Оборудование для очистки и подготовки сточных вод

Рис. 4.19. Схема электродегидратора

Рис. 4.17. Отстойник с горизонтальным движением нефти

Рис. 4.16. Отстойник с вертикальным движением потока нефти

Рис. 4.14. Отстойники для гравитационного холодного отстаивания непрерывного действия

Рис. 4.13. Гравитационное холодное отстаивание с периодическим режимом

а – горизонтальный; б – вертикальный; в – наклонный; г – конический

 

Термическое обезвоживание нефти. При повышении температуры водно-нефтяной эмульсии до 50-100°С снижается прочность оболочки на поверхности частицы воды, что облегчает слияние глобул (капель) воды. При этом увеличивается скорость оседания частиц при отстаивании. Нагрев нефти осуществляется в теплообменниках или печах перед отстойниками или непосредственно в установках-деэмульсаторах.

Химическое обезвоживание нефти. Этот метод основан на разрушении эмульсий при помощи химических реагентов-деэмульсаторов, которые подаются в нефтесборный трубопровод, отстойник или в резервуар. В качестве деэмульсаторов используют поверхностные активные вещества (ПАВ) (дипроксамин, проксамин, дисолван, сепарол, полиакриламид и др.) в количестве от 5 до 60г на 1т нефти.

Деэмульгатор должен выполнять следующие требования:

- быть:

а) высокоактивным при малых удельных его расходах;

б) дешёвым и транспортабельным;

- хорошо растворяться в воде или нефти;

- не ухудшать качества нефти;

- не менять свойств при изменении температуры.

Эффект деэмульсации зависит от интенсивности перемешивания деэмульгатора с эмульсией и температуры смешивания.

Деэмульгатор подаётся с помощью дозировочного насоса.

Электрическое обезвоживание и обессоливание нефти. При прохождении эмульсии через электрическое поле капли воды и солей стремятся к электродам. Происходит разрушение адсорбированных оболочек капель, что облегчает их слияние при столкновениях и увеличивает скорость деэмульсации. Такие установки называют электродегидраторами. Работают они при частоте 50Гц и напряжении на электродах 10-45 кВ.

Комбинированные методы обезвоживания нефти. В сочетании с гравитационным отстаиванием применяют различные комбинации методов обезвоживания нефти, например: термическое и химическое, термическое и электрическое.

Отстойники. Предназначены для отстоя нефтяных эмульсий, разделения их на нефть и пластовую воду. В основном используются горизонтальные отстойники: ОГ-200; ОГ-200С; ОВД-200 и ОБН-3000/6 и др.

Условное обозначение: ОГ – отстойник горизонтальный; 200- объём в м³; ОВД – отстойник с вертикальным движением жидкости; ОБН – отстойник блочный нефтяной; 3000 – пропускная способность в м³/сут.; 6 – рабочее давление в кгс/см².

В настоящее время отечественной и зарубежной промышленностью предлагается большой ассортимент подобного оборудования с пропускной способностью до 1900м³/сут. И более для работы с любым составом продукции скважины по воде, газу, нефти и т.д.

Отстойники, применяемые на термохимических обезвоживающих установках, должны обеспечить на выходе из аппарата остаточное содержание воды в нефти не более 1%, и соответственно остаточное содержание солей и механических примесей в товарной нефти не должно превышать 100-1800 мг/л, или 0,05%. Требования к качеству платовых вод, дренируемых из аппаратов обезвоживания и обессоливания нефти, не предъявляются.

Рис. 4.15. Схема горизонтального отстойника

1 – сепарационный отсек; 2 – сборник нефти; 3 – отстойный отсек; 4 – регулятор уровня нефть-вода; 5 – козырьки; 6 – распределитель эмульсии;I – эмульсия; II – газ; III – нефть; IV – вода.

 

Иногда при обработке нефти на ступени обезвоживания необходимо отделить свободный газ, выделившийся при нагревании нефти и некотором снижении общего давления в системе. Для отделения газа из нагретой нефтяной эмульсии перед отстойниками устанавливают специальные сепараторы или же предусмотрен отбор газа непосредственно из отстойника.

