the conditions for the maximum reduction in losses in the diffuser, it is proposed that the initial opening angle be performed within 6–10 °, followed by either smooth or stepwise change to 15–30 °.
Исключение составляет натурный эксперимент в процессе сдачи технологии с регулируемым УПВ. В этом эксперименте попытка ввода регулировочной иглы в горловину УПВ (до появления ярко выраженного регулировочного эффекта) сопровождалось некоторым снижением давления на выходе УПВ, что свидетельствовало об усилении эффекта лифтирования, то есть повышении газовыделения. При дальнейшем вводе регулировочной иглы это эффект быстро пропадал. По-видимому, эффект имеет ту же природу, что и введение парогенерирующих решеток - повышение равномерности поля скоростей. Подробнее на эти вопросы ответят исследования создаваемой математической модели. Здесь же отметим полезность введения регулировочной пики не только как средства изменения характеристик УПВ, но и как средства повышения равномерности поля скоростей на входе в диффузор.An exception is a full-scale experiment in the process of putting technology with adjustable OLA. In this experiment, an attempt to insert an adjustment needle into the mouth of the UPV (before a pronounced adjustment effect appeared) was accompanied by a certain decrease in pressure at the outlet of the UPV, which indicated an increase in the lifting effect, i.e., an increase in gas evolution. With the further introduction of the adjusting needle, this effect quickly disappeared. Apparently, the effect is of the same nature as the introduction of steam generating gratings — an increase in the uniformity of the velocity field. Studies of the created mathematical model will answer these questions in more detail. Here, we note the usefulness of introducing adjusting peaks not only as a means of changing the characteristics of the UPV, but also as a means of increasing the uniformity of the velocity field at the entrance to the diffuser.
Для регулировки сопел обычно используются регулировочные пики с постоянной конусностью. Но при введении такой пики в цилиндрический канал (в горловину) образуется кольцевой диффузор с эффективным углом раскрытия, зависящим от взаимного расположения поверхностей, то есть от хода регулировочной иглы. Под эффективным углом расширения будем понимать угол расширения осесимметричного линейного диффузора, имеющего темп изменения площади поперечного сечения, одинаковый с кольцевым. Исследование показало, что при рекомендуемых углах конусности пики в 15-20° уже вскоре после введения пики в горловину эффективный угол не может гарантировать безотрывное течение. Уменьшение же этого угла резко увеличивает размеры пики, ее массу и ход, что крайне нежелательно ввиду размещения пики на консоли и угрозы возникновения вибрации пики при малейшей несоосности.Constant taper spikes are usually used to adjust nozzles. But when such peaks are introduced into the cylindrical channel (in the neck), an annular diffuser is formed with an effective opening angle depending on the relative position of the surfaces, i.e., on the course of the adjustment needle. By the effective expansion angle, we mean the expansion angle of an axisymmetric linear diffuser having a rate of change in cross-sectional area equal to the annular one. The study showed that at the recommended taper angles, peaks of 15–20 ° already soon after introducing peaks into the neck, the effective angle cannot guarantee a continuous flow. Reducing this angle sharply increases the size of the peaks, its mass and stroke, which is extremely undesirable due to the placement of peaks on the console and the threat of vibration peaks at the slightest misalignment.
Современный уровень теории и техники вычислений позволяют построить профиль иглы, соответствующий требованию постоянства градиента давления и обеспечивающий большую устойчивость к отрыву потока. Здесь же, в надежде на достаточность, ограничимся указанием, что игла должна выполняться с переменной конусностью, изменяющейся в диапазоне от 15-30° у вершины пики до 0-10° у основания конической части.The modern level of theory and technology of calculations allows you to build a needle profile that meets the requirement of a constant pressure gradient and provides greater resistance to flow separation. Here, in the hope of sufficiency, we restrict ourselves to indicating that the needle should be made with a variable taper, varying from 15-30 ° at the top of the peak to 0-10 ° at the base of the conical part.
