УПН на базе установки типа «heater-treater»

---

Назначение

Блочная автоматизированная установка по подготовке нефти предназначена для эффективного нагрева, обезвоживания и обессоливания нефтяных эмульсий и подготовки товарной нефти.

В настоящий момент подготовка нефти к транспортировке и дальнейшему использованию, как правило, производится двумя способами – с применением дорогостоящего комплекса оборудования, состоящего из печи нагрева нефтяной эмульсии, деэмульсатора, отстойника, сепаратора, устройства обессоливания и обезвоживания нефти, или при помощи импортных горизонтальных трехфазных сепараторов типа «heater­treater».
Используя положительный опыт эксплуатации установок сепарации нефтяных эмульсий в России, специалисты в рамках реализации программы импортозамещения разработали конструкцию комплексной установки под­ готовки нефти УПН с дополнительной секцией обессоливания, по своим характеристикам и функциональности превосходящую аналогичную продукцию ведущих иностранных производителей.

Преимущества УПН

Современные технические решения, использованные в конструкции установок, позволяют значительно сократить объемы аппаратов и их металлоемкость, совместить в одном модуле несколько технологических процессов и повысить качество подготовки нефти:

Применение топочных устройств специальной конструкции с антикоррозионным покрытием, расположенных в нефтяной среде – для интенсификации процесса нагрева эмульсии, повышения надежности и долговечности их работы;
Применение распределительных насадок подачи пресной воды и желобов в секции обессоливания – для повышения качества промывки поступающей нефти от минеральных солей;
Применение специальных гидродинамических коалесценторов – для повышения эффективности разрушения и разделения продукции скважин;

Установки оснащены современной АСУ ТП, обеспечивающей: контроль и управление технологическим процессом; повышение надежности и безопасной эксплуатации оборудования; комфортность работы персонала; повышение достоверности и оперативности сбора информации; снижение трудоемкости работ по сбору, обработке и передаче информации.

Это достигается за счет использования современных технических и программных средств управления, а также применения более точных и надежных датчиков и исполнительных механизмов.
Экономическая эффективность применения УПН обусловлена следующими факторами:
Упрощение технологической схемы подготовки нефти; экономия энергоресурсов; снижение затрат на обустройство объекта (меньшие размеры промплощадки и т. д.); приобретение и монтаж всего одного многофункционального аппарата; сокращение количества обслуживающего персонала; снижение трудоемкости работ по сбору, обработке и передаче информации о ходе технологического процесса.
Суммарные затраты на приобретение и эксплуатацию УПН являются минимальными по сравнению с комплексом оборудования или установкой типа «хитер­тритер» при более высоком качестве подготовки нефти.
Особенно преимущества УПН актуальны для небольших нефтяных месторождений.

Технические характеристики

Устройство и принцип работы УПН и ее составных частей

УПН выполнена единым модулем горизонтальной компоновки и включает блоки: технологический, регулирования, подготовки топлива, а также средства автоматизации, которые повышают эффективность управления технологическими процессами и обеспечивают контроль их основных параметров.

Технологический блок cостоит из секции нагрева и коалесценции, секции обессоливания и секции окончательной коалесценции и отбора нефти. Внутренняя поверхность сосуда защищена от коррозии специальным антикоррозийным покрытием, обеспечивающим долговечную и надежную работоспособность установки.
Поступающий поток нефти движется в установке горизонтально, что является оптимальным вариантом применительно к обработке нефти. Подобный подход облегчает каплеобразование и отделение воды по всей длине установки.

Секция нагрева и коалесценции представляет собой либо одну жаровую трубу, расположенную горизонтально, либо две жаровые трубы, расположенные вертикально, в зависимости от объема установки. Жаровые трубы находятся в эмульсионной среде и имеют специально разработанную U­образную форму с расчетной поверхностью нагрева. К одному из концов жаровых труб присоединена горелка, оснащенная пламегасителем. Розжиг горелки производится кнопкой «Розжиг», при этом включается блок искрового розжига (БИР); после включения БИР через 5–10 секунд открывается клапан­отсекатель на линии входа топливного газа к горелке с отображением наличия пламени на графическом дисплее шкафа управления.

