Модернизация электродегидраторов

Брындов Д.С. 1

1КнАГУ

Работа в формате PDF

2.6 MB

Диплом лауреата Диплом руководителя секции

Комментарии

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Актуальность

Установки первичной перегонки нефти, играют на нефтеперерабатывающих заводах большую роль. Актуальностью данной темы является то, что от показателей работы электродегидраторов зависит эффективность последующих процессов: очистки, газоразделения, каталитического крекинга, коксования и др.

Качественная подготовка нефти, а именно ее обессоливание и обезвоживание является залогом успеха переработки и сохранения работоспособного состояния технологического оборудования.

Для того чтобы содержание солей и воды в нефти, поступающей на переработку, было в пределах допустимых значений необходимо обеспечить нормальные эксплуатационные показатели установки электорообессоливания и обезвоживания (ЭЛОУ).

Цель работы

Изучить различные виды электродегидраторов, которые чаще всего используются на нефтеперерабатывающих заводах, рассмотреть возможные методы усовершенствования аппаратов, и выбрать оптимальный вариант для улучшения работы электродегидратора и, следовательно, повышения эффективности установки первичной перегонки нефти.

Методы исследования

Исследование выполнено с помощью теоретических методов. Теоретическое исследование выполнено на основе использования опыта, теории и накопленного экспериментального материала. Выводы сформулированы по результатам анализа литературы, патентного поиска и интернет источников.

Задачи исследования

Изучить научную литературу и произвести анализ данных источников: книг, учебников, журналов, научных публикаций, докторских и кандидатских диссертаций, а также интернет статей. Также провести патентный поиск, с целью изучения новых способов модернизации электродегидраторов, проанализировать его, выявить достоинства и недостатки каждого способа, рассмотреть оборудование, которое используется в процессе повышения эффективности работы аппарата, выполнить расчёт оборудования, и предложить своё решение проблемы по данной теме.

1 Литературный обзор

1.1 Обзор по технической литературе

Проведенный обзор по технической литературе показал наличие большого материала о различных видах конструкций электродегидраторов.

Левченко Д.Н., Бергштейн Н.В., Николаева Н.М. в своей книге «Технология обессоливания нефтей на нефтеперерабатывающих предприятиях» рассказывают о том, что такое электродегидратор, о принципе действия и различных их видах.

В нефтяной промышленности для обессоливания и обезвоживания эмульсионной нефти чаще всего используют электродегидраторы: вертикальные, горизонтальные, шаровые.

Вертикальный электродегидратор – это вертикальная емкость с полусферическими днищами следующих габаритов: диаметр – 3 м, высота – 5 м, объем – 30 м³. Аппарат 1, внутри которого приблизительно посередине на изоляторы прикреплены горизонтальные электроды 6 и 7. Электроды питаются от 2 высоковольтных трансформаторов 2, их мощность составляет 5 кВА у каждого.

Рисунок 1.1 – Вертикальный электродегидратор

Напряжение между электродами колеблется в диапазоне 15-35 кВ. Эмульсионная нефть поступает в аппарат тонкой горизонтальной веерообразной струей через распределительную головку 8. Расстояние между электродами подбирается экспериментальным путем и лежит в интервале 10-14 см. Эмульсия находится в электрическом поле несколько минут. Типовой дегидратор достигает производительности 15-25, иногда 30 м³/ч. Нефть движется между электродами с линейной скоростью 2-4 м/ч (3-6 см/мин).

Одним из важных элементов служат изоляторы, подвесные и проходные. Они изготавливаются из фарфора (тип П-4,5) или стекла (тип ПС-4,5). Агрессивная среда горячей нефти в смеси с соленой водой и механическими примесями достаточно быстро разрушает изоляторы. А тенденции увеличения температуры обессоливания (до 110-115 ºС и даже до 160-180 ºС) поднимают актуальность поиска материала, подходящего для работы в подобных условиях. Один из таких материалов – фторопласт-4.

В комплектацию электродегидратора входят: реактивные катушки 5, регулирующая тягу щель в распределительной головке, сигнальные лампы, змеевик для подогрева низа аппарата, манометр, шламовый насос, поплавковый выключатель, мерное стекло и предохранительный клапан.

Электродегидраторы вертикального типа используют на нефтепромыслах и старых нефтезаводах. На современных заводах их не применяют, так как их объем ограничен, а производительность невелика (300-600 т/сут).

В основу шаровых конструкции лег сферический резервуар, объем которого 600 м³. Резервуар оборудован распылительными устройствами и электродами. Диаметр резервуара составляет 10,5 м. Этот тип электродегидраторов называется шаровым (рис. 2), он подходит для длительной эксплуатации.

Принцип действия шаровых электродегидраторов не отличается от принципа действия вертикальных. Через распределительные головки 7 по трем стоякам 8 в аппарат поступает эмульсионная нефть. Головка расположена на расстоянии 3 м от вертикальной оси шара в его экваториальной плоскости симметрично.

Три пары горизонтальных электродов 6 диаметром 2-3 м крепятся на изоляторах 5 внутри электродегидратора. Распределительные головки находятся между электродами. Специальное устройство регулирует расстояние между электродами, оно составляет 13-17 см.

Рисунок 1.2 – Шаровой электродегидратор

Горизонтальные электродегидраторы имеют емкость в три раза меньше, чем шаровые. Они выдерживают температуру 135-150 ºС и на максимальное давление до 20 кгс/см². На нефтезаводах и нефтепромыслах устанавливают горизонтальные электродегидраторы 3-3,4 м в диаметре, объем их от 80 до 160 м³. По принципу работы они не отличаются от шаровых и вертикальных.

Рисунок 1.3 – Горизонтальный электродегидратор

В книге «Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа», автором которой является С.А. Ахметов, рассматривается оборудование электрообессоливающих установок, а что более важно, так это характеристики различных электродегидраторов.

Таблица 1.1 – Характеристики электродегидраторов

Принцип действия электродегидраторов подробно описан в книге
О.Ф. Глагольевой «Технология переработки нефти».

При попадании нефтяной эмульсии в электрическое поле, частицы воды, заряженные отрицательно, перемещаются внутри капли, придавая ей грушевидную форму, острый конец которой обращен к положительно заряженному электроду. Под воздействием сил притяжения отдельные капли, стремящиеся к положительному электроду, сталкиваются друг с другом, и происходит пробой оболочки капель. В результате мелкие капли воды сливаются и укрупняются, что способствует их осаждению в электродегидраторе. Поскольку соль в нефти растворена в воде, удаление соли и воды одновременно с помощью электродегидратора - это простое решение. Однако произвести обессоливание в один этап невозможно. Поэтому при высокой концентрации соли, в нефть добавляют пресную воду и промывают несколько раз в электродегидраторе. Кроме электрообработки нефтяной эмульсии, осуществляется и отстой (осаждение) деэмульгированной нефти, поскольку электродигидратор является одновременно отстойником. Существуют различные конструкции электродегидраторов, различающиеся по форме, габаритам и внутреннему устройству.

1.2 Обзор по научным публикациям и журналам

Проведя обзор научных публикаций и журналов, я выбрал некоторые из них, которые, по моему мнению, наиболее точно раскрывают тему модернизации электродегидраторов.

В статье «Модернизация электрообессоливающих установок (ЭЛОУ)», авторами которой являются П.С. Мазуров и И.Н. Тягливая, рассмотрены модернизированные виды электрообессоливающих установок, отмечены их преимущества, по сравнению с классической установкой. Сравниваются отечественные ЭЛОУ с зарубежными.

Одним из новейших электрогидраторов является аппарат, состоящий из цилиндрического корпуса, вверху которого находится проходной изолятор, а внизу – сопло для подачи исходной эмульсии и штуцер для вывода обратной эмульсии и трубчатый электрод. Эмульсия обрабатывается в электрическом поле, напряжение которого снижается по ходу потока, образуются несколько контуров циркуляции эмульсии, что обеспечивает эффективную коалесценцию капель воды в эмульсии и их укрепление. Изобретение обеспечивает оптимальные условия для коалесценции капель воды разных размеров, всегда содержащихся в водяной эмульсии, облегчает последующее отделение воды с содержащимся в них солями из нефти и улучшает качество обессоливания нефти.