Конструкция устройства предварительной вакуум-обработки потока в целом приведена на фиг.3. Оно состоит из сопла 1, предкамеры 2, регулировочной пики 3 и узла перемещения последней 4.The design of the device for preliminary vacuum processing of the stream as a whole is shown in Fig.3. It consists of a
Сопло содержит конфузор, горловину и диффузор. Конфузор, в зависимости от располагаемого давления, может выполняться по-разному: при его избытке - в виде усеченного конуса с углом при вершине 90° и плавным переходом на диаметр предкамеры, при недостатке - в виде дуги окружности, как показано на фиг.3. В первом случае сопряжение с горловиной может выполняться с радиусом закругления, исключающим образование вихревой зоны на входе, например R=0,2 Dr, как у прототипа. Горловина здесь становится средством ограничения угла раскрытия эффективного диффузора. Великий соблазн превратить в горловину слабосходящийся конус вряд ли оправдан, так как это сопряжено с риском потери достижимого пересыщения из-за снижения темпа изменения давления перед фронтом разрыва. Так как удлинение горловины сопряжено с повышением гидравлических потерь, примем ее длину, как и прототипа, ориентировочно равной 2 Dr. При этом конец регулировочной пики войдет в диффузор уже после того, как основная часть скоростного напора будет уже преобразована в давление.The nozzle contains a confuser, a neck and a diffuser. The confuser, depending on the available pressure, can be performed in different ways: with its excess - in the form of a truncated cone with an angle at the apex of 90 ° and a smooth transition to the diameter of the precamera, with a lack - in the form of an arc of a circle, as shown in Fig. 3. In the first case, the interface with the neck can be performed with a radius of curvature, eliminating the formation of a vortex zone at the inlet, for example, R = 0.2 Dr, as in the prototype. The neck here becomes a means of limiting the opening angle of the effective diffuser. The great temptation to turn a slightly ascending cone into a throat is hardly justified, since this carries the risk of losing an achievable supersaturation due to a decrease in the rate of pressure change in front of the fracture front. Since the neck extension is associated with an increase in hydraulic losses, we take its length, as well as the prototype, approximately equal to 2 Dr. In this case, the end of the control peaks will enter the diffuser after the main part of the pressure head has already been converted to pressure.
Самая тяжелая нагрузка приходится на конфузор, горловину и регулировочную пику. Именно здесь формируется высокоскоростной поток и происходит разрыв жидкости. В 1996 г. был сдан в эксплуатацию дегазатор воды сеноманского горизонта, имеющей исходное газосодержание 3-4 м3/м3 (почти такое же, как и нефть на КСУ). Сопло было изготовлено из конструкционной углеродистой стали. Степень дегазации оценивали по коэффициенту подачи поршневых насосов откачки, который определялся с точностью до третьей значащей цифры. Через год круглосуточной работы эффективность предварительной вакуум-обработки снизилась. Разобрали УПВ. Оказалось, что вся область входа в горловину в месте наименьшего размера поперечного сечения при вводе регулировочной пики изъязвлена глубокими кавернами, т.е наблюдался типичный кавитационный износ (блестящее подтверждение предложенной ранее другими гипотезы о том, что причиной кавитационного разрушения материалов является разрыв сплошности жидкости, а не захлопывание пузырьков). На игле же, изготовленной из вязкой аустенитной нержавеющей стали, следов износа не было. С тех пор начали изготовление конфузора и горловины сменными (см. фиг.3) из вязкой нержавеющей аустенитной стали. Недавно обследовался объект после круглосуточной двухгодичной эксплуатации с таким УПВ. Эффективность его работы полностью сохраняется.The heaviest load is on the confuser, the neck and the adjustment peak. It is here that a high-speed flow is formed and fluid rupture occurs. In 1996, a water degasser was commissioned for the Cenomanian horizon, which had an initial gas content of 3-4 m 3 / m 3 (almost the same as oil on KSU). The nozzle was made of structural carbon steel. The degree of degassing was evaluated by the feed coefficient of the piston pumping pumps, which was determined with an accuracy of the third significant digit. After a year of round-the-clock operation, the effectiveness of preliminary vacuum treatment decreased. Dismantled the OLA. It turned out that the entire entrance area to the neck at the smallest cross-sectional area, when the adjustment peak was introduced, was ulcerated by deep cavities, i.e., typical cavitation wear was observed (a brilliant confirmation of the hypothesis previously proposed by others that the cause of cavitation destruction of materials is a break in the fluid continuity, and not popping bubbles). The needle, made of viscous austenitic stainless steel, showed no signs of wear. Since then, the manufacture of the confuser and the neck was interchangeable (see Fig. 3) from viscous austenitic stainless steel. Recently, the object was examined after a round-the-clock two-year operation with such an OLA. The effectiveness of his work is fully preserved.