Конструктивно горизонтальный отстойник (рис.4.15) представляет собой горизонтальную цилиндрическую ёмкость, в которой установлена перегородка, разделяющая на два отсека: сепарационный и отстойный, которые сообщаются с помощью двух коллекторов-распределителей, расположенных в нижней части корпуса. В верхней части сепарационного отсека установлены распределитель эмульсии со сливными полками и сепаратор газа.

В нижней части отстойного отсека расположены два трубчатых перфорированных коллектора. В верхней – четыре сборника нефти, соединённых со штуцерами вывода нефти из аппарата.

Отстойник оснащён приборами контроля за параметрами технологического процесса, регуляторами уровня раздела фаз, предохранительной и запорной арматурой.

Подогретая нефтяная эмульсия с введённым реагентом-деэмульгатором поступает в распределитель эмульсии сепарационного отсека и по сливным полкам корпуса стекает в нижнюю часть отсека. Газ, выделившийся из нефти в результате её нагрева и снижения давления, проходит через сепаратор и при помощи регулятора уровня нефть-газ отводится в газосборный трубопровод.

Нефтяная эмульсия из сепарационного отсека поступает в отстойный по двум перфорированным коллекторам. Поднимаясь в верхнюю часть отсека, происходит разделение нефти и пластовой воды. Обезвоженная нефть поступает в сборный коллектор и выводится из аппарата.

Отделившаяся от нефти вода через переливные устройства поступает в водосборную камеру и с помощью регулятора уровня пластовая вода-нефть сбрасывается в систему подготовки дренажных вод.

1 – распределитель эмульсии; 2 – отбойник; 3 – сборник нефти; 4 – сборник воды; I – эмульсия; II – нефть; III – вода.

 

Отстойник с вертикальным движением нефти (рис. 4.16)предназначен для разделения водно-нефтяных эмульсий при больших удельных нагрузках и необходимости получения нефти высокого качества, особенно при небольших разностях плотностей нефти и воды.

Главным элементом отстойника является низконапорное входное распределительное устройство, состоящее из двух поперечных коллекторов с 16 перфорированными трубами (по четыре в ряд) и отбойными устройствами под ними.

Отстойники с горизонтальным движением нефти (рис. 4.17) предназначен для разделения расслаивающихся потоков крупнодисперсных водно-нефтяных эмульсий в случае возможного выделения некоторого количества газа.

 

I– эмульсия; II –нефть; III –вода.

 

Для термохимического обезвоживания нефти широко используют оборудование с подогревательными устройствами, установленными в корпус отстойника. Такое оборудование называют деэмульсаторами.

Вертикальные деэмульсаторы применяются при подготовке нефти на промыслах при обустройстве мелких месторождений и отдельных раздробленных участков. Они имеют преимущества, когда есть ограничения по площади при размещении оборудования (морские месторождения, болотистые районы, районы вечной мерзлоты и т.д.). Ряд зарубежных фирм выпускает большой ассортимент вертикальных деэмульсаторов, отличающихся компоновкой, размерами, числом и типов нагревателей.

Рис. 4.18. Деэмульсатор

1 – дымовая труба; 2 – змеевик для подогрева топливного газа; 3, 4 – газосепараторы; 5 – сборник нефти; 6 – козырьки; 7 – патрубок; 8 – распределитель эмульсии; 9 – теплообменный кожух; 10 – жаровая труба; 11 – фланец; 12 – горелочное устройство; I – эмульсия; II – газ; III – нефть; IV – вода.

 

Горизонтальные деэмульсаторы позволяют производить сепарацию эмульсии в отсеке нагрева с помощью теплообменного кожуха или гидроциклонного ввода. Деэмульсаторы выпускаются объёмом корпуса 50-160м³, производительность достигает 3000м³/сут. Распределение эмульсии в отсеке отстоя происходит с помощью сеток или коалесцирующих насадок.

В нашей стране выпускаются блочные автоматизированные деэмульсаторы: ДГ-1600, «Тайфун 1-400», УДО-3 и др.

