Введение к работе
Актуальность проблемы. Ьанимая промежуточное звено между процессами добычи и переработки нефти, процессы неф-теподготовки играют существенную роль в дальиеї'пей переработке не|)ти, ибо некачественная её подготовка, т.е. недос- . таточкое удаление воды, растворенных солей (.хлористый натрий, сульфаты кальция, калия, магния и т.д.), твердях частиц <глина, лесок, сульфид железа и т.д.) и легкой фракции из нефти приводит к весьма значительным потерям я энергозатратам на стадиях её транспортировки и переработки и в целом к ухудшению технико-экономических показателей промышленных установок (износу и коррозии оборудования, сокращению срока службы и временя межремонтных пробегов, "отравлению" дорогостоящих катализаторов, потери бензина широких фракций и т.д. is силу указанных причин и большого распространения процессов разделения НУ в неіітеподготовче, вопросы рациональной подготовки нефтяного сырья в настоящее время приобретают особо важное значение и проблема іювиїїкния технико-экономических показателей существующих установок комплексной подготовки нефти на основе системного анализа я научно-обоснованных методов является актуальной. її работе решается важная научная и прикладная проблема, посвященная течению многофазных агрегативно неустойчивых нефтяных эмульсий с разделением фаз для разработка научно-обоснованной методологии построения феноменологических описаний технологических процессов с целью их интенсификации, оптимального проектирования и управления. Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ ШШИнефтехимавтомаг за І976-І^92г.г. IЛ гос. регистрации 760557ІУ,81041170,177373^860,1776918060, І7760І3260) и ЙТПІТ АН Азербайджанской Республики за 1986-ІІ.У2 V0I.87.UU2744I, 0І.УІ.0 U338I6).
аедьы рдботч является исследование и анализ механизма явлений и гидродинамики многофазных нефтяных эмульсий и разработка научных основ расчета, моделирования и интенсификации процессов их разделения, направленных на улучшение тех-
нико-эконоыических показателей установок комплексной подготовки и первичной переработки нефти. Задачи исследования:
Теоретические исследования я системный анализ течения многофазных систем и разработка на их основе детерьшнирова-нно-стохастичес:шх описаний процессов разделения нефтяной ; эмульсии ДО) с учетом физических явления коалесценции и дробления капель при определенных гидродинамических режимах течения. физико-химических свойств' и реология дисперсной среда, ваяние для расчета, оптимального проектирования и управления процессом.
Экспериментальное исследование, математическое моделирование, идентификация и оптимизация процессов обесвожи-вакия, обессоливания и стабилизации нефти.
Исследование промежуточного эмульсионного слоя ШЭС) в структуры дисперсного потока в отстойных аппаратах 10А) в математическое описание процессов пульсаций, утоньшений я разрнв мехфаэкой пленки при коалесненции эмульгированных ' капель и стенсненный отстой последних из концентрированного потока.
Расчет и проектирование новых высокоэффективных аппаратов, позволяющие интенсифицировать процессы разделения. НЭ.
Разработка способов автоматического измерения и автоматического регулирования важнейших параметров процессов.
Научная новизна работы:
На основе системного анализа и иерархической структуры физико-химических эффектов разработаны детерыинярован-но-стохастические модели процессов разделения НЭ. Получено аналитяческоз решение уравнения Фоккера-Планка, позволяющее построить эволюцию функции распределения капель с учетом их коалесцеїщин и дробления;
На основе уравнений переноса массы и импульса разработаны модели, позволяющие расчитать толщину межфазной пленки,её пульсацию, утончение и разрыв с учетом расклинивающего и капиллярного давлений при коалесценции капель;
На основе решения уравнений переноса массы предложены
формулы для расчета частоты, столкновений капель в неоднородной поле турбулентного патока. Отмечено, что частота столкновений капель пропорциональна.степени увлечения час- ' твд пульсирующей средой, их объемной доле, удельноіі энергии диссипация z обратно, пропорциональна размеру капель.