Предкамеру УПВ лучше всего изготавливать из стандартного тройника с приваренным переходником на меньший диаметр со стороны подвода жидкости. Эта конструкция позволяет оптимизировать ввод жидкости в УПВ и избежать существенных потерь давления на входе (см. п.5 формулы изобретения).The UPV pre-chamber is best made from a standard tee with a welded adapter to a smaller diameter on the liquid supply side. This design allows you to optimize the fluid intake in the UPV and to avoid significant pressure losses at the inlet (see
3.5. Сепарационная установка3.5. Separation plant
В процессе вакуум-обработки создаются 2-4 млн. пузырьков в 1 см3 нефти. Если нефть не пенистая, то пузырьки быстро коагулируют и никаких проблем с сепарацией не возникает. Сепарация таких нефтей может производиться в обычных сепараторах (см. п.6 формулы изобретения).In the process of vacuum processing, 2-4 million bubbles in 1 cm 3 of oil are created. If the oil is not foamy, then the bubbles coagulate quickly and no separation problems arise. The separation of such oils can be carried out in conventional separators (see
Если же нефть имеет склонность к ценообразованию, то создается угроза переполнения сепаратора пеной с резким ухудшением качества сепарации, в частности с большим уносом капельной жидкости газом. На участке подъема нефти к сепаратору гравитационные силы - основа эффекта разрушения пены - не работают, а микропузырьки гасят турбулентность потока. Опыт внедрений показывает, что после предварительной вакуум-обработки подъем жидкости к сепаратору происходит совершенно спокойно, без всяких колебаний давления на входе в стояк. При этом реализуется эмульсионный режим, если количества газа недостаточно для обращения фаз, сразу переходящий в обращенный газожидкостный поток, если имеется избыток свободного газа. Однако так будет, если касательное напряжение превысит прочность пены на срез (см. Загоскина Н.В., Соковкин Г.М. Определение условий течения и разрушения флотационных пен. - ТОХТ, 2001, т.35 №1. - с.99-102). Если это условие нарушается, то необходимо пену разрушать.If oil has a tendency to pricing, then there is a danger of overflow of the separator with foam with a sharp deterioration in the quality of separation, in particular with a large entrainment of the dropping liquid by gas. At the site of oil recovery to the separator, gravitational forces - the basis of the foam destruction effect - do not work, and micro bubbles suppress the turbulence of the flow. Implementation experience shows that after preliminary vacuum treatment, the liquid rises to the separator quite calmly, without any pressure fluctuations at the inlet to the riser. In this case, an emulsion regime is realized if the amount of gas is insufficient for phase reversal, which immediately passes into a reversed gas-liquid flow, if there is an excess of free gas. However, this will happen if the shear stress exceeds the shear strength of the foam (see Zagoskina N.V., Sokovkin G.M. Determination of flow conditions and destruction of flotation foams. - TOKhT, 2001, t. 35 No. 1. - p.99- 102). If this condition is violated, it is necessary to destroy the foam.
Разрушать пену лучше всего в динамических условиях, до ее ввода в аппарат. При поверхностном разрушении пены в результате разрыва оболочек подбрасываются микрокапли нефти, составляющие главный источник загрязнения газа. Наиболее чистый газ (чище, чем после самых совершенных каплеуловителей) получается после прохождения правильно функционирующих устройств предварительного отбора газа или, как их сейчас часто называют, концевых делителей фаз (КДФ). При этом газ, проходя над свободной поверхностью жидкости в турбулентном режиме, самоочищается за счет улавливания аэрозоля поверхностями потока. Размеры устройства для обеспечения заданной степени очистки и потери напора могут быть существенно снижены искусственной турбулизацией потока (см., например, Юрченко В.И. Об оптимизации условий улавливания аэрозоля на поверхности труб и каналов при турбулизации газового потока диафрагмами. - ТОХТ, 1992. - №1 с.133-137). Можно предположить, что роль турбулизаторов в правильно функционирующем депульсаторе играют волны, образующиеся на поверхности нефти, но волны могут стать и источником каплеобразования, каплеуноса. В условиях переменности мгновенной производительности сепараторов КСУ по газу и по жидкости правильно рассчитать пеноразрушитель достаточно сложно. Гораздо проще сделать его настраиваемым.It is best to destroy the foam in dynamic conditions, before it is introduced into the apparatus. With the surface destruction of the foam as a result of rupture of the shells, microdroplets of oil are thrown up, which constitute the main source of gas pollution. The purest gas (cleaner than after the most advanced droplet eliminators) is obtained after passing through properly functioning gas pre-sampling devices or, as they are often called now, terminal phase dividers (CDFs). In this case, the gas passing over the free surface of the liquid in a turbulent mode, self-cleaning due to the capture of the aerosol by the surfaces of the stream. The dimensions of the device to ensure a given degree of purification and pressure loss can be significantly reduced by artificial turbulization of the flow (see, for example, V. Yurchenko. On optimizing the conditions for collecting aerosol on the surface of pipes and channels during turbulence of a gas stream by diaphragms. - TOKhT, 1992. - No. 1 p. 133-137). It can be assumed that the role of turbulizers in a properly functioning depulsator is played by waves formed on the surface of the oil, but waves can also become a source of droplet formation, droplet drop. In conditions of variability of the instantaneous performance of KSU separators for gas and liquid, it is quite difficult to correctly calculate the foam blower. It's much easier to make it customizable.