На рис. 4.18 показана принципиальная схема деэмульсатора. С торцевой части нагревателя вмонтированы две U-образные жаровые трубы 10, которые помещены в специальный кожух-оболочку 9, выполняющий роль теплообменника. Водно-нефтяная эмульсия, предварительно нагретая в этом теплообменнике, поступает через нижние прорези в отсек нагрева, где омывая жаровую трубу, нагревается до заданной температуры. Нагретая обводнённая нефть через отверстие в перегородке переливается в зону отстоя и с помощью распределительного устройства 8 с козырьками 6направляется через слой отделившейся воды ко всему объёму отстойной зоны.

Обезвоженная нефть, поднимаясь, попадает в сборник чистой нефти 5 и оттуда по специальным вертикальным отводам через разгрузочный клапан выводится из аппарата. Газ, выделившийся в зоне нагрева, поступает в сепаратор 3 и затем через гидрозатвор попадает в отсек отстоя, где вместе с газом, дополнительно выделившимся из нефти, через сепаратор 4 отводится с установки через регулятор давления. Вода из аппарата выводится через патрубок 7,вмонтированный в нижней образующей аппарата.

Для электрического обезвоживания и обессоливания нефти используются электродегидраторы. (рис. 4.19).

 

1 – распределитель эмульсии; 2 – электроды; 3 – сборник нефти; 4 – подвесной изолятор; 5 – высоковольтный трансформатор; 6 – реактивная катушка; I – ввод эмульсии; II – нефть; III – вода.

Электродегидратор представляет собой отстойник с вертикальным движением нефти с вводом двух горизонтальных электродов, на которое подаётся регулируемое напряжение до 44кВ. Пропускная способность электродегидратора по сырью составляет 12000м³/сут.

Распространение получили горизонтальные электродегидраторы с нижним вводом сырья. На нефтеперерабатывающих заводах, кроме этих основных аппаратов, используют и электродегидраторы, имеющие комбинированный ввод эмульсии, т.е в слой дренажной воды и в межэлектродную зону.

 

Для очистки воды после отделения от нефти используются отстойники, резервуары с двулучевым распределением потока, резервуары с гидрофобным фильтром, резервуары-флотаторы, мультигидроциклоны.

 

Рис. 4.20. Резервуар с двулучевым устройством распределения потока:

1 – перфорированное двулучевое входное распределительное устройство; 2 – сифонный кран; 3 – экранирующий лоток; 4 – стояк; 5 – антисифонное устройство; 6 – гидрозатвор; 7 – выходное распределительное устройство.

 

 

Рис. 4.21. Резервуар-отстойник с жидкостным гидрофобным фильтром:

1 – перемычка для слива из резервуара загрязнённого промежуточного слоя; 2 – нефтеотводящая труба; 3, 4 – элементы устройства (люков) для отвода нефти; 5, 10 – блоки; 6, 9 – датчики уровня (поплавки); 7 – устройства для распределения очищаемой воды в жидком гидрофобном фильтре (слой нефти); 8 – щелевые отверстия; 11 – крыша резервуара; 12 – шток; 13 – подвижный патрубок; 14, 15 – восходящие и нисходящие трубы (сифон); 16 – выход из резервуара очищенной воды; 17, 18, 21 – задвижки; 19 – устройство для отбора очищенной воды; 20 – подводящий трубопровод.

 

Рис. 4.22. Резервуар – флотатор

1 – ввод на очистку (вместе с растворённым газом); 2 – отвод уловленной нефти; 3 – стальной вертикальный резервуар; 4 – кольцевой желоб для сбора нефти; 5 – флотационная зона; 6 – отстойная зона и ввод воды на очистку (вместе с растворённым газом); 7 – отвод газа; 8 – отвод очищенной воды; 9 – отвод шлама из отстойной зоны; 10 – отвод осадка из флотационной зоны.

 

На рис. 4.20 – 4.22изображены конструкции используемого оборудования.

Сточная вода, освободившись от эмульгированных глобул нефти и механических примесей, движется в направлении выходного распределительного устройства 7(рис. 4.20.). Очищенная вода через гидрