Изучил процесс образования нефтяной эмульсии. И ознакомился с методами обезвоживания нефти

Вода в нефти появляется в результате поступления к скважине пластовой воды или воды, закачиваемой в пласт с целью поддержания давления. При движении нефти и пластовой воды по стволу скважины и нефтесборным трубопроводам происходит их взаимное перемешивание и дробление. Процесс дробления одной жидкости в другой называют диспергированием. В результате диспергирования одной жидкости в другой образуются эмульсии.

Эмульсии представляют собой дисперсные системы двух жидкостей, не растворимых или малорастворимых друг в друге, находящихся во взвешенном состоянии в виде мелких капель (глобул). Жидкость, в которой распределены глобулы, называются дисперсной средой, а вторая жидкость, распределенная в дисперсной среде, - дисперсной фазой. При образовании эмульсии увеличивается поверхность дисперсной фазы, поэтому для осуществления процесса эмульгирования должна быть затрачена определенная работа, которая концентрируется на поверхности раздела фаз в виде свободной поверхностной энергии. Энергия, затраченная на образование единицы межфазной поверхности, называется поверхностным (межфазным) натяжением. Глобулы дисперсной фазы имеют сферическую форму, т.к. такая форма имеет наименьшую поверхность и наименьшую свободную энергию для данного объема. Форму шара можно исказить лишь сила тяжести или сила электрического поля.

Свободная энергия капель дисперсной фазы способствует их слиянию (коалесценции), но помехой этому в устойчивых эмульсиях являются стабилизаторы эмульсии. Растворимые в воде (гидрофильные), эмульгаторы способствуют образованию эмульсий - вода в нефти. Последний тип, чаще всего встречается в промысловой практике. К гидрофильным относятся такие поверхностно-активные вещества, как щелочные мыла, желатин, белковые вещества. Гидрофобными являются хорошо растворимые в нефтепродуктах смолы, известковые мыла, а также мелкодисперсные частицы сажи, глины, песка, окислов металлов, легче смачиваемые нефтью, чем водой. Введение в эмульсию данного типа эмульгатора, способствующего образованию эмульсии противоположного типа, облегчает её расслоение. От концентрации эмульгаторов-стабилизаторов эмульсии в нефти и их состава главным образом зависит устойчивость образующихся нефтяных эмульсий. Установлено, что устойчивость, возрастает с увеличением концентрации стабилизаторов до насыщения адсорбционного слоя или, до достижения оптимальных структурно-механических свойств слоя. Стабилизаторы входят в контакт друг с другом и с нефтяной и водной фазами, образуют механически прочные защитные плёнки, препятствующие процессу коалесценции капель воды в нефти. Состав весьма разнообразен. Сюда входят асфальтены, смолы нафтеновых кислот и тяжелых металлов, парафины, церезины, тонкодисперсные неорганические вещества, состоящие из глины, песка и горных пород. По характеру дисперсной фазы и дисперсной среды различают эмульсии двух типов: первые эмульсии прямого типа - неполярная жидкость в полярной, когда нефть размещается в виде мелких капель в воде (Н/В); и вторые обратного типа - эмульсии полярной жидкости в неполярной, когда вода размещается в виде мелких капелек в нефти (В/Н). В эмульсиях типа Н/В внешней фазой является вода, и поэтому они смешиваются с водой в любых отношениях и обладают высокой электропроводностью, а эмульсии типа Н/В смешиваются только с углеводородной жидкостью и имеют низкую электропроводность.

Подготовка нефти к переработке путем удаления из нее воды, минеральных солей и механические примесей. При добыче нефти неизбежный ее спутник-пластовая вода (от < 1 до 80-90% по массе), которая, диспергируясь в нефти, образует с ней эмульсии типа "вода в нефти" (дисперсионная фаза-нефть, дисперсная - вода). Их формированию и стабилизации способствуют присутствующие в нефти природные эмульгаторы (асфальтены, нафтены, смолы) и диспергир. механические примеси (частицы глины, песка, известняка, металлов). Пластовая вода, как правило, в значительной степени минерализована хлоридами Na, Mg и Са (до 2500 мг/л солей даже при наличии в нефти всего 1% воды), а также сульфатами и гидрокарбонатами и содержит механические примеси.

Наличие в нефти указанных веществ и механические примесей оказывает вредное влияние на работу оборудования нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ): 1) при большом содержании воды повышается давление в аппаратуре установок перегонки нефти, снижается их производительность, возрастает расход энергии; 2) отложение солей в трубах печей и теплообменников требует их частой очистки, уменьшает коэффициент теплопередачи, вызывает сильную коррозию (хлориды Са и Mg гидролизуются с образованием НСl); кроме того, соли и механические примеси, накапливаясь в остаточных нефтепродуктах — мазуте и гудроне, ухудшают их качество.

Обезвоживание нефти проводят путем разрушения (расслоения) водно-нефтяной эмульсии с применением деэмуль-гаторов-различные ПАВ, которые, адсорбируясь на границе раздела фаз, способствуют разрушению капель (глобул) диспергированной в нефти воды. Однако даже при глубоком обезвоживании нефти до содержания пластовой воды 0,1-0,3% (что технологически затруднительно) из-за ее высокой минерализации остаточное содержание хлоридов довольно велико: 100-300 мг/л (в пересчете на NaCl), а при наличии в нефти кристаллич. солей-еще выше. Поэтому одного только обезвоживания для подготовки к переработке нефтей большинства месторождений недостаточно. Оставшиеся в нефти соли и воду удаляют с помощью принципиально мало отличающейся от обезвоживания операции, называют обессоливанием. Последнее заключается в смешении нефти со свежей пресной водой, разрушении образовавшейся эмульсии и последующей отделении от нефти промывной воды с перешедшими в нее солями и механические примесями.