Необходимая гидродинамическая обстановка в КДФ определяется степенью начального разрушения пены и скоростью газа. Последняя зависит от степени заполнения КДФ. Поэтому наиболее целесообразно регулируемое воздействие на эти величины. Первое можно осуществить, если в конце участка подъема установить, допустим, уголковый пеноразрушитель с регулируемой по высоте щелью входа, второе - если установить в конце КДФ регулируемую заслонку. А чтобы решить проблему размещения КДФ на высоте до 25 м, разместить ее внутри сепаратора, над поверхностью жидкости. Дело в том, что брызгоунос определяется удельной нагрузкой - количеством газа, выделяющимся через единицу площади. Это заставляет увеличивать площадь зеркала в сепараторе, т.е. заполнять его примерно на половину. Каплеосаждение также определяется площадью поверхности осаждения. Следовательно, современные сепараторы, имея дефицит площади межфазной поверхности, в то же время имеют избыточный объем газового пространства. Предложение устранит оба эти недостатка. Кроме того, решается проблема теплопотерь в зимнее время.The necessary hydrodynamic situation in the CDF is determined by the degree of initial destruction of the foam and the gas velocity. The latter depends on the degree of filling of the CDF. Therefore, the most appropriate controlled effect on these values. The first can be done if, at the end of the lifting section, for example, an angular defoamer with a height-adjustable entrance slit is installed, the second - if an adjustable damper is installed at the end of the KDF. And in order to solve the problem of placing CDF at a height of up to 25 m, place it inside the separator, above the surface of the liquid. The fact is that the mudguard is determined by the specific load - the amount of gas released through a unit area. This forces an increase in the area of the mirror in the separator, i.e. fill it in about half. Dropping is also determined by the surface area of the deposition. Consequently, modern separators, having a deficit in the surface area, at the same time have an excess volume of gas space. The proposal will address both of these shortcomings. In addition, the problem of heat loss in the winter is solved.
3.6. Обоснование формулы изобретения3.6. Justification of the claims
Все пункты формулы изобретения образуют единство типа “одно для осуществления другого” и отвечают требованиям единства изобретательского замысла. Главным отличительным признаком первого пункта является то, что местная вакуум-обработка осуществляется перед входом в стояк. Она может осуществляться в любом устройстве - клапане, задвижке, дроссельной шайбе или в специальном устройстве. Это позволяет использовать эффект лифтирования для снижения противодавления, что, в свою очередь, обеспечивает возможность вакуум-обработки в специальном устройстве без дополнительного источника давления. Опыт показывает, что Δ Р(Q) и Δ (Q) в этом случае в сумме не превышают эффекта лифтирования, так что возможно поочередное внедрение вакуум-обработки на нескольких параллельных сепараторах без нарушения нормальной сепарации в остальных аппаратах.All claims form a unity of the type “one for the implementation of the other” and meet the requirements of the unity of the inventive concept. The main distinguishing feature of the first paragraph is that local vacuum processing is carried out before entering the riser. It can be carried out in any device - valve, gate valve, throttle washer or in a special device. This allows you to use the lifting effect to reduce back pressure, which, in turn, provides the possibility of vacuum treatment in a special device without an additional pressure source. Experience shows that Δ P (Q) and Δ (Q) in this case in total do not exceed the lifting effect, so that it is possible to introduce vacuum treatment on several parallel separators one by one without disturbing normal separation in other devices.