После появления пламени поступает команда на открытие регулирующего клапана на линии входа топливного газа к горелке. В качестве топлива используется попутный газ, который поступает из установки. Пройдя через регулирующий клапан и расходомер, газ направляется в газо­сепаратор, где отделяется свободная вода, и далее – в нагревательный змеевик, расположенный в секции нагрева. Нагрев газа предотвращает конденсирование жидкости в трубопроводе системы горения. Для предотвращения прогара жаровых труб на их стенках расположены термопары, которые предупреждают повышение температуры стенки выше нормы, автоматически закрывая клапан входа топливного газа к основной горелке.

Нефтяная эмульсия поступает через входной штуцер и дроссельный клапан, с помощью которого регулируется расход жидкости. Поток направляется вокруг жаровых труб в нижнюю секцию установки. Тепло передается через стенки жаровых труб и нагревает нефтяную эмульсию, а продукты сгорания выводятся вверх через другой конец жаровой трубы. Температура нагрева эмульсии контролируется специальным датчиком, сигнал с которого также подается на регулирующий клапан входа топливного газа.

Нагревом достигаются две цели: разность плотностей нефти и воды увеличивается, а вязкость нефти уменьшается. Оба эти фактора в соответствии с формулой закона Стокса увеличивают скорость, с которой водные частицы, содержащиеся в нефти, оседают. Нефть, обладая более низкой плотностью, поднимается на поверхность водяной фазы. Уровень нефти, а также уровень раздела фаз «вода–нефть» автоматически регулируются и измеряются посредством датчиков уровня, подающих сигнал соответственно на входной клапан и на клапан сброса воды. В ходе процесса происходит также отделение газа, который направляется непосредственно вверх в газовую секцию.

Пройдя секцию жаровых труб, нефть, очищенная от большей части воды, поступает в секцию коалесценции. Секция коалесценции состоит из нескольких коалесцентных блоков, каждый из которых представляет собой сетки с определенной расчетной площадью, выполненные из нержавеющей проволоки. Расчет этих блоков­секций, их количество и размеры зависят от рабочих условий рассматриваемой установки и физико­химической композиции обрабатываемой нефти. Отверстия сеток, через которые проходит нефть, повышают число Рейнольдса, что способствует слиянию мельчайших частиц воды в более крупные капли. На самих сетках также осаждаются мелкие частицы воды, сливающиеся в крупные капли и затем выпадающие из нефти.

Применяемые коалесцентные сетки такого типа чрезвычайно практичны и эффективны в эксплуатации, препятствуют загрязнению нефти песком, осадками и асфальтенами. После коалесценции нефть переливается через разделительную перегородку в секцию обессоливания.

Секция обессоливания состоит из специальных желобов и водораспределительной системы, состоящей из коллектора подачи воды и отходящих от него трубок с распределительными насадками. Нефть стекает по желобам вниз; пресная вода, пройдя через нагревательный змеевик, расположенный в секции нагрева, подается в коллектор и через трубки с распределительными насадками впрыскивается в нефть и смешивается с ней.

Уровень нефти и уровень раздела фаз «нефть–вода» в этой части установки измеряется и регулируется с помощью датчиков уровня, подающих сигнал на соответствующие клапаны. Поверхность раздела фаз «нефть–вода» располагается ниже распределительных труб, ведущих в заключительную секцию – секцию окончательной коалесценции и отбора нефти.

Нефть и остаточная часть обессоливающей воды поступают через распределительные трубы снизу вверх в секцию окончательной коалесценции и отбора нефти благодаря давлению в сосуде и насосам, откачивающим нефть. Нефть направляется вверх, проходя через специальный блок коалесценции, и далее через нефтеотборник на выход из сосу­ да. Блок коалесценции, имеющий специальную конструкцию, отделяет оставшуюся воду от нефти перед ее выходом. Уровень нефти регулируется и измеряется датчиком уровня.