Один из зарубежных аппаратов для электрообезвоживания и обессоливания нефти – аппарат VIEC (Vessel Internal Electrostatic Coalescer), который представляет собой емкость со встроенным блоком конденсаторных пластин. Особенностью конструкции является индивидуальный подвод напряжения и управляющего сигнала к каждой пластине и тонкое изоляционное покрытие пластины. В сумме эти две конструктивные особенности позволяют безопасно эксплуатировать аппарат в условиях повышенной обводненности и загазованности скважинной продукции, так как поле в аппарате регулируется по всему обьему и изоляция предотвращает пробой электродов. Указанные преимущества позволяют использовать данный аппарат уже на первой ступени подготовки скважинной продукции, что потенциально может значительно снизить эксплуатационные расходы по транспортировке балластовой воды до пунктов подготовки нефти.

Так же высокотехнологичным зарубежным электродегидратором является Dual Frequency. Он представляет собой горизонтальную емкость с особой конструкцией электродов. Обработку эмульсии ведут с использованием двух полей – переменного и постоянного, которые позволяют в полной мере задействовать эффекты электрофореза и диэлектрофореза. Также аппарате реализована обработка электрическим полем различной частоты (от 0,2 до 1000 Гц), что, за счет повышенной частоты колебаний капель воды, способствует интенсификации электрокоалесценции.

В конце статьи авторы сделали вывод, что отечественные электродегидраторы отличаются простотой конструкции, высоким напряжением электродов, отсутствием изоляции и ограничением на обработку эмульсий, содержащих газовую фазу. Современные электродегидраторы отличаются использованием изолированных или композитных электродов, возможностью работы в высокообводенной, газосодержащей среде, автоматизированным регулированием напряженности поля по объему аппарата, использованием полей различной частоты, а так же современные электродегидраторы обеспечивают высокий отбор от потенциала светлых нефтепродуктов и масляных дистиллятов, повышают качество дистиллятов (без налегания соседних фракций по температурам кипения), повышают коэффициент использования энергоресурсов за счет более полного использования теплоты отходящих потоков, сокращают удельные расходы топлива, электроэнергии, воды, воздуха, реагентов, используют более эффективное оборудование, внедряют прогрессивные средства контроля и автоматики, схемы комплексной автоматизации управления процессами.

В.Н. Швецов, А.А, Юнусов, М.И. Набиуллин в статье «Новые технические решения по усовершенствованию электродегидраторов для обезвоживания и обессоливания нефти» указали множество недостатков существующих электродегидраторов и предложили свои решения.

С целью устранения недостатков, а также повышения эффективности, надёжности и безопасности эксплуатации электродегидраторов предлагаются
меры:

– Применять в электродегидраторах трехрядную электродную систему с переменным расстоянием между электродами. За счет этого увеличиваются объем охвата водонефтяной эмульсии электрическим полем и соответственно время нахождения в поле в 2 раза. Уменьшение расстояния между верхней парой электродов по сравнению с нижней позволяет создать систему с увеличивающейся напряженностью электрического поля в направлении движения эмульсии с уменьшающимися размерами и концентрацией капель в верх аппарата и, соответственно, с уменьшающейся напряженностью электрического поля в направлении движения увеличивающихся в размерах и количестве капель в низ аппарата. Такое согласование динамики процессов коалесценции и отстоя в электрическом поле трехрядной электродной системы электродегидратора позволяет в 2...3 раза повысить эффективность его работы и глубину обезвоживания и обессоливания нефти.

– Устанавливать в электродегидраторах современную коллекторную систему из 5 элементов, обеспечивающую ламинарное движение водонефтяной эмульсии в аппарате, равномерный вывод из аппарата очищенной нефти и подтоварной воды, отдельный вывод межфазного слоя в случае его образования, размыв и удаление нефтешламовых донных осадков без остановки аппарата.

Рисунок 1.4 – Трехэлектродный дегидратор

ЗАО «Нефтех» опубликовал статью «Новые высоковольтные источники питания для электродегидраторов», где автор описал нынешний отечественный ВИП ИПМ 25/15 для электродегидратора и предложил новый ВИП, с указанием
его достоинств.

Единственные выпускаемые в настоящее время в России высоковольтные источники питания для электродегидраторов — это ИПМ 25/15. Этим ВИП присущ ряд существенных недостатков, таких как:

- очевидно низкая мощность, что делает неэффективным их использование на электродегидраторах большого объема (ЭГ-100,160, 200) и при деэмульсации высокоэлектропроводных карбоновых нефтей;

- недостаточная герметичность, приводящая к ухудшению диэлектрических свойств трансформаторного масла и необходимости его частой замены;

- необходимость использования двух ИПМ на каждом электродегидраторе;

- недостаточно высокое максимальное выходное напряжение (15 кВ);

- импульсный характер выходного напряжения, что снижает эффективность процесса коалесценции капель воды в нефти и зачастую приводит к их диспергированию;

- необходимость использования высоковольтного высокочастотного кабеля для соединения ИПМ с проходным изолятором электродегидратора, что приводит к трудностям его прокладки под открытым небом, частым пробоям кабеля, его входного и выходного разъемов и постоянной зависимости от производителей ИПМ;

- сложность настройки и частые выходы из строя блоков управления источниками питания.

В то же время за рубежом, а также на тех отечественных нефтедобывающих предприятиях, которые смогли изыскать средства на приобретение импортных электродегидраторов, эффективность их работы и несомненные преимущества по сравнению с обычными отстойника-ми технологами признаются безусловно. Основной причиной, объясняющей такой факт, кроме в том числе и некоторых более современных конструктивных особенностей импортных электродегидраторов, является комплектация их надежными и совершенными высоковольтными источниками питания.

Данные ВИП обладают следующими преимуществами:

- для электродегидраторов различных объемов и в зависимости от физико-химических и электрофизических свойств нефтей предлагается широкий типораз-мерный ряд источников питания с мощностью 25; 37,5; 50; 75; 100; 150; 200 и 250 kVA, что позволяет ограничиться одним ВИП на электродегидратор, оптимизировать его конструкцию и снизить стоимость;

- обладают 100%-ной реактивностью и некритичны к перегрузкам при коротких замыканиях электродов;

- не требуют дополнительных блоков управления трансформатором;

- обеспечивают возможность выбора значений выходного напряжения в широком диапазоне (12; 16,5; 20; 23; 25 кВ АС) путем использования простого переключателя;

- имеют вариант исполнения с выходным высоким напряжением постоянного тока с аналогичной возможностью дискретного изменения его значения, что дает дополнительную эффективность электродегидраторам, используемым на ЭЛОУ НПЗ, где требуется особая глубина обезвоживания и обессоливания нефти;

- отличаются надежной конструкцией, обеспечивающей высокую герметичность корпуса трансформатора и, как следствие, стабильно высокие диэлектрические свойства трансформаторного масла и длительную его эксплуатацию;

- соединяются с проходным изолятором электродегидратора посредством обычного кабеля в маслозаполненной герметичной муфте, что обеспечивает его долговечность, надежную взрывозащиту и некритичность к атмосферным условиям;

- снабжены всеми необходимыми средствами для контроля температуры, уровня и давления масла, а также для подогрева последнего во время остановок для сохранения его диэлектрических свойств в холодных климатических условиях.

1.3 Обзор по научным исследованиям

Были рассмотрены научные исследования по вопросам недостатков электродегидраторов и способах их решения.

В магистерской диссертации «Моделирование процессов обезвоживания и обессоливания при промысловой подготовке нефти» автора К.В. Золотухиной очень подробно рассмотрены типы электродегидраторов, принцип работы аппаратов, характеристики и недостатки нынешних, а также важный фактор, существенно влияющий на работу электродегидраторов – высоковольтные источники питания (ВИП).

Важной характеристикой электродегидратора является степень охвата обрабатываемой эмульсии электрическим полем (или объем электрического поля), определяющая длительность пребывания ее в поле, которая должна быть достаточна для эффективного осуществления относительно продолжительной транспортной стадии процесса электрокоалесценции.

Серьезным недостатком существующих электродегидраторов является несовершенство коллекторов ввода сырья, приводящее к возникновению в аппаратах циркуляционных потоков и турбулентности, существенно ухудшающих процесс отстоя в них.

К несомненным недостаткам этих аппаратов следует отнести также отсутствие возможности отдельного вывода промежуточного слоя по мере его накопления и отсутствие системы размыва и удаления донных шламовых отложений без остановки электродегидратора, что особенно актуально при деэмульсации нефтей с высоким содержанием механических примесей.

Если перечисленные выше недостатки являются техническими или технологическими, то следующий носит принципиальный, концептуальный характер, а именно - несогласованность конфигурации электрического поля и режима электрообработки эмульсии с динамикой одновременно протекающих процессов коалесценции капель воды в межэлектродном пространстве и их гравитационной седиментации . Суть ее заключается в том, что, с одной стороны, в процессе вертикального восходящего движения эмульсии концентрация воды в ней монотонно снижается, а дисперсность капель возрастает, с другой - средняя напряженность электрического поля остается неизменной. Вследствие этого условие оптимальности напряженности поля для эффективной коалесценции неизбежно нарушается и высокодисперсная часть капель воды, не скоалесцировав, уносится с потоком нефти из аппарата, снижая глубину деэмульсации.

Чрезвычайно важным фактором, влияющим на эффективность, надежность и безопасность эксплуатации электродегидраторов, являются характеристики применяемых высоковольтных источников питания (ВИП). В зависимости от размеров электродегидраторов, физико-химических и электрофизических свойств сырья ВИП должны обладать мощностью и выходным напряжением переменного или постоянного тока, достаточными для стабильного поддержания в аппарате необходимой напряженности электрического поля, возможностью удобного переключения выходного напряжения, быть некритичными к резким изменениям тока нагрузки, герметичными и взрывозащищенными. Между тем, на электродегидраторах ряда предприятий до сих пор установлены устаревшие ВИП ОМ66/35 и 32 ОМ66/20, эксплуатация которых в принципе запрещена, поскольку они не являются взрывозащищенными. Единственные взрывозащищенные ВИП для электродегидраторов, которые в состоянии предложить отечественная промышленность, - это ИПМ 25/15 и ИПМ 15/15. Однако этим ВИП также присущ ряд существенных недостатков:

- очевидно, низкая мощность, что делает неэффективным их использование на электродегидраторах большого объема (ЭГ-100, 160, 200) и при деэмульсации высокоэлектропроводных карбоновых нефтей;

- низкое качество изготовления, приводящее к частым межвитковым пробоям и выходам из строя обмоток трансформатора; необходимость использования двух ИПМ на каждом электродегидраторе;

- недостаточно высокое максимальное выходное напряжение (15 кВ);

- сложность настройки и частые выходы из строя блоков управления источниками питания.

Очень важным с точки зрения качества эксплуатации ЭГ является применение в их конструкции надежных узлов ввода высокого напряжения, а также подвесных и проходных изоляторов. К сожалению, выпускаемые российскими производителями изоляторы изготавливаются из вторичного 33 фторопласта и часто выходят из строя. При пробое подвесных изоляторов на корпус происходят короткое замыкание и отключение напряжения на электродах, что снижает эффективность работы электродегидратора. Диагностика, обследование и ремонт изоляторов связаны с разгерметизацией, подготовкой к проведению газоопасных работ и остановочным ремонтом. Также трудности возникают при замене часто выходящего из строя узла высоковольтного ввода трансформаторов ИПМ и высоковольтного кабеля.

Недостатком электродегидраторов старого типа также является низкая автоматизация аппаратов. Во многих случаях просто отсутствуют локальные системы автоматизации, позволяющие контролировать и управлять взаимосвязанными технологическими и электрическими параметрами, такими, как уровень водной подушки, наличие газовой шапки, величина тока и напряжения и др.

В результате обслуживающий персонал не может оценить причину возникающих нарушений режима и, соответственно, своевременно принять надлежащие меры. Симптоматично поэтому, что при таком обширном перечне недостатков отечественные производители электродегидраторов не только не дают никаких технологических гарантий, но и не определяют критериев их применимости в условиях конкретных объектов. Таким образом, выбору потребителей этой продукции предлагается единственный параметр - размер корпуса электродегидратора.

К.В. Таранцев в своей диссертации «Анализ способов повышения эффективности процесса коалесценции на установках электрообессоливания и обезвоживания нефти» исследовал способы повышения эффективности процесса коалесценции на установках электрообессоливания и обезвоживания нефти. Автор показал, что одной из основных причин снижения эффективности работы электродегидраторов является неучет ряда явлений, сопровождающих образование цепочек капель воды между электродами при разрушении водонефтяных эмульсий. При этом основной вклад в процесс образования большого количества мелкодисперсных капель воды и ухудшения работы электродегидраторов вносит явление диспергирования в области, непосредственно прилегающей к электродам. Таранцев предложил для повышения эффективности работы электродегидратора размеры электрода и напряжение выбирать такими, чтобы возле электрода не происходил процесс диспергирования, или поверхность электрода защищать покрытием, пропускающим электрический заряд в количестве достаточном для поддержания процесса коалесценции, но недостаточном для процесса диспергирования.

В бакалаврской работе О.И. Татаринова рассмотрела способы модернизации процесса обезвоживания и обессоливания нефти, в частности, усовершенствование аппаратов данного процесса и предложила своё решение проблемы, связанное с электродегидраторами.

На современных электрообессоливающих установках устанавливаются чаще электродегидраторы горизонтального типа, так как они более эффективны за счет:

• увеличенной площади электродов;

• высокая единичная производительность одного электродегидратора (до 2-3 объемов аппарата в час);

• малая вертикальная скорость движения нефти, что позволяет нефтяной эмульсии эффективнее отстаиваться;

• возможность проведения процесса при более высоких температурах и давлениях;

• дополнительная промывка и прохождение через два электрических поля (слабое между зеркалом воды и нижним электродом и сильное между электродами) за счет подачи сырой нефти ниже поверхности раздела фаз под слой остоявшейся воды.

К минусам такой конструкции можно отнести высокую трудоёмкость изготовления электрода и самой установки, большие энергозатраты на электрическую энергию, затраты тепловой энергии на нагрев эмульсии.

Соответственно необходимо решить ряд таких вопросов, как:

• Снижение расхода электроэнергии;

• Уменьшение затрат на нагрев эмульсии;

• Повышение эффективности разрушения эмульсии.

Для повышения эффективности электродегидраторов типа 2ЭГ-160 была предложена конструкция с установкой вертикальных композитных пластинчатых электродов.

Основой модернизации является вертикальная электродная система (с решетчатыми электродами) с постепенным уменьшением расстояния между соседними электродами вдоль оси аппарата в направлении горизонтального движения сырья и постепенным увеличением высоты потенциальных электродов в том же направлении в совокупности с торцевым распределенным вводом сырья. Это позволяет повысить эффективность деэмульгирования, увеличить производительность электродегидратора, снизить затраты электроэнергии, повысить стабильность работы электродегидратора.

2 Патентный поиск

2.1 Задание на проведение патентных исследований

Целью данного исследования является изучение различных способов усовершенствования электродегидраторов. Проанализировать и сравнить имеющиеся в настоящий момент методы с новыми предложениями по данной тематике.

2.2 Регламент патентного поиска

2.2.1 Общие сведения

На стадии курсового и дипломного проектирования необходимо проводить оценку новизны и эффективности новых технических решений в области технологического оборудования. Объективным критерием оценки новых технических, разработок является наличие в них изобретений, поскольку они определяют уровень современного технологического оборудования, технологических процессов и материалов.

Анализ описаний отечественных и зарубежных изобретений, а также информация технического, экономического и конъюнктурного характера позволяют дать оценку новизны и технико-экономической эффективности разрабатываемого объекта. Патентные исследования являются обязательной, необъемлемой и составной частью при выполнении научно-исследовательских, опытно-конструкторских и проектно-конструкторских работ. Такой же обязательной частью они становятся сегодня при выполнении курсовых и дипломных проектов, так как дипломные работы представляют собой одну из составляющих вышеперечисленных этапов.