Во втором пункте главный отличительный признак - регулирование давления “до себя” гарантирует включение байпаса при наилучшей работе УПВ, и для байпасируемого потока газ, выделившийся в результате вакуум-обработки, послужит известным средством интенсификации газоотделения - средством “оттдувки”. Но, в отличие от классической отдувки легким газом, выделившийся газ более тяжелый, и, следовательно, “отдуваться” будут прежде всего легкие компоненты, что и требуется.In the second paragraph, the main distinguishing feature - pressure control “to oneself” guarantees the bypass is turned on at the best operation of the air-tightness, and for the bypassed gas, the gas released as a result of vacuum treatment will serve as a well-known means of intensification of gas separation - the “blow-off” means. But, unlike classical light gas blowing, the gas released is heavier, and, therefore, light components will be “blown away” first of all, as required.
В третьем пункте главный отличительный признак - подача газа через регулятор давления “до себя”, реализация которого снизит потери газа на отдувку и сократит вынос бензиновых фракций в газовую фазу (главный недостаток “отдувки”).In the third paragraph, the main distinguishing feature is the supply of gas through the pressure regulator “to oneself”, the implementation of which will reduce gas losses by blowing and reduce the removal of gasoline fractions into the gas phase (the main disadvantage of “blowing”).
Пункт четыре заменяет упомянутый выше удар гаечным ключом или кувалдой, не допустимый с точки зрения безопасности (разве что ключ или кувалда будут омеднены).Paragraph four replaces the aforementioned blow with a wrench or sledgehammer, which is not permissible from a security point of view (unless the wrench or sledgehammer is copper-plated).
В пятом пункте главными отличительными признаками являются параметры проточной части, позволяющие снизить величину Δ Р(Q), входящую в ограничительную формулу в два-три раза по сравнению с прототипом и обеспечить сменность наиболее изнашиваемой детали, открывающую путь для серийного производства индивидуальных изделий и делающей срок службы конструкции в целом практически неограниченным.In the fifth paragraph, the main distinguishing features are the parameters of the flow part, which allows to reduce the value of Δ P (Q), which is included in the restrictive formula by two to three times in comparison with the prototype and to ensure the replacement of the most worn parts, opening the way for serial production of individual products and making the deadline The design service as a whole is almost unlimited.
В пунктах от шестого до десятого одно изобретение расчленено на составные части, каждый из которых может применяться самостоятельно и обладает новизной (по нашим сведениям). Так, например, 6-ой пункт позволяет сгруппировать всю обвязку на одном конце емкости и удвоить путь дегазации жидкости. Поэтому он может применяться только для этих целей.In points from the sixth to the tenth, one invention is divided into components, each of which can be used independently and has novelty (to our knowledge). So, for example, the 6th item allows you to group the entire piping at one end of the tank and double the path of degassing the liquid. Therefore, it can only be used for these purposes.
4. Перечень фигур чертежей:4. The list of drawings:
Фиг.1. Гидравлическая характеристика УПВ.Figure 1. Hydraulic characteristic of UPV.
Фиг.2. Рабочая характеристика УПВ.Figure 2. Performance characteristics of UPV.
Фиг.3. Устройство предварительной вакуум-обработки (УПВ) (А).Figure 3. Preliminary vacuum treatment device (UPV) (A).
Фиг.4. Монтаж устройства (УПВ).Figure 4. Installation of the device (UPV).
1. Сопло1. Nozzle
2. Предкамера2. The pre-chamber
3. Регулировочная пика3. Adjustment peak
4. Привод4. Drive
Фиг.5. Сепарационная установка (общий вид)Figure 5. Separation unit (general view)
Фиг.6-10 детали сепарационной установки6-10 details of the separation unit
На фиг.5-10 указаны:Figure 5-10 indicated:
5. Узел предварительной подготовки к сепарации5. The unit of preliminary preparation for separation
6. Стояк6. Riser
7. Узел предварительного разделения фаз7. Node preliminary phase separation
8. Наклонный участок концевого делителя фаз8. Inclined section of the end phase divider
9. Сепарационная емкость9. Separation tank
10. Лоток10. Tray
11. Привод тарелки11. Drive plate
12. Тарелка12. Plate
13. Уголки13. Corners
14. Полудиафрагмы14. Half-apertures
15. Ребро15. Rib
16. Привод заслонки16. Damper actuator
17. Заслонка17. Damper
18. Ребро лотка18. Rib rib
СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS OF THE INVENTION
Сепарационная установкаSeparation plant
Общий вид сепарационной установки приведен на фиг.5. Она состоит из узла предварительной подготовки нефти к сепарации 5 (более подробно приведен на фиг.4), стояка 6, узла предварительного разделения газожидкостной смеси 7, переходниками соединенного с патрубком присоединена к КДФ 8, размещенному внутри сепаратора 9.A general view of the separation unit is shown in FIG. It consists of a unit for preliminary preparation of oil for separation 5 (for more details, see Fig. 4), a