Разработан многофункциональный сепаратор, позволяющий кроне функции сепарации: одновременно выполнять функции динамического отстоя я измерения количественных и качественных показателей НЭ;
ЗыззденО' уравнение стесненного отстоя капель из концентрированного потока. Показано-, что полученное уравнение более точно описывает существующие экспериментальные данные;
Разработана методика определения дисперсного состава НЭ, позволяющая в- зависимости от гиродинамических показателей потока определить плотность ^функцию) распределения эмульгированной воды по размерам капель;
выведено аналитическое выражение определения частоты столкновений полдисперсаых эмульгированиях капель с учетом распределения последних по- размерам;
Разработан высокоэффективный многоеекционный отстойник. Предложено уравнение ж произведен расчет производительности и оптимального чясаа Оа;
Экспериментально- гсоледован и количественно оценен ПЭС и структуры дисперсЕого потока в ОА. Даны теоретическая-и количественная оценка пульсаций, утончений и разрыв пленки при коалесценши капель в слое;
Выведено аналитическое выражение определяющее время пребьшания эмульгированных водяных капель (Э^К) в отстойных аппаратах;
Установлена количественная взаимосвязь между степенью контактирования ЭВК пластовой и промывочной пресной воды и числом Рейнольдса потока НЭ на входе процесса обессоливания;
Разработаны качественно новые математические модели, учитывающие дисперсный состав НЭ, эффективность ПЭС, динамику и физико-химические закономерности процессов и адекватно описывающие процессы термохимического обезвоживания и
- б -
обессоливания нефти.
Практическая ценность. Основные идеи, научные положення, вывода и рекомендации были использованы в разработке ряда способов измерения и управления технологическими процессами комплексной подготовки нефти, защищенными авторскими 'свидетельствам! и включены б проекты АСУ ТП ПСТатнефть", "Повховиефть", "Юганскнефтегаз", "Каспморнефтегазпром".
Результаты научных исследований и разработок были реа
лизованы:
-
На УКІШ-2 НГДУ"Азнакаевскнефть" ДО"Татнефть". Орав-нятедьный анализ экспериментальных данных, собранных с промышленной установки до и после реализации результатов ис-следовашія показал, что использовашіє предлокенкых математических моделей и алгоритмов оптимизации обеспечивает экономический эффект только на одной установке 69 тыс.руб. в год, а число подобных установок в вышеперечисленных ПО превышает 100.
-
3 проектах АОУ ТП:
установки подготовки газа для бескомпрессорного газлифта на базе микропроцессорной техники ко экономическим эффектом 100 тыс.руб. в год);
сбор и подготовки товарной нефти в Дюбендах П0"Касп-морнефтегазпром" (с экономическим эффектом 241 тис.руб. б год);
центрального пункта сбора Повховского месторождения (с экономическим эффектом 665 тис.руб. в год);
подготовка нефти, газа а воды НГДУ"1.;айскнефть" ^с экономическим эффектом 355 тыс.руб. б год).
АЩ'Обаш;я работа и публикации. Основные результаты диссертационной работы на различных этапах доложены к обсуаде-ны на: Ш школе-семинаре "По проблема автоматизации и управлению качеством продукции" Шосква 1у7й); Республиканской . научно-технической конференцій: молодых ученых и специалистов "Автоматизация производственных процессов" (Грозный, 197а); йсссовзных конференциях "Проблем^ создания и опыт внедренля автоматизированных систем управления в нефтяной, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности (Москва,I960,
ISB5,IbS0); УП Всесоюзной конференции "Математические методы з химии" (Казань, 1091); 17 Всесоюзной научно-технической конференции "САП? i«, АСУ ТП в химической промышленности (Черкассы, IbbL).
Публикации, Основное содержание диссертации отражено в, 50 научных труда, в том числе - 24 авторских свидетельств СССР.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, з которой сформулированы основной подход к проблеме, цель работы и задачи исследования, основные научные и практические результаты{ ? глаз, заключения, еыводов, списка цитируемой литературы и приложений, содержит 384 страниц, включая 43 рисунков .. 4 таблиц, библиографии из 240 наименований.