Патентные исследования - это целый комплекс мероприятий, выполняемых разработчиком для выявления путем сопоставления определенных признаков и показателей разрабатываемого объекта техники с показателями аналогичных по назначению и функционированию объектов, содержащихся в патентных и других источниках информации.

На стадии курсового и дипломного проектирования патентные исследования содержат следующие этапы:

- определение ориентировочного уровня развития техники путем сопоставительного анализа разрабатываемого объекта с аналогичными решениями, защищенными патентом;

- определение новизны технических решений, полученных при дипломном проектировании, и при ее выявлении производится оформление материалов на предполагаемое изобретение.

2.2.2 Цели патентного поиска

Предмет поиска определяют исходя из конкретных задач патентных исследований категории объекта (устройство, способ, вещество), а так же из того, какие его элементы, параметры, свойства и другие характеристики предполагается исследовать.

Среди основных целей патентного поиска можно выделить:

- Проверка уникальности изобретения

- Определение особенностей нового продукта

- Определение других сфер применения нового продукта

- Поиск изобретателей или компании, получивших патенты на изобретения в той же области

- Поиск патентов на какой-либо продукт

- Найти последние новинки в исследуемой области

- Поиск патентов на изобретения в смежных областях

- Определение состояния исследований в интересуемом технологическом
поле

- Выяснить, не посягает ли ваше изобретение на чужую интеллектуальную собственность

- Получить информацию по конкретной компании или состоянию сектора рынка в целом

- Получить информацию о частных лицах, имеющих патенты на схожие изобретения

- Поиск потенциальных лицензиаров

- Поиск дополнительных информационных материалов

2.2.3 Порядок проведения патентных исследований

Порядок выполнения патентных исследований включает:

- определение задач патентных исследований, видов исследований и методов их проведения и разработку задания на проведение патентных исследований;

- определение требований к поиску патентной и другой документации, разработку регламента поиска;

- поиск и отбор патентной и другой документации в соответствии с утвержденным регламентом и оформление отчета о поиске; — систематизацию и анализ отобранной документации; — обоснование решений задач патентными исследованиями; обоснование предложений по дальнейшей деятельности хозяйствующего субъекта, подготовка выводов и рекомендаций;

- оформление результатов исследований в виде отчета о патентных исследованиях.

2.2.4 Интернет и сетевые ресурсы

Проведение патентного поиска является сложной и долгой процедурой, но существуют бесплатные интернет-ресурсы, которые могут помочь в достаточно сжатые сроки достигнуть наиболее эффективных результатов и получить точную информацию.

Информационно-поисковая система – это логическая система, предназначенная для нахождения и выдачи информации, в том числе при патентном поиске, в документальном или ином виде и представляющая собой совокупность информационно-поискового языка, правил переводов текстов на этот язык, общих правил поиска и критерия смыслового соответствия содержания текста информационному запросу.

Если патентный поиск по базе данных зарегистрированных объектов результатов не дал, то необходимо проводить поиск до последней поданной заявки, но это значительно дольше и дороже

ПРИЛОЖЕНИЕ А (обязательное)

ФОРМА ЗАДАНИЯ НА ПРОВЕДЕНИЕ ПАТЕНТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой МС Сарилов М. Ю.

« 1 »___октября___ 2021 г.

ЗАДАНИЕ №1МА

на проведение патентных исследований

Наименование работы (темы) Модернизация электродегидраторов

Этап работы курсовое проектирование, сроки его выполнения с 01.10.2021 по 30.11.2021

Задачи патентных исследований: изучение различных способов модернизации электродегидраторов. Проанализировать и сравнить имеющиеся в настоящий момент методы с новыми предложениями по данной тематике.

КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН

Виды патентных исследований	Подразделения-исполнители (соисполнители)	Ответственные исполнители (Ф.И.О.)	Сроки выполнения патентных исследований. Начало. Окончание	Отчетные документы
Патент РФ 187612	КнАГУ кафедра МС	Брындов Д.С.	13.10.2021-14.10.2021	Патентный отчёт
Патент РФ 2699103	КнАГУ кафедра МС	Брындов Д.С.	16.10.2021-17.10.2021	Патентный отчёт
Патент РФ 2523313	КнАГУ кафедра МС	Брындов Д.С.	22.10.2021-23.10.2021	Патентный отчёт
Патент РФ 200177	КнАГУ кафедра МС	Брындов Д.С.	12.11.2021-13.11.2021	Патентный отчёт

Руководитель ___________ ______________ _______________

патентного подразделения ^{личная подпись} ^{расшифровка} ^дата

^{подписи}

Руководитель подразделения ___________ _______________ _______________

исполнителя работы ^{личная подпись} ^{расшифровка} ^дата

^{подписи}

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

РЕГЛАМЕНТ ПАТЕНТНОГО ПОИСКА

К заданию №1МА от «1» октября 2021 г.

Студенту Брындову Дмитрию Сергеевичу

Группы 8МАб-1 по теме Модернизация электродегидраторов

Стадия курсовое проектирование

(курсовое или дипломное проектирование)

Цель поиска информации: изучение технического уровня и тенденций развития объекта разработки. Обоснование регламента поиска: Патентные исследования являются обязательной, необъемлемой и составной частью при выполнении научно-исследовательских, опытно-конструкторских и проектно-конструкторских работ. Такой же обязательной частью они становятся сегодня при выполнении курсовых и дипломных проектов, так как дипломные работы представляют собой одну из составляющих вышеперечисленных этапов. Предмет поиска представляет собой устройство в целом в соответствии с заданием на дипломное проектирование, классификационные рубрики определены по ключевым словам, характеризующим объект разработки, страны поиска определены в результате проведения предварительного поиска по журналам и являются ведущими в данной отрасли техники, глубина поиска достаточна для определения технического уровня и тенденций развития объекта разработки, источники информации соответствуют минимуму технической документации, которую необходимо просмотреть с целью определения технического уровня и тенденций развития объекта разработки.

Руководитель подразделения исполнителя М.Ю. Сарилов

Подпись ____________

Руководитель патентного подразделения Т.И. Башкова

Подпись ___________

2.3 Форма отчёта о патентном поиске

ФОРМА ОТЧЕТА О ПОИСКЕ

1. Поиск проведен в соответствии с заданием __зав. кафедры МС Сарилова М.Ю.__

^{должность и фамилия ответственного руководителя работы}

№ 1МА от _1 октября 2021 г.__ и Регламентом поиска № _1МА_ от _1 октября 2021 г.___

2. Этап работы ___________________________________________________________

^{при необходимости}

3. Начало поиска ____01.10.2021____ Окончание поиска ______30.11.2021__________

4. Сведения о выполнении регламента поиска (указывают степень выполнения регламента поиска, отступления от требований регламента, причины этих отступлений)

5. Предложения по дальнейшему проведению поиска и патентных исследований

6. Материалы, отобранные для последующего анализа:

Таблица 2.1 – Патентная документация

Предмет поиска (объект исследования, его составные части)	Страна выдачи, вид и номер охранного документа. Классификационный индекс*	Заявитель (патентообладатель), страна. Номер заявки, дата приоритета, конвенционный приоритет, дата публикации*	Название изобретения (полной модели, образца)	Сведения о действии охранного документа или причина его аннулирования (только для анализа патентной чистоты)
1	2	3	4	5
Модернизация электродегидраторов	Патент РФ 187612	Швецов В.Н. Юнусов А.А.	Электродегидратор	Действует
Модернизация электродегидраторов	Патент РФ 2699103	Швецов В.Н. Филипов С.Е. Дусталев В.А.	Способ модернизации электродегидратора	Действует
Модернизация электродегидраторов	Патент РФ 2523313	Насибуллин Р.И.	Электродегидратор	Не действует
Модернизация электродегидраторов	Патент РФ 200177	Юнусов А.А. Швецов В.Н.	Стендовый электродегидратор	Действует