Узел предварительного разделения газожидкостной смеси (Фиг.6-10) внешне представляет собой утолщение верха стояка с боковым отводом. Внутри него расположено два кольцевых ряда наклоненных уголков вокруг центрального конца стояка. Первый ряд разрезает радиальный поток на струйки, попадающие в желоба, образованные вторым рядом. Над выходом из стояка с слегка развальцованным торцом установлена подвижная тарелка с приводом, аналогичным приводу задвижки. Нижняя поверхность тарелки имеет коническую поверхность, создающую с развальцованным концом трубы коноидальный радиальный выход. При перемещении тарелки изменится скорость выходящей струи, интенсивность ее удара об уголки и, следовательно, степень разрушения пены. Оптимальное положение тарелки в процессе эксплуатации определяется простым подбором.The preliminary separation of the gas-liquid mixture (Fig.6-10) externally is a thickening of the top of the riser with a side outlet. Inside it are two circular rows of inclined corners around the central end of the riser. The first row cuts the radial flow into streams falling into the grooves formed by the second row. Above the exit from the riser with a slightly flared end, a movable plate is installed with a drive similar to the valve actuator. The bottom surface of the plate has a conical surface, which creates a conoidal radial outlet with a flared end of the pipe. When moving the plate will change the speed of the outgoing stream, the intensity of its impact on the corners and, therefore, the degree of destruction of the foam. The optimal position of the plate during operation is determined by a simple selection.
Наклонный участок КДФ рассчитывается с использованием РД39-0004-90 (Руководство по проектированию и эксплуатации сепарационных узлов нефтяных месторождений, выбору и компоновке сепарационного оборудования: Уфа: ВНИИСПТнефть, 1990, 68 с.) и рекомендаций статьи Юрченко В.И. Об оптимизации условий улавливания аэрозоля из поверхности труб и каналов при турбулизации газового потока диафрагмами. - ТОХТ, 1992, т.36, №1, с.133-137. Последнее - с введением гидравлического радиуса и нового критерия - степени стеснения потока диафрагмой, равного отношению площадей проходного сечения с диафрагмой и без нее.The inclined section of the KDF is calculated using RD39-0004-90 (Guidelines for the design and operation of separation units of oil fields, the selection and layout of separation equipment: Ufa: VNIISPTneft, 1990, 68 pp.) And the recommendations of the article by Yurchenko V.I. On optimizing the conditions for collecting aerosol from the surface of pipes and channels during turbulization of a gas stream by diaphragms. - TOKHT, 1992, t. 36, No. 1, pp. 133-137. The latter - with the introduction of the hydraulic radius and a new criterion - the degree of restriction of the flow by the diaphragm, equal to the ratio of the areas of the passage with the diaphragm and without it.
Из-за сокращения пути частицы до осаждения частично заполненное сечение лучше незаполненного, так что рекомендациями этой статьи можно пользоваться уверенно. При этом следует учитывать, что регулярный шаг диафрагм может способствовать волнообразованию на поверхности, поэтому лучше делать его нерегулярным в пределах рекомендуемых там значений.Due to the reduction of the particle path to deposition, a partially filled section is better than an unfilled section, so the recommendations of this article can be used with confidence. It should be borne in mind that the regular step of the diaphragms can contribute to wave formation on the surface, so it is better to make it irregular within the recommended values there.
Наконец, последний узел - узел регулирования степени заполнения КДФ. Расположение КДФ внутри сепаратора освобождает от забот о герметичности узла, но порождает новые - сопряжение выходящей струи со свободной поверхностью, в общем случае - с переменным расстоянием до нее. Регулирование может быть выполнено, например, обыкновенной плоской тяжелой заслонкой, способной скользить по плоскости среза, наклоненной к оси трубы. В этом случае наружная поверхность заслонки служит лотком для отекания струи и угол среза должен выбираться с учетом этого обстоятельства. Но снижение угла ниже определенного предела неразумно - слишком увеличиваются размер заслонки и силы трения. Поэтому неизбежна дополнительная система лотков (см. Фиг.5.3), представляющая собой симметричное относительно продольной оси сепаратора пересечение двух наклонных плоскостей с вырезом для размещения заслонки и продольно наклоненным ребром пересечения пластин.Finally, the last node is the node regulating the degree of filling of the CDF. The location of the KDF inside the separator relieves from worries about the tightness of the assembly, but it gives rise to new ones - coupling the outgoing jet with a free surface, in the general case, with a variable distance to it. Regulation can be performed, for example, with an ordinary flat heavy damper capable of sliding along a shear plane inclined to the axis of the pipe. In this case, the outer surface of the damper serves as a tray for the jet to swell, and the cut-off angle should be chosen taking into account this circumstance. But reducing the angle below a certain limit is unreasonable - the size of the flap and friction forces are too large. Therefore, an additional tray system is inevitable (see Figure 5.3), which is the intersection of two inclined planes symmetrical with respect to the longitudinal axis of the separator with a cutout to accommodate the shutter and a longitudinally inclined plate intersecting edge.