При повышении определенного уровня нефти в секции автоматически включаются насосы откачки нефти. Расход нефти на выходе измеряется расходомером. На выходной части установки предусмотрены пробоотборники для извлечения образцов жидкости с различных уровней с целью определения чистоты выходящих продуктов.

Система очистки от песка и механических примесей. При подготовке нефти в сосуде осаждается значительное количество песка и других механических примесей. Система предусматривает ручную периодическую очистку от примесей без прекращения процесса. Вода под высоким давлением выпускается из ряда инжекционных насадок в трубах, расположенных по длине аппарата. Струя воды подсекает отложения песка и удерживает его в суспензии, которая при открытии дренажных клапанов поступает в специальные накопители песка, расположенные по длине сосуда в нижней его части, откуда идет на сброс из установки.

Блок регулирования. Работа блока заключается в измерении и регулировании расхода поступающей нефтяной эмульсии. Блок регулирования представляет собой утепленное помещение, расположенное на утепленном основании. В помещении блока расположены: трубопровод входа нефтяной эмульсии, трубопровод выхода нефти, трубопровод выхода воды, емкость пробоотборников, вентилятор, обогреватель электрический, извещатели пожарные, датчики­сигнализаторы загазованности и дренажный трубопровод выносных сосудов.

Блок подготовки топлива. Блок подготовки топлива выполнен в виде утепленного шкафа, имеющего остекленные двери и штуцера входа газа из технологического блока, входа газа от постороннего источника, выхода газа с установок, выхода газа к основным и запальным горелкам, выхода газа на свечу.
В блок подготовки топливный газ поступает из технологического блока или постороннего источника, проходит очистку в фильтре, регулирование давления регулятором, регулирование расхода в зависимости от значения температуры нефтяной эмульсии в технологическом блоке регулирующим клапаном.

К горелкам топливный газ подается через последовательно установленные электромагнитные клапаны и два регулирующих клапана.

Комплекс средств автоматизации. Установка подготовки нефти оснащена системой автоматизированного управления, которая позволяет производить дистанционный и местный контроль и изменение технологических параметров, их автоматическое регулирование и функции противоаварийной защиты.

Основные функции автоматизированной системы управления

• Автоматическое регулирование технологических параметров, включающих:
  • измерение и регулирование температуры жидкости в секции нагрева;
  • измерение и регулирование давления в аппарате;
  • измерение и регулирование расхода жидкости (продукта скважин) на входе установки;
  • измерение и регулирование уровня нефти в емкости;
  • измерение и регулирование уровня раздела фаз «вода – нефть» в секции предварительного сброса воды (секция нагрева);
  • измерение и регулирование уровня раздела фаз «вода – нефть» в секции обессоливания нефти;
  • регулирование давления топливного газа на общей линии входа газа к горелкам (до основного отсекателя)
  • регулирование давления топливного газа к запальной горелке.
• Контроль и измерение технологических параметров:
  • расхода нефти на выходе установки;
  • расхода газа на выходе установки;
  • расхода пластовой воды на выходе установки;
  • расхода пресной воды на установку для обессоливания нефти;
  • температуры газа на выходе установки;
  • положение регулирующих органов клапанов;
  • давления топливного газа на входе основной горелки;
  • давления топливного газа на входе запальной горелки;
  • давления топливного газа в газосепараторе;
  • давления жидкости на входе установки.
• Автоматическое ведение журнала событий и аварийных сообщений.
• Противоаварийную защиту установки подготовки нефти.
• Предупредительную и аварийную сигнализацию при отклонениях технологических параметров от предельных значений.