Таблица 2.2 – Научно-техническая, конъюнктурная, нормативная документация и материалы государственной регистрации (отчеты о научно-исследовательских работах)

Предмет поиска	Наименование источника информации с указанием страницы источника	Автор, фирма (держатель) технической документации	Год, место и орган издания (утверждения, депонирования источника)
1	2	3	4
Модернизация электродегидраторов	https://www.fips.ru/	Швецов В.Н. Юнусов А.А.	13.03.2019
Модернизация электродегидраторов	https://www.fips.ru/	Швецов В.Н. Филипов С.Е. Дусталев В.А.	03.09.2019
Модернизация электродегидраторов	https://www.fips.ru/	Насибуллин Р.И.	10.05.2014
Модернизация электродегидраторов	https://www.fips.ru/	Юнусов А.А. Швецов В.Н.	08.10.2020

Таблица 2.3 – Тенденции развития объекта исследования

Выявленные тенденции развития объекта исследования	Источники информации	Технические решения, реализующие тенденции
Выявленные тенденции развития объекта исследования	Источники информации	в объектах организаций (фирм)	в исследуемом объекте
1	2	3	4
Электродегидратор	Патент РФ 187612	НПЗ	Полезная модель относится к электродегидраторам для обезвоживания и обессоливания нефти и может использоваться в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности. Электродегидратор включает корпус, штуцер ввода и коллектор распределения сырья, штуцеры вывода нефти и дренажа воды, высоковольтный источник питания, узел ввода высокого напряжения и систему вертикальных чередующихся потенциальных и заземленных электродов. Потенциальные электроды выполнены в виде решеток из вертикальных трубчатых композитных элементов с заданной нелинейной электропроводностью, а заземленные электроды выполнены в виде решеток из горизонтальных трубчатых или стержневых металлических элементов. Задачей заявляемой полезной модели является повышение эффективности, стабильности работы, надежности, упрощение и удешевление изготовления электродегидратора , снижение энергозатрат. Указанная задача решается тем, что в электродегидраторе, включающем корпус, штуцер ввода и коллектор распределения сырья, штуцер вывода нефти, штуцер дренажа воды, высоковольтный источник питания, узел ввода высокого напряжения и систему чередующихся потенциальных и заземленных электродов, расположенных в вертикальных плоскостях, перпендикулярных продольной оси аппарата, потенциальные электроды выполнены в виде решеток из вертикальных трубчатых элементов, изготовленных из статистического резистивного композитного материала с заданной нелинейной электропроводностью на основе гидрофобной полимерной матрицы с дисперсным проводящим наполнителем, а заземленные электроды выполнены в виде решеток из горизонтальных трубчатых или стержневых металлических элементов. Потенциальные электроды электрически соединены с высоковольтным источником питания, а заземленные электроды соединены с корпусом электродегидратора.
Способ модернизации электродегидратора	Патент РФ 2699103	НПЗ	1. Способ модернизации электродегидратора , включающий демонтаж конструктивных элементов, находящихся внутри корпуса устройства, удаление демонтированных конструктивных элементов из внутреннего пространства через люки-лазы, размещение во внутреннем пространстве устройства крепежных и опорных конструкций, отличающийся тем, что на крепежных конструкциях монтируют направляющие элементы для сборки электродов и подвешивают подвесные изоляторы, в электродегидратор через люки-лазы помещают сборные элементы новой трехрядной металлической или вертикальной композитной электродной системы, сборные элементы коллекторной системы для ввода и вывода нефти, для ввода и вывода воды, для вывода промежуточного слоя и размыва шламового осадка, при этом окончательную сборку и размещение сборных элементов осуществляют внутри электродегидратора , устанавливают вдоль всего электродегидратора в нижней его части протекторы для защиты внутренней поверхности электродегидратора от коррозии, в имеющиеся или дополнительно ввариваемые патрубки в верхней наружной части электродегидратора устанавливают не менее двух реле газовой шапки, а в нижней наружной части - не менее двух уровнемеров межфазного уровня вода-нефть, также на имеющиеся или дополнительно ввариваемые патрубки помещают узел ввода высокого напряжения стационарного или гибкого типа с проходным изолятором, соединенный с взрывозащищенным высоковольтным источником питания, электродегидратор дополнительно снабжают локальными панелью управления и системой автоматизации для контроля и управления параметрами работы электродегидратора и источника питания. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при сборке новой трехрядной металлической электродной системы нижний и верхний потенциальные металлические электроды в виде решетки крепят на вновь установленных направляющих элементах и подвешивают к имеющимся или вновь устанавливаемым арочным конструкциям на общих или раздельных подвесных изоляторах, а заземленную электродную решетку крепят на закрепленных в корпусе имеющихся или вновь установленных опорных и направляющих конструкциях, при этом расстояние между установленными электродными решетками уменьшается по высоте аппарата. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при сборке новой вертикальной композитной электродной системы рамы с электродами, выполненными из композитных трубок или стержней, крепят на вновь установленных направляющих элементах и подвешивают к имеющимся или вновь установленным арочным конструкциям на подвесных изоляторах, при этом между рядами вертикальных потенциальных композитных электродов параллельно им помещают заземленные вертикальные электроды в виде металлических решеток. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что коллекторная система представляет собой распределительные и сборные устройства. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что коллектор ввода нефти содержит не менее двух параллельных перфорированных труб с отбойными пластинами. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что коллектор для размыва шламового осадка содержит трубы с форсунками, позволяющими удалять осадок непосредственно в процессе работы электродегидратора . 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что проводят модернизацию емкостного оборудования, например отстойника типа ОГ или сепаратора типа НГСВ, или другого оборудования, предназначенного для разделения водонефтяной эмульсии.
Электродегидратор	Патент РФ 2523313	НПЗ	Изобретение относится к электродегидраторам и предназначено для обезвоживания и обессоливания нефти. Электродегидратор содержит электроды и снабжен распределительными устройствами, представляющими собой открытые снизу и перфорированные сверху распределительные короба, которые в рабочем состоянии имеют куполообразную форму и выполнены из гибкого диэлектрического материала, прикрепленного к раме. Техническим результатом является повышение производительности электродегидратора , расширение диапазона рабочих нагрузок, повышение эффективности обессоливания и обезвоживания, а также снижение стоимости распределительного устройства. Задачей изобретения является повышение производительности электродегидратора , расширение диапазона рабочих нагрузок, повышение эффективности обессоливания и обезвоживания, а также снижение стоимости распределительного устройства. Технический результат достигается тем, что в известном электродегидраторе , содержащем корпус, электроды, штуцера для вывода продуктов и ввода сырья, распределительные устройства, представляющие собой открытые снизу и перфорированные сверху распределительные короба, присоединенные к трубам подачи сырья, согласно изобретению, короба в рабочем состоянии имеют куполообразную форму и выполнены из гибкого диэлектрического материала, прикрепленного к раме. Повышение производительности обеспечивается за счет уменьшения высоты распределительного устройства, что позволяет работать при большей высоте промежуточного эмульсионного слоя, а также за счет создания дополнительной площади отстаивания, что позволяет отделить часть воды до ее попадания в промежуточный эмульсионный слой. Малая высота слоя нефти под куполом позволяет увеличить диаметр и число отверстий, что обеспечивает снижение скорости истечения нефти и повышает равномерность ее распределения. Равномерное распределение нефти по сечению аппарата положительно влияет на эффективность обезвоживания и обессоливания. Толщина гибкого материала мала, что обеспечивает снижение материалоемкости и стоимости распределительного устройства. Уменьшение количества коробов и отсутствие распределительных труб также снижают стоимость устройства и затраты на его монтаж. Электродегидратор имеет корпус 1, электроды 2, штуцера ввода и трубы 3 подачи сырья, штуцер 4 вывода нефти, штуцер 5 вывода воды, распределительные короба 6 куполообразной формы из перфорированного, гибкого, диэлектрического материала, например, из стеклоткани, прикрепленные к раме 7.
Стендовый электродегидратор	Патент РФ 200177	НПЗ	Полезная модель относится к электродегидраторам для исследования процессов обезвоживания и обессоливания нефти и может быть использована в составе специально разработанного стенда в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности, в частности, при проектировании новых или модернизации имеющихся установок подготовки нефти с использованием электродегидраторов. Электродегидратор включает цилиндрический теплоизолированный корпус из гидрофобного диэлектрического материала, штуцеры ввода сырья, вывода обезвоженной/обессоленной нефти, дренажа подтоварной воды и перфорированные композитные электроды. Заземленные электроды соединены по параллельной схеме. Высокое переменное напряжение на высокопотенциальные электроды подается от двух автономных высоковольтных источников питания с независимым плавным регулированием выходного напряжения. Технический результат: повышение эффективности работы электродегидратора за счет уменьшения его габаритов, возможности дегидрации высокообводненных нефтей, возможности управления изменением напряженности электрического поля по высоте аппарата, снижение энергозатрат, а также повышение безопасности его эксплуатации.

2.4 Анализ достоинств и недостатков в найденных аналогах и прототипах.

В ходе патентного поиска было найдено значительное количество способов решения проблемы по данной теме.

Для начала разберём основные недостатки нынешних электродегидраторов, которые нам необходимо устранить в полной мере, или хотя бы достичь их минимума. К недостаткам относятся:

- низкая степень охвата объема обрабатываемой эмульсии электрическим полем;

- неэффективное конструктивное исполнение коллектора ввода нефти в электродегидратор, приводящее к возникновению завихрений и нарушению ламинарного режима движения нефти в аппарате;

- отсутствие возможности отдельного вывода межфазного слоя из электродегидратора;

- отсутствие возможности размыва и удаления донных шламовых отложений из электродегидратора без его остановки;

- отсутствие протекторной антикоррозийной защиты;

- низкая мощность источника питания, что приводит к необходимости использования нескольких трансформаторов на каждом электродегидраторе ;

- низкое выходное напряжение источника питания;

- недостаточная взрывозащищенность;

- низкая автоматизация.

По результатам патентного поиска можно сделать вывод о том, что большинство наших недостатков устраняются, а, следовательно, к достоинствам рассмотренных патентов относятся:

- повышение производительности, надежности электродегидратора;

- обеспечение взрывобезопасности;

- расширение диапазона рабочих нагрузок;

- повышение эффективности обессоливания и обезвоживания;

- снижение стоимости распределительного устройства.

Наиболее рациональный способ повышения производительности, эффективности и надёжности электродегидратора, по моему мнению, является предложенное в Патенте №2699103.

3 Подбор оборудования

3.1 Устроиство и принцип работы установки первичной перегонки нефти (ЭЛОУ-АВТ-3)

Установка ЭЛОУ-АВТ-3 - комбинированная установка атмосферно-вакуумной перегонки нефти с предварительным обессоливанием и вторичной перегонкой бензина предназначена для переработки сырой нефти с целью получения продуктов первичной переработки сырья для вторичных процессов.

Нефть представляет собой сложную смесь парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов, различных по молекулярной массе и температуре кипения. На этом основан принцип работы установки, то есть происходит разделение нефти на фракции в зависимости от температуры кипения, и в зависимости от этого из различных фракций получают разные нефтепродукты.

Эта установка производительностью 3 млн. тонн/год осуществляет процессы обезвоживания и обессоливания нефти, ее атмосферно-вакуумную перегонку и вторичную перегонку бензина.

Высокопроизводительные установки ЭЛОУ-АВТ являются комбинированными и включают:

– Электрообессоливающую установку (ЭЛОУ);

– Атмосферный блок (АТ);

– Вакуумный блок (ВТ);

– Блоки стабилизации и вторичной ректификации бензиновых фракций.

Нас больше интересует электрообессоливающая установка ЭЛОУ

Задачей ЭЛОУ является отделение воды и солей от сырой нефти для дальнейшего ее разделении на фракции в атмосферно-вакуумном блоке - посредством ректификации в атмосферной и вакуумной колоннах.

Нефть подается в насосную и поступает в виде смеси вместе с промывочной водой в специальные устройства – электродегидраторы. В электродегидраторах происходит обессоливание и обезвоживание под действием электрического тока.

Рисунок 2.1 – Технологическая схема ЭЛОУ

Блок атмосферной перегонки:

Блок АТ предназначен для неглубокой перегонки нефти. Схема атмосферного блока включает в себя отбензинивающую колонну К-1, две печи
(П-1 и П-2), основную атмосферную колонну К-2 с тремя стриппинг-колоннами, с помощью которых будут получаться фракции:

– н.к. - 180 ⁰С

– 180 - 220 ⁰С

– 220 - 280 ⁰С

– 280 - 350 ⁰С

Обезвоженная и обессоленная нефть после ЭЛОУ направляется теплообменники Т-1, 2, 3, 4, 5, 6 для нагрева до 210° С.

Сначала нефть направляется в отбензинивающую колонну К-1. На верху колонны отбирается смесь углеводородных газов и выделяется в сепараторе смесь бутанов. Внизу колонны – отбензиненную нефть.

Отбензиненную нефть нагревают в трубчатой печи П-1 до заданной температуры порядка 350 С.

Затем на атмосферную колонну К-2. С верху атмосферной колонны отбирают смесь бензина и углеводородных газов.

Ниже отбирают керосиновую фракцию и еще ниже – дизельную. В самом низу колонны – мазут.

Рисунок 2.2 – Блок атмосферной перегонки

Блок стабилизации и вторичной перегонки:

Прямогонные бензины с верха колон первичной перегонки К-1 и К-2 не могут быть использованы в качестве топлива напрямую. Данные фракции содержат растворенные газы C1 – C4 и их необходимо удалить для повышения детонационной стойкости при помощи процесса стабилизации. При прохождения бензина через колонну стабилизации поток разделяется на 2 промежуточные фракции:

– н.к. – 105 ⁰С

– 105 – 180 ⁰С

Далее, полученные фракции подвергают процессу вторичной перегонки с разделением на более узкие фракции.

– н.к. – 62 ⁰С

– 62 – 105 ⁰С

– 105 – 140 ⁰С

– 140 – 180 ⁰С

Рисунок 2.3 – Блок стабилизации и вторичной перегонки

Вакуумный блок:

Мазут, полученный в атмосферной колонне К-2, направляется в печь П-2 для его предварительного нагрева до температуры до 400 – 420 оС, затем в вакуумную колонну К-5 на фракционирование. Из вакуумной колонны происходит отбор вакуумного газойля, гудрона.

В вакуумном блоке мазут разделяется до гудрона с получением или широкой дистиллятной фракции (350-500⁰С), являющейся сырьем установок каталитического крекинга, гидрокрекинга, реже термокрекинга (топливный вариант работы), или с получением узких масляных фракций (веретенное, трансформаторное, машинное, цилиндровое) и остаточных масел (авиационное, дизельное) при работе по масляному варианту.

Остатком переработки является некондиционный нефтепродукт. Полученные продукты охлаждают в холодильниках.

Рисунок 2.4 – Вакуумный блок

3.2 Описание технологической схемы установки

Рисунок 2.5 – Технологическая схема установки

На схеме блоки предварительного нагрева нефти в теплообменниках, электрообессоливания и обезвоживания нефти (ЭЛОУ), нагрева обезвоженной нефти в теплообменниках показаны упрощённо. Нефть несколькими параллельными потоками проходит группу теплообменников 1(1-5), где нагревается до 100…130°С теплом отходящих с установки продуктов. Затем нефть проходит блок ЭЛОУ, группу теплообменников 3(1-4), где нагревается до 200…250°С теплом циркуляционных орошений и отходящего с установки гудрона. Далее нефть поступает в отбензинивающую колонну 4.

Давление в колонне 0,5…0,7 МПа, температура верха 150…170°С, низа 240…250°С. С верха колонны уходят газы, пары воды и лёгкая бензиновая фракция н.к.-120°С. Дистиллят конденсируется и охлаждается в АВО 5, водяном холодильнике 6 и разделяется в сепараторе 7. С верха сепаратора 7 отводятся газы (метан, этан, сероводород и др.), с низа сепаратора отводится вода, а бензиновая фракция насосом 8 частично подаётся на орошение колонны 4, остальное количество - в блок стабилизации и вторичной перегонки бензина (колонны 48, 56, 61). Температура низа колонны 4 поддерживается циркуляцией насосом 9 частично отбензиненной нефти через печь 10 (горячая струя).