Работа установкиInstallation work
Если гарантирована нормальная работа системы поддержания уровня в сепарационной емкости, заполнять установку перед пуском не надо. В отличие от других случаев использования, устройство предварительной вакуум-обработки потока при сепарации нефти дает какой-то эффект на любом режиме, поэтому при нормальных условиях, когда растворенного газа в поступающей нефти достаточно, оно самозапускается в работу: чем больше расход, тем больше выделившегося газа, тем ниже противодавление и тем ближе к номинальному режиму. Если в дегазируемой жидкости воды достаточно мало, то на рабочем режиме звука разрываемой жидкости в УПВ нет. Поэтому о режиме судят по давлению на входе и выходе. Признаком выхода УПВ на режим является стремительное снижение давления в основании стояка при постоянном давлении на входе в УПВ. При первом пуске следует запомнить давление, на котором это снижение начинается и его конечный результат. Полезно замерить и давление сепарации при этом. Это позволит рассчитать эффект лифтирования. В предлагаемой сепарационной установке входы и выходы нефти и газа расположены рядом. Полезно все трубы снабдить манометрами, чтобы можно было контролировать нормальный ход процесса. Повышенный захват капельной жидкости на горячий КСУ сопровождается потеплением стенки отводящего газопровода, поэтому при появлении потепления необходимо скорректировать работу КДФ либо изменением положения входной дроссельной тарелки, либо изменением положения выходной заслонки. В процессе вывода установки на рабочий режим необходимо найти их оптимальное положение и выяснить характер его влияния на качество сепарации.If the normal operation of the system for maintaining the level in the separation tank is guaranteed, it is not necessary to fill the installation before start-up. Unlike other cases of use, the device for preliminary vacuum processing of the flow during oil separation gives some kind of effect in any mode, therefore, under normal conditions, when there is enough dissolved gas in the incoming oil, it starts up automatically: the greater the flow rate, the more emitted gas, the lower the back pressure and the closer to the nominal mode. If there is not enough water in a degassed liquid, then in the operating mode there is no sound of bursting liquid in the UPV. Therefore, the mode is judged by the pressure at the inlet and outlet. A sign of the output of the UPV to the mode is a rapid decrease in pressure in the base of the riser at a constant pressure at the inlet of the UPV. At the first start-up, the pressure at which this decrease begins and its final result should be remembered. It is useful to measure the separation pressure at the same time. This will allow you to calculate the effect of lifting. In the proposed separation unit, the inlets and outlets of oil and gas are located nearby. It is useful to equip all pipes with gauges so that the normal course of the process can be monitored. The increased trapping of dropping liquid onto a hot KSU is accompanied by a warming of the wall of the exhaust gas pipeline, therefore, when warming occurs, it is necessary to adjust the operation of the KDF either by changing the position of the inlet throttle plate or by changing the position of the outlet damper. In the process of bringing the installation to operating mode, it is necessary to find their optimal position and find out the nature of its influence on the quality of separation.
Предварительное прохождение КДФ и тонкослойное отстаивание при сливе из КДФ на поверхность приводит к тому, что нефть в сепараторе может содержать только газ, захваченный струей при сливе из КДФ на поверхность жидкости. Этот газ достаточно быстро отделяется от нефти, не загрязняя газовое пространство. Поэтому при нормальной работе всего комплекса надобности в специальных каплеотделителях нет: газ должен быть чистейшим - чище, чем после самых совершенных КДФ (благодаря дополнительному воздействию расширения в емкости).The preliminary passage of KDF and thin-layer sedimentation during discharge from KDF to the surface leads to the fact that the oil in the separator can contain only gas trapped by the jet when draining from KDF to the surface of the liquid. This gas is quickly enough separated from oil without polluting the gas space. Therefore, during normal operation of the entire complex, there is no need for special drop separators: the gas must be clean - cleaner than after the most advanced CDFs (due to the additional effect of expansion in the tank).
