Тема 1. Выбор конструкции и расчет объема электродегидратора. Разновидности. Преимущества и недостатки.

Модуль 1. Электродегидраторы. Последовательность расчета электодегидратора.

 

 

В настоящее время наибольшее применение на установках электрообессоливания получили горизонтальные электродегидраторы. Преимущества их по сравнению с использовавшимися ранее вертикальными и шаровыми электродегидраторами следующие:

1) высокая удельная производительность;

2) более благоприятные условия осаждения, которые можно оценить отношением S/V (где S - средняя площадь горизонтального сечения, м²; V - объем электродегидратора, м³); чем больше S/V, тем лучше условия осаждения, так как снижается линейная скорость вертикального движения нефти и водяным каплям легче осаждаться;

3) меньшая стоимость за счет сравнительно небольшого диаметра электродегидраторов, способных работать при повышенных давлениях и температурах;

4) меньшее количество электрооборудования и более простая электрическая схема.

Для эффективного отстоя должно соблюдаться соотношение

, (1.1)

где τ- время пребывания нефти в электродегидраторе, ч;

τ_ос - время, необходимое для осаждения капелек воды, ч.

Время пребывания нефти в электродегидраторе определяется по формуле

Τ=h_э/и_н, (1.2)

где h_э – высота слоя эмульсии, м;

и_н, - скорость движения нефти при нижней ее подаче, м/ч.

Время, необходимое для осаждения капель воды

Τ_ос=h_э/и_факт = h_э/( и_пок-и_н) , (1.3)

где и_пок, и_факт – скорость осаждения капель воды в неподвижной среде и фактическая скорость осаждения капель воды в потоке поднимающейся нефти, м/ч.

Подставив формулы (1.2) и (1.3) в неравенство (1.1), получим

и_пот – и_н ≥ и_н , и_пот ≥ 2и_н (1.4)

Таким образом, линейная скорость движения нефти в электродегидраторе должна быть как минимум в два раза меньше рассчитанной скорости осаждения капелек воды. Для гарантированного осаждения можно рекомендовать двухкратный запас, т. е. и_пот ≥ 4и_н (1.5)

Скорость осаждения капелек воды и_пок в неподвижной среде при ламинарном характере движения (Re от 2 до 10^-4) определяется формулой Стокса:

(1.6)

где d - диаметр наименьших капелек воды, м; ρ_в и ρ_н - плотности воды и нефти соответственно при температуре отстоя, кг/м³; ν_н - кинематическая вязкость нефти при температуре отстоя, м²/с .

При использовании этой формулы для определения скорости осаждения капелек воды необходимо проверить значение Re по формуле :

Re = u_пок d/ν_н (1.7)

 

Должно соблюдаться условие 10^-4 ≤Re≤0,4÷2,0.

При Rе>500 осаждаются относительно крупные капли (d>0,1 мм), и скорость осаждения будет равна

(1.8)

Зная и_пок,по уравнению (1.5) определим и_н и необходимое поперечное сечение электродегидратора S = G/u_н.

Для изготовления проходных изоляторов используют эбонитовые втулки или фторопласт (типа 2ТИФ). Для дегидраторов типа 2ЭГ применяют изоляторы типа 2ИПФ. Наиболее подходящим материалом в условиях высоких температур (до 250 °С) является полимер тетрафторэтилена – фторопласт-4. Подвеска электродов осуществляется либо на эбонитовых тягах, либо на гирляндах из фарфоровых изоляторов (ПФ6-В, П-4,5) или стеклянных гирляндах (ПС-4,5). В электродегидраторе 2ЭГ160, рассчитанном на повышенные рабочие параметры, применены подвесные изоляторы ПФ6-В. Питание электродов дегидраторов на отечественных установках производительностью 6 млн. т в год осуществляется от двух трансформаторов типа ОМ-66/35 с номинальным напряжением 0,38/11-16,5-22 кВ. Мощность трансформатора в зависимости от напряжения составляет 40-50 кВт. При последовательном включении вторичных обмоток трансформаторов можно получить между электродами различное напряжение: 2; 27,5; 33; 38,5 или 44 кВ.

В большинстве случаев напряжение, подводимое к электродам, имеет промышленную частоту. Расстояние между электродами l составляет 10-40 см. При увеличении l объем обрабатываемой эмульсии увеличивается, но напряженность поля падает. Расстояние между электродами может быть изменено путем передвижения одного из электродов (например, нижнего) на тягах. Электрическая проводимость сырой нефти при 90-120°С колеблется в пределах от 0,5·10⁸ до 12·10⁸ Ом/см. Расход электроэнергии на таких установках составляет 2,5- 5,0 кВт на 1000 м³ переработанной нефти.

Взаимодействие между каплями воды можно увеличить, если повысить напряженность поля Е, поскольку при этом растет поляризация капель и силы дипольного притяжения увеличиваются пропорционально E². Однако при чрезмерном повышении напряженности поля возможно электрическое диспергирование капель. По мере роста Е длина капли увеличивается и при достижении критической напряженности происходит диспергирование на множество мельчайших капель радиусом 10^-7- 10^-8 см (0,1-0,01 мкм).

Напряженность поля Е (В/см) в межэлектродном пространстве равна

E = U/l, (1.9)

где U - напряжение, В;

l - расстояние между электродами, см.

Критическая напряженность поля Е_кр определяется по уравнению

(1.20)

где Е_кр-критическая напряженность, В/см; σ - коэффициент межфазного поверхностного натяжения, мН/м; d -диаметр капли, см; ε -диэлектрическая проницаемость эмульсин; А - коэффициент пропорциональности (зависит от концентрации эмульсии): для одиночной капли А=380, а при концентрации эмульсии 5, 10 и 20% величина А соответственно равна 382, 391 и 403).

В электродегидраторе должно выполняться условие

E<Е_кр (1.21)

в противном случае необходимо либо уменьшить напряжение на электродах, либо увеличить расстояние между ними. На промышленных дегидраторах напряженность поля составляет 800-2000 В/см.