Введение к работе
Актуальность работы. Современные тенденции развития тепломассо-обменного оборудования свидетельствуют о перспективности принципа газожидкостного взаимодействия дроблением жидкости газовым потоком. Резкое увеличение эффективности переноса и снижение энергозатрат на распад жидкости досгигаются при оргшшзации пленочного течения жидкости по вертикальным решеткам (сеткам), сквозь отверстия которых проходит газ. В этом случае преобразование жидкости в удобную для распада пленочную форму течения происходит за счет энергии поверхностного натяжения, которая при других способах дробления не используется. На основе этого принципа создан новый класс эффективной тепломассообмешюй техники, получившей название аппаратов с вертикальными контактными решетками (ЛВР).
Перспективность аппаратов АВР для технологии переработки нефти подтверждается успешным внедрением промышленных колонн на нефтеперерабатывающих заводах стран СНГ. Однако, в технологии промысловой подготовки нефти аппараты класса АВР пе применялись.
Вместе с тем, использование нового класса аппаратов на установках подготовки и центральных пунктах сбора нефти в процессах сепарации, стабилизации нефти, конденсации газа и стабилизации газового конденсата позволило бы повысить качество продукции, снизить потери легкого углеводородного сырья и энергозатраты на проведение процессов, а также уменьшить удельную металлоемкость промысловой тепломассообмешюй аппаратуры.
Кроме того, вовлечение в разработку и эксплуатацию в последние двадцать лет большого количества нефтяных месторождений с высоким содержанием сероводорода потребовало создания новой техники и технологии промысловой очистки жидких флюидов от сероводорода, а также решения некоторых специфических задач, таких как классификация сероводородсодер-жащих нефтей, нормирование качества товарных нефтей по остаточному со-дерясанию сероводорода, утилизация сероводородсодержащего нефтяного газа на удаленных объектах.
Прямой перенос известных конструкций аппаратов АВР из заводской в промысловую технологию невозможен в связи с ее специфическими особенностями: большой производительностью установок, высоким объемным соотношением жидкости и газа, напитаем механических примесей в нефти, сильной неравномерностью расхода сырья, высокой пенистостью нефти в условиях низких температур, неразвитой инфраструктурой объектов. В связи с этим, актуальным является создание на основе принципа газожидкостного взаимодействия на вертикальных контактных решетках новых конкурентоспособных российских разработок для технологии промысловой подготовки нефти.
Работа выполнена в соответствии с координационными планами: научно-технической программы МинВУЗа РСФСР № 641 от 10.10.86г.; программы МинНефтеІІрома «Качество» (код 53.0014.90); межвузовской научно-технической программы Госкомитета РФ и ВО «Комплексное решение проблем разработки, транспорта и глубокой переработки нефти и газа» (1996-
1997г.); проблемного Совета ЛТН РФ «Интенсификация массообменного оборудования в процессах нефтепереработки и нефтехимии» (1993-1998г.); хоздоговорных работ с предприятиями Минтопэнерго (1996-2000г.).
Цель работы - изучение основных закономерностей газожидкостного взаимодействия на вертикальных контактных решетках в условиях процессов промысловой подготовки нефти, создание на этой основе новых конструкций тепломассообменных аппаратов и технологических установок, их привязка к конкретным технологическим процессам и решение вытекающих из этого научных, инженерных и практических задач.
Основные задачи исследования. 1. Теоретические и экспериментальные исследоваїшя гидродинамики аппаратов АВР в условиях сверхвысоких жидкостных нагрузок и создание на этой основе новых конструкций аппаратов. Обобщение расчетных уравнений для определения основных гидродинамических параметров.
-
Изучение кинетики массопереноса в жидкой фазе для аппарата АВР. Анализ фазовых сопротивлений массопереносу, создание математических моделей и программ расчета основных тепломассообменных процессов технологии промысловой подготовки нефти.
-
Интенсификация процесса сепарации нефти на концевых и горячих ступенях на основе противоточного многоступенчатого сепаратора АВР.
-
Разработка на основе принципа газожидкостного взаимодействия на вертикальных контактных решетках нового класса массообменной аппаратуры для стабилизации нефти и нефтепродуктов, исследование ее эффективности. Поиск новых технологических решений проблемы промысловой стабилизации нефти.
5. Создание аппаратуры и технологии для реализации промысловой
очистки от сероводорода жидких и газообразных флюидов на объектах подго
товки нефти с высоким содержанием сероводорода.
Научная новизна. 1. Впервые изучены гидродинамические особенности работы аппаратов АВР в диапазоне высоких нагрузок по жидкости (150-400 м3/м2 ч).
-
Разработаны универсальные параметры гидродинамической структуры потоков, на основе которых получены уравнения, обобщающие гидродинамические характеристики работы АВР.
-
Разработана модель массопереноса в жидкой фазе в аппаратах с регулярно неоднородной поверхностью межфазного контакта.
-
Для процессов стабилизации нефти и нефтепродуктов выявлены зоны ректификации, в которых использование представления о «теоретической тарелке» неприемлемо, а расчеты необходимо выполнять по кинетическим коэффициентам отдельных компонентов.