При снижении газосодержания нефти возможен выход режима УПВ из рабочей зоны. В этом случае в основании стояка давление резко повышается, давая импульс для включения механизма отдувки или на запуск ультразвукового излучателя. Оба эти способа ведут к снижению давления в основании стояка и выходу УПВ на рабочий режим, после чего подача газа на отдувку или облучения ультразвуком прекращаются.With a decrease in gas content of oil, the UPV regime may exit the working area. In this case, at the base of the riser, the pressure rises sharply, giving an impulse to turn on the blowing mechanism or to start the ultrasonic emitter. Both of these methods lead to a decrease in pressure at the base of the riser and the release of the OLA to the operating mode, after which the gas supply to the blow-off or ultrasonic irradiation is stopped.
По результатам промышленных испытаний технология удваивает количество отбираемого газа, углубляя дегазацию нефти, и служит идеальным средством для равномерного распределения нефти между параллельными сепараторами и для разрыва колебательных контуров.According to the results of industrial tests, the technology doubles the amount of gas taken off, deepening the degassing of oil, and serves as an ideal means for uniform distribution of oil between parallel separators and for breaking the oscillatory circuits.
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002126510/03A RU2238402C2 (en) | 2002-10-03 | 2002-10-03 | Method for degassing oil in end separation plants and device for realization of said method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002126510/03A RU2238402C2 (en) | 2002-10-03 | 2002-10-03 | Method for degassing oil in end separation plants and device for realization of said method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002126510A RU2002126510A (en) | 2004-04-10 |
RU2238402C2 true RU2238402C2 (en) | 2004-10-20 |
Family
ID=33537165
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002126510/03A RU2238402C2 (en) | 2002-10-03 | 2002-10-03 | Method for degassing oil in end separation plants and device for realization of said method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2238402C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2619665C2 (en) * | 2015-10-23 | 2017-05-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" | Cavitator for heat release in liquid |
-
2002
- 2002-10-03 RU RU2002126510/03A patent/RU2238402C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ТРОНОВ В.П. Промысловая подготовка нефти за рубежом. - М.: Недра, 1983, с. 70-75. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2619665C2 (en) * | 2015-10-23 | 2017-05-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" | Cavitator for heat release in liquid |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Hreiz et al. | On the effect of the nozzle design on the performances of gas–liquid cylindrical cyclone separators | |
EP2946829B1 (en) | Method for generating high density micro-bubble liquid and device for generating high density micro-bubble liquid | |
US8337603B2 (en) | Apparatus for separation of gas-liquid mixtures and promoting coalescence of liquids | |
US5526684A (en) | Method and apparatus for measuring multiphase flows | |
US20110240524A1 (en) | method and apparatus for breaking an emulsion | |
Martin | Vertically downward two-phase slug flow | |
Seyfried et al. | Experiments on conduit flow and eruption behavior of basaltic volcanic eruptions | |
MXPA03004492A (en) | A device and method for creating hydrodynamic cavitation in fluids. | |
EP0089962A1 (en) | High energy emulsifier | |
NO152730B (en) | SEPARATOR FOR SEALING OF OIL AND GAS | |
EP1309819B1 (en) | Gas condenser | |
Tullis | Cavitation guide for control valves | |
JP2013530033A (en) | Method and apparatus for cavitation generation for mixing and emulsification | |
US20020194992A1 (en) | Compound/curvilinear immiscible liquid separator apparatus and method | |
RU2238402C2 (en) | Method for degassing oil in end separation plants and device for realization of said method | |
Arabi et al. | Onset of intermittent flow: Visualization of flow structures | |
Ramdhani et al. | Experimental study on the effect of submergence ratio and air flow rate on the characteristics of liquid-gas-solid three-phase airlift pump | |
Zaraki et al. | Experimental investigation of flow regime and efficiency of airlift pumps with tapered upriser pipe | |
US1902729A (en) | Multistage liquid driven ejector for delivering liquids | |
RU2016268C1 (en) | Ejector plant | |
Ksenofontov et al. | Analysis of hydraulic modes of operation of the divergent plates block of the flotation-sedimentation tank | |
Wang et al. | Progress in modeling injector cavitating flows with a multi-fluid method | |
Daniel | Gas evolution and gas-liquid separator modeling | |
Zarei et al. | Experimental study of hydrodynamic characteristics of improved sieve tray with push valves | |
Samsuri et al. | Valve nozzle shape effect on gas lift system performance |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121004 |