Избыток отбензиненной нефти насосом 11 подаётся в печь 12, где она нагревается до 370…380°С и поступает в атмосферную колонну перегонки нефти 13. Давление в колонне 0,17…0,2 МПа, температура верха 170…190°С, низа 330…350°С. С верха колонны 13 отводится фракция тяжёлого бензина 120-180°С, пары воды и газы разложения углеводородов от нагрева нефти в печи.

Дистиллят колонны 13 охлаждается и конденсируется в АВО 14, водяном холодильнике 15 и разделяется в отстойнике-сепараторе 16. С верха сепаратора отходит сухой газ, с низа водный конденсат (в систему очистки сточных вод), верхний слой конденсата - фракция 120-180°С тяжёлого бензина - отводится на стабилизацию и вторичную перегонку в колонны 48, 56, 61.

Керосиновая фракция 180-240°С отводится как боковой погон с низа отпарной колонны 17 насосом 18, охлаждается в теплообменнике 1(1), АВО 19 и отводится с установки.

Фракция дизельного топлива 240-350°С отводится как боковой погон в низа отпарной колонны 20 насосом 21, охлаждается в теплообменнике 1(2), АВО 22 и отводится с установки.

Колонна 13 имеет три циркуляционных орошения. Верхнее орошение - флегма с третьей тарелки поступает через аппарат воздушного охлаждения 23, водяной холодильник 24 и насосом 25 закачивается на верхнюю тарелку колонны. Среднее орошение - флегма забирается насосом 26, прокачивается через теплообменник 3(1), АВО 27 и возвращается в колонну на три тарелки выше отборной. Нижнее циркуляционное орошение подаётся насосом 28 через теплообменник 3(2) и АВО 29. Подвод тепла в низ колонн 13, 17 и 20 осуществляется острым водяным паром.

С низа колонны 13 отбирается мазут (> 350°С), который насосом 30 подаётся в змеевик печи 31, где нагревается до 380…400°С и в парожидкостном состоянии подаётся в вакуумную колонну 32. Давление наверху колонны около 7…8 КПа, температура верха 180…200°С, низа 360…360°С. С верха колонны 32 отводятся газы разложения, пары воды, воздуха (который проникает в колонну из-за неполной герметичности) и через АВО 33, водяной холодильник 34 поступают далее в систему создания вакуума (на схеме не показано).

Первая масляная фракция 350-400°С с третьей верхней тарелки колонны 32 забирается насосом 35 и отводится с установки. Часть фракции через теплообменник 1(3) и АВО 36 возвращается на верхнюю тарелку как циркуляционное орошение.

Вторая масляная фракция 400-450°С отводится с установки как боковой погон с низа отпарной колонны 37 насосом 38 через теплообменник 1(4) и аппарат воздушного охлаждения 39.

Третья масляная фракция 450-500°С отводится с установки как боковой погон с низа отпарной колонны 40 насосом 41 через теплообменник 1(5) и АВО 42.

Нижнее циркуляционное орошение колонны 32 осуществляется насосом 43 через теплообменник 3(3) и АВО 44.

Остаток вакуумной перегонки - гудрон (> 500°С) - отводится с низа колонны 32 насосом 45 через теплообменник 3(4) и АВО 46. В низ колонн 32, 37 и 40 подаётся острый водяной пар.

Фракции н.к.-120°С и 120-180°С из сепараторов 7 и 16 объединяются в один поток, проходят теплообменники 47(1-2) и подаются в колонну стабилизации 48. С верха колонны отводятся газы, которые охлаждаются в АВО 49, водяном холодильнике 50 и поступают в сепаратор 51, в котором сухой газ отделяется от сжиженного газа. Сухой газ обычно поступает в топливную сеть завода, часть сжиженного газа подаётся на орошение насосом 52, остальное количество отводится на установку газофракционирования.

Подвод тепла в низ колонны 48 осуществляется за счёт циркуляции стабильного бензина насосом 53 через змеевик печи 54.

Стабильный бензин насосом 55 подаётся в колонну 56, с верха которой отводится фракция н.к.-85°С. Часть фракции проходит АВО 57, водяной холодильник 58, сборник 59 и насосом 60 подаётся на орошение колонны 56. Остальное количество дистиллята направляется в колонну 61.

С низа колонны 56 фракция 85-180°С отводится с установки насосом 62 через теплообменник 47(1) и АВО 63. Тепло в низ колонны подводится за счёт циркуляции части остатка насосом 64 через второй змеевик печи 54.

С верха колонны 61 отводится фракция н.к.-62°С, которая через АВО 65, водяной холодильник 66, сборник 67 насосом 68 выводится с установки. Часть фракции идёт на орошение колонны 61.

С низа колонны 61 насосом 69 отводится фракция 62-85°С через теплообменник 47(2) и АВО 70. Тепло в низ колонны подводится за счёт циркуляции части остатка насосом 71 через подогреватель 72.

4 Предполагаемый способ модернизации

Технической задачей является разработка способа модернизации электродегидратора, обеспечивающего электродегидратору повышение эффективности, производительности и надежности его работы, а также обеспечение взрывобезопасности электродегидратора.

Поставленная задача достигается тем, что в способе модернизации электродегидратора, включающем демонтаж конструктивных элементов, находящихся внутри корпуса устройства, удаление демонтированных конструктивных элементов из внутреннего пространства через люки-лазы, размещение во внутреннем пространстве устройства опорных и крепежных конструкций, согласно данному изобретению на крепежных конструкциях монтируют направляющие элементы для сборки электродов и подвешивают подвесные изоляторы, в электродегидратор через люки-лазы помещают сборные элементы новой трехрядной металлической или вертикальной композитной электродной системы, сборные элементы коллекторной системы для ввода и вывода нефти, для ввода и вывода воды, для вывода промежуточного слоя и размыва шламового осадка, при этом окончательную сборку и размещение сборных элементов осуществляют внутри электродегидратора, устанавливают вдоль всего электродегидратора в нижней его части протекторы для защиты внутренней поверхности электродегидратора от коррозии, в имеющиеся или дополнительно ввариваемые патрубки в верхней наружной части электродегидратора устанавливают не менее двух реле газовой шапки, а в нижней наружной части - не менее двух уровнемеров межфазного уровня вода-нефть, также на имеющиеся или дополнительно ввариваемые патрубки помещают узел ввода высокого напряжения стационарного или гибкого типа с проходным изолятором, соединенный с взрывозащищенным высоковольтным источником питания, электродегидратор дополнительно снабжают локальными панелью управления и системой автоматизации для контроля и управления параметрами работы электродегидратора и источника питания.

При сборке новой трехрядной металлической электродной системы нижний и верхний потенциальные металлические электроды в виде решетки крепят на вновь установленных направляющих элементах и подвешивают к имеющимся или вновь устанавливаемым арочным конструкциям на общих или раздельных подвесных изоляторах, а заземленную электродную решетку крепят на закрепленных в корпусе имеющихся или вновь установленных опорных и направляющих конструкциях, при этом расстояние между установленными электродными решетками уменьшается по высоте аппарата.

При сборке новой вертикальной композитной электродной системы рамы с электродами, выполненными из композитных трубок или стержней, крепят на вновь установленных направляющих элементах и подвешивают к имеющимся или вновь установленным арочным конструкциям на подвесных изоляторах, при этом между рядами вертикальных потенциальных композитных электродов параллельно им помещают заземленные вертикальные электроды в виде металлических решеток.

Коллекторная система представляет собой распределительные и сборные устройства.

Коллектор ввода нефти содержит не менее двух параллельных перфорированных труб с отбойными пластинами.

Коллектор для размыва шламового осадка содержит трубы с форсунками, позволяющими удалять осадок непосредственно в процессе работы электродегидратора.