В соответствии с требованиями нефтеперерабатывающей промышлености нефть, направляемая на первичную перегонку, должна содержать не более 3 мг/л солей, 0,2 и 0,005% по массе воды и механические примесей (в связи с тенденцией углубления переработки нефти эти показатели может быть ужесточены). Дополнит. очистку на НПЗ нефти, поступающей с нефтепромыслов, проводят электротермохимический методом, сочетающим термохимический отстаивание с электрич. обработкой водно-нефтяной эмульсии. Разрушение ее основано на том, что при попадании в перем. электрич. поле капли воды поляризуются и взаимодействие между собой как крупные диполи. При достаточно близком расстоянии между каплями силы взаимодействие настолько велики, что происходит сближение капель и их коалесценция. Кроме того, вероятность столкновения и слияния капель значительно возрастает из-за броуновского движения и синхронной вибрации их с электрич. полем. Установки для удаления из нефти примесей этим методом называют электрообессоливающими (ЭЛОУ) и, наряду с НПЗ, сооружаются иногда на нефтепромыслах; в последнем случае нефть кроме обезвоживания подвергается также обессоливанию.

Глава 5.

Технологические расчеты магистральных трубопроводов Ознакомился с работой нефтеперекачивающей станции.

Нефтеперекачивающая станция – это один из главных элементов магистрального нефтепровода. Нефтеперекачивающая станция представляет собой комплекс сооружений, а также оборудования для обеспечения приема, накопления, а также перекачки нефти по магистральному нефтепроводу. Основная функция любой нефтеперекачивающей станции – забрать нефть из трубопровода, где низкий напор, насосами увеличить его и ввести в трубопровод с уже высоким напором. Продукция делится по своему назначению на виды с емкостью и нефтеперекачивающие станции без емкости.

Все объекты на нефтеперекачивающих станциях делят на первую и вторую группу. Первая группа таких объектов включает в себя объекты технологического назначения. Вторая же группа объектов – это объекты вспомогательного, а также подсобно-хозяйственного значения.
Нефтеперекачивающие станции (НПС) располагаются на нефтепроводах с интервалом 70-150 км.

Перекачивающие (насосные) станции нефтепроводов и нефтепродуктопроводов оборудуются, как правило, центробежными насосами с электроприводом.

Подача применяемых в настоящее время магистральных насосов достигает 12500 м3/ч.

В начале нефтепровода находится головная нефтеперекачивающая станция (ГНПС), которая располагается вблизи нефтяного промысла или в конце подводящих трубопроводов, если магистральный нефтепровод обслуживают несколько промыслов или один промысел разбросанный на большой территории, ГНПС отличается от промежуточных наличием резервуарного парка объемом, равным 2-, 3-суточной пропускной способности нефтепровода.

Кроме основных объектов, на каждой насосной станции имеется комплекс вспомогательных сооружений:

трансформаторная подстанция, снижающая подаваемое по ЛЭП напряжения от 110 или 35 до 6 кВ,

котельная,

а также системы водоснабжения, канализации, охлаждения и т.д.

Если длина нефтепровода превышает 800 км, его разбивают на эксплуатационные участки длиной 100-300 км, в пределах которых возможна независимая работа насосного оборудования.

Промежуточные насосные станции на границах участков должны располагать резервуарным парком объемом, равным 0,3-1,5 суточной пропускной способности трубопровода.

Как головная, так и промежуточные насосные станции с резервуарными парками оборудуются подпорными насосами.

Аналогично устройство насосных станций магистральных нефтепродуктопроводов.

На нефтеперекачивающей станции, как правило, размещается следующее оборудование:
- насосы с подпорными и магистральными агрегатами;
- система фильтров;
- резервуарный парк;
- системы для обеспечения водо- и теплоснабжения;
- системы электроснабжения, пожаротушения, телемеханики, связи и автоматики;
- узел учёта;
- печи, где осуществляется подогрев нефти;
- технологический трубопровод;
- а также различные сооружения, здания, которые предназначены для удовлетворения бытовых и производственных нужд.

Нефтеперекачивающие станции бывают двух типов - головными и промежуточными. Головная станция предназначена для приемки нефти с установок её подготовки на промысле, а также из других источников, для последующей закачки нефти в магистральный нефтепровод. Промежуточные нефтеперекачивающие станции требуются для создания высокого напора в трубопроводе для обеспечения перекачки нефти.

Головная нефтеперекачивающая станция представляет собой сооружения, которые размещены в начале магистрального нефтепровода или его отдельного участка. В неё входит насосная станция, резервуарный парк, технологические трубопроводы, котельная, электроподстанция, водоснабжение, канализация, подсобные, административные здания и прочее. При последовательной перекачке нефти она также оборудуется лабораторией, которая отвечает за качеством нефти. Кроме того, головная станция снабжается различными подогревающими устройствами.

Промежуточные нефтеперекачивающие станции располагаются по трассе трубопровода через определённое расстояние.

Чтобы сократить затраты на возведение нефтеперекачивающих станций, как правило, используется блочно-модульное или блочно-комплектное исполнение. При этом они могут быть как открытого типа, то есть всё под навесом на открытом воздухе, а общая защита от различных погодных условий осуществляется с помощью металлических кожухов, так и закрытого. Логично, что нефтеперекачивающие станции закрытого типа размещаются уже непосредственно в сооружении.