-
Разработана математическая модель многоступенчатого противоточ-ного абсорбционно-десорбционного взаимодействия нефти и газа, основанная на кинетических коэффициентах отдельных компонентов.
-
Разработана математическая модель тепломассопереноса п неадиабатическом АВР с учетом испарения при водо-воздушноиспарительном охлаждении.
-
Разработана математическая модель дифференциального разгазиро-вания нефти, более точно, по сравнению с равновесной, описывающая реальный процесс сепарации нефти в промысловых аппаратах.
-
Доказана возможность холодной стабилизации эмульсионной нефти десорбционным методом в аппарате АВР.
-
Впервые изучена эффективность метода десорбционпой очистки нефти от сероводорода в аппарате АВР и доказана его высокая эффективность.
Практическая ценность. Результаты исследований позволили создать новые конструкции аппаратов АВР и технологические установки с их использованием, интенсифицирующие процессы подготовки и переработки нефти, такие как: сепарация, стабилизация, очистка от сероводорода. Аппараты и установки защищены шестью авторскими свидетельствами СССР и РФ.
Результаты работы легли в основу внедрения 13 разработок: технологического процесса однократной отдувки нефти углеводородным газом на концевой (1988г.) и горячей (1989г.) ступенях сепарации УПН Жанажольского ГГО с целью очистки нефти от сероводорода; установки отдувки нефти в двух многоступенчатых противоточных сепараторах АВР К-1/1 и К-1/2, реализующей технологический процесс глубокой дегазации нефти на Покровском ЦПС НГДУ «Бузулукнефть» (1990г.); колошш стабилизации газового конденсата Покровской компрессорной станции К-1 АО «Грифон» (1995г.); колонны глубокой дегазации нефти и очистки от сероводорода К-701 УПН Жанажольского ГПЗ (1997г.); колонны стабилизации дизельного топлива К-3, установки Л-24-6/2 ОАО «ПкНПЗ» (1997г.); колонны стабилизации газового конденсата Бобровской компрессорной станции К-201 АО «Грифон» (1997г.); колонны стабилизации нефти К-1 установки АВТ-9 (1998г.); колонны стабилизации дизельного топлива К-За, установки Л-24-6/3 ОАО «НкНПЗ» (1998г.); колонны стабилизации бензина К-4, установки 35-6 ОАО «НкНПЗ» (1998г.); атмосферной колонны К-301 Бобровской промысловой нефтеперерабатывающей установки АО «Грифон» (1998г.); колонны десорбционной стабилизации нефти К-301 на Нефтегорской УСН НГДУ «Южоренбургнефть» (1999г.).
За счет внедрения указаіпіьіх разработок получен экономический эффект в размере: 11 750 000 руб. в год для Новокуйбышевского НПЗ НК «ЮКОС»; 284 100 руб. за 1990-1992гг. для НГДУ «Бузулукнефть» ОАО «Оренбургнефть». Кроме того, по НГДУ «Бузулукнефть» в 1990-1991гг. получен экологический эффект в размере 9 270 000 руб.
Кроме того, результаты диссертации легли в основу разработки проектов шести строящихся объектов: малогабаритной блочной установки сероочистки и осушки попутного нефтяного газа для Красноярской ТХУ ОАО «Сама-
ранефтегаз»; двух колонн стабилизации бензина Тарасовской промысловой установки переработки нефти ОАО «Пурнефтегаз»; двух колонн стабилизации бензина установки производства растворителей ЗАО «Волгасинтез»; про-тивоточного сепаратора АВР для глубокой дегазации нефти на Сосновской УПН НГДУ «Кинельнефть».
Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждены на: на V-ом Всесоюзном совещании «Повышение эффективности и надежности машин и аппаратов в основной химии - Химтехпика-86», Сумы, 1986г.; отраслевом совещании «Пути сокращения потерь нефти на промыслах», Бугульма, 1986г.; VII Республиканской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов, по проблеме сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов по трубопроводам, Уфа, 1986г.; на региональной научно-практической конференции «Проблемы комплексного освоения Астраханского газоконденсатного месторождения», Астрахань, 1987г.; на X Губ-кинских чтешіях «Научные основы создашія Прикаспийского нефтегазового комплекса», М., 1987г.; Школе-семинаре «Особенности и основные направления проектироваїшя объектов сбора, транспорта и подготовки сероводородсо-держащих нефтей» Гурьев, 1988г.; на Всесоюзном совещании «Химтехника-89», Сумы, 1989г.; Совещании НТС ВИТО НГП, Самара, 1991г.; Ш Минском международном форуме «Тепломассообмен-ММФ-96», Минск, 1996г.; 1-ом международном симпозиуме «Наука и технология углеводородных дисперсных систем», М., 1997г.; международной научной конференции «Методы кибернетики химико-технологических процессов», Казань, 1999г.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 42 печатных работах, в том числе: тематический обзор 1, статей 17, тезисов докладов 18, авторских свидетельств 6.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы и приложений. Общий объем работы включает 372 стр., в том числе рис.125 и 33 табл. Список литературы включает 272 наименования.