Проводят модернизацию емкостного оборудования, например, отстойника типа ОГ или сепаратора типа НГСВ или другого оборудования, предназначенного для разделения водонефтяной эмульсии.

Конструкции узла ввода высокого напряжения с проходным изолятором, а также подвесных изоляторов предотвращают короткое замыкание и отключение напряжения на электродах, что повышает эффективность работы электродегидратора . Кроме того, конструкция узла ввода высокого напряжения позволяет проводить диагностику, обследование и замену проходных изоляторов без слива жидкости и пропарки электродегидратора .

Размещение внутри электродегидратора новой трехрядной металлической системы электродных решеток с уменьшающимися расстояниями между ними по высоте аппарата или вертикальной композитной электродной системы позволяет увеличить объем охвата водонефтяной эмульсии электрическим полем и соответственно время ее нахождения в электрическом поле до двух раз. Указанные меры за счет уменьшения расстояния по высоте между металлическими электродными сетками, а также за счет свойств композитного материала позволяют создать систему с увеличивающейся напряженностью электрического поля в направлении восходящего движения эмульсии с уменьшающимися размерами и концентрацией капель воды и, наоборот, с уменьшающейся напряженностью электрического поля в направлении движения осаждающихся и увеличивающихся в размерах и количестве капель воды. Такое согласование динамики процессов коалесценции и отстоя в электрическом поле трехрядной электродной системы электродегидратора позволяет существенно повысить эффективность его работы и глубину обезвоживания и обессоливания нефти.

На имеющийся или вновь ввариваемый патрубок помещают узел ввода высокого напряжения (УВВН) стационарного или гибкого типа с проходным изолятором. При этом в нижнем фланце УВВН делается горизонтальное отверстие с патрубком, соединенным с выходом нефти, что обеспечивает постоянный проток жидкостной или газожидкостной смеси, что позволяет избежать ситуаций с накоплением газа, образования газовой шапки в штуцере для монтажа проходного изолятора, срабатывания реле газовой шапки и отключения трансформатора. Все электрические контакты в узле ввода высокого напряжения помещены под слой трансформаторного масла, что обеспечивает взрывобезопасность этого узла.

Установка на электродегидраторе одного взрывозащищенного высоковольтного источника питания (ВИЛ) достаточной мощности однофазного или 3/2 фазного с выходным высоким напряжением до 27.5 кВ, вместо двух маломощных и невзрывозащищенных трансформаторов обеспечивает взрывобезопасность системы электропитания модернизированного электродегидратора и повышение эффективности работы.

Локальная панель управления (ЛПУ) и локальная система автоматизации (ЛСА) обеспечивают контроль и управление параметрами электродегидратора и высоковольтного источника питания, увеличивают надежность его работы.

Заключение

Проблема модернизации электродегидраторов по-прежнему актуальна на сегодняшний день. Влияние данных аппаратов на последующие процессы огромно. С каждым днём предлагаются всё новые идеи и способы повышения эффективности, надёжности и производительности дегидраторов, что следует повышению показателей всей установки первичной перегонки нефти.

Мы провели литературный и научный обзор по данной теме. Так же провели патентный поиск, убедились в том, что на сегодняшний день повышение эффективности электродегидраторов за счет улучшений элементов конструкции является одной из известных проблем, так как предложенные методы были недостаточно безупречны и совершены. Любой из них имеет свои преимущества и недостатки. Разработали мероприятия по повышению производительности, эффективности, надежности аппаратов, обеспечению их взрывобезопасности и, вследствие, по повышению глубины обезвоживания и обессоливания нефти на нефтеперерабатывающих предприятиях.

Список использованных источников

1 Левченко Д.Н., Бергштейн Н.В., Николаева Н.М. Технология обессоливания нефтей на нефтеперерабатывающих предприятиях. – М.: Химия, 1985. – 168 с.

2 Ахметов С.А., Технология и оборудование процессов переработки нефти и
газа. – СПБ.: Недра, 2006. – 868 с.

3 Глаголева О.Ф. Технология переработки нефти / О.Ф. Глаголева, В.М. Капустин, Т.Г. Гюльмисарян. – М.: Химия Колос С, 2007. – 400 с.

4 Швецов В.Н, Юнусов А.А., Набиуллин М.И. Новые технические решения по усовершенствованию электродегидраторов для обезвоживания и обессоливания нефти / Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2012. №5, C.48-54.

5 Швецов В.Н, Юнусов А.А., Фомин А.М. Промысловая подготовка нефти с использованием электрических полей - Проблемы и пeрспективы (Ч. 1) // Нефтех. - 2007. -М 9. - С.8-10.

6 Швецов В.Н., Юнусов А.А., Фомин А.М. Промысловая подготовка нефти с использованием электрических полей - оптимизация выбора параметров источников питания (Ч. 2) //Нефтех. - 2008. -№ 2,- С.18-20.

7 Швецов В.Н, Юнусов А.А. Новые высоковольтные источники питания для электродегидраторов // Нефтех. - 2008. -№ 4. - С.32-34.

8 Таранцев, К.В. Способы совершенствования конструкций горизонтальных электродегидраторов / К.В. Таранцев, Е.Г. Красная // Научно-методический журнал XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего Серия: экология. – 2012. – 02(06) . – С. 146 – 152.

9 Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа: учебное пособие для вузов / С.А. Ахметов. – Уфа: Гилем, 2002. – 672 с.

10 Бекиров, Т.М. Первичная переработка природных газов / Т.М. Бекиров. - М. : Химия, 1987. - 256 с.

11 Мановян, А.К. Технология первичной переработки нефти и природного газа: учебное пособие для вузов / А.К. Мановян. - М.: Химия, 2001. – 568 с.

12 Чуракаев, А.М. Газоперерабатывающие заводы и установки : научное издание / А.М. Чуракаев . - М. : Недра, 1994. - 336 с.

13 Пат. 141739 Рос. Федерация: МПК B01D 17/06 / С. Ш. Гершуни,
Е.А. Монахова, О.В. Родина, Р.Н. Фитагдинов; заявители и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью "Нефтегазовые
технологии"; заявл. 03.10.2013; опубл. 10.06.2013 – 5 с.

14 Пат. 200177 Рос. Федерация: МПК B01D 17/06 / А.А. Юнусов, В.Н. Швецов: заявители и патентообладатель Закрытое акционерное общество "Нефтех" (RU); заявл. 18.02.2020; опубл. 08.10.2020 – 7 с.

15 Пат. 2699103 Рос. Федерация: МПК B01D 17/06 / В.Н. Швецов, С.Е. Филипов, В.А. Дусталев : заявители и патентообладатель Закрытое акционерное общество "Нефтех" (RU); заявл. 05.04.2019; опубл. 03.09.2019 – 12 с.

16 Пат. 2523313 Рос. Федерация: МПК B01D 17/06 / Р.И. Насибуллин; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет"; заявл. 29.10.2012; опубл. 20.07.2014 – 5 с.

17 Пат. 187612 Рос. Федерация: МПК B01D 17/06 / А.А. Юнусов, В.Н. Швецов: заявители и патентообладатель Закрытое акционерное общество "Нефтех" (RU); заявл. 05.10.2018; опубл. 13.03.2019 – 7 с.

18 Пат. 141739 Рос. Федерация: МПК B01D 17/06 / С. Ш. Гершуни,
Е.А. Монахова, О.В. Родина, Р.Н. Фитагдинов; заявители и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью "Нефтегазовые технологии"; заявл. 03.10.2013; опубл. 10.06.2013 – 5 с.

19 Хуторянский Ф.М., Сомов В.Е. Современное состояние, пути совершенствования и технического перевооружения процесса глубокого обезвоживания и обессоливания нефти // Нефтепереработка и нефтехимия. 2010. №12. С.3-12.

20 Смирнов Ю.Г. Теоретический анализ процесса коалесценции капель водонефтяной эмульсии в электрическом поле // Ресурсы Европейского Севера. Технологии и экономика освоения. – 2015. - № 1. – C.27-34.

Просмотров работы: 688

Код для цитирования:

XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Модернизация электродегидраторов

Студенческий научный форум - 2022
XIV Международная студенческая научная конференция