Система автоматизации УПН обеспечивает:

• Местный визуальный контроль основных параметров технологического процесса;
• Автоматический вывод установки на заданный рабочий режим (продувка, контроль загазованности в топках, розжиг запальных горелок и основных горелок, вывод на режим);
• Автоматическое поддержание заданного технологического режима работы установки;
• Плановую автоматическую остановку установки;
  • повышение загазованности в помещениях блоков регулирования и подготовки топлива;
  • повышение давления эмульсии на входе в установку;
  • понижение уровня эмульсии в секции нагрева;
  • снижение разряжения в дымовых трубах;
  • снижение давления топливного газа перед горелками;
  • повышение давления топливного газа перед горелками;
  • погасание пламени в топках;
  • повышение температуры нагрева эмульсии;
  • снижение расхода нагреваемого продукта;
  • повышение температуры уходящих дымовых газов;
  • неисправности каналов контроля пламени;
  • отключение электроэнергии.Аварийную автоматическую остановку и блокировку программы пуска установки с подачей звуковой и световой сигнализации при отклонении от установленных значений основных технологических параметров:

Комплект поставки УПН

• блок технологический;
• блок регулирования;
• блок подготовки топлива;
• горелочные устройства;
• трубы дымовые;
• площадки обслуживания;
• лестница;
• средства автоматизации установки.

УПН поставляется в максимальной заводской готовности к эксплуатации. Проводятся пусконаладочные работы и сервисное обслуживание.

Процесс сжигания топливного газа в УПН обеспечивает минимальное содержание в продуктах сгорания окиси углерода и окислов азота согласно требованиям ГОСТ 21204 и ГОСТ Р 50591.

УПН с выносным подогревателем

---

Назначение

Установка подготовки нефти с использованием выносных подогревателей предназначена для нагрева, обезвоживания и обессоливания нефтяных эмульсий и эффективной подготовки товарной нефти.

В настоящий момент подготовка нефти, как правило, производится с применением дорогостоящего комплекса оборудования, состоящего из печи нагрева нефтяной эмульсии, электродегидраторов, отстойника, сепаратора, устройства обессоливания и обезвоживания нефти, или при помощи импортных горизонтальных трехфазных сепараторов типа «heater­treater», со встроенным трубным нагревателем прямого нагрева.
В рамках реализации программы импортозамещения специалисты разработали конструкцию установки подготовки нефти УПН с выносным подогревателем, используя для нагрева нефти поступающей на подготовку, промежуточный теплоноситель. В качестве промежуточного теплоносителя может быть применена вода, антифриз и т. д. в зависимости от климатических условий размещения установки.
Подогреватели для нагрева нефти, поступающей на подготовку, подбираются по производительности и могут быть использованы путевые подогреватели, типа ППТ­0,2; ПП­0,63; ПБТ­1,6.

В комплект установки УПН входят:

• блок технологический,
• блок регулирования,
• подогреватель входящего потока нефти с промежуточным теплоносителем в зависимости от производительности УПН,
• лестница и площадки обслуживания,
• средства автоматизации установки.

Преимущества УПН:

• Применение автономного подогревателя нефти с промежуточным теплоносителем повышает безопасность, надежность и долговечность работы в процессе подготовки нефтей;
• Применение специальных секций коалесценции повышает эффективность разрушения и разделения продукции скважин поступающей на подготовку нефти;
• Применение промывочного устройства специальной конструкции в секции обессоливания – для повышения качества промывки поступающей нефти от присутствующих солей;
• Применение устройств для очистки технологического аппарата от песка и механических примесей;
• Установки оснащаются КИПиА современной АСУ ТП, обеспечивающей: контроль и управление технологическим процессом; повышение надежности и безопасности эксплуатации оборудования; комфортность работы персонала; повышение достоверности и оперативности сбора информации; снижение трудоемкости работ по сбору, обработке и передаче информации. Это достигается за счет использования современных технических и программных средств управления, а также применения более точных и надежных датчиков и исполнительных механизмов.

Схема установки подготовки нефти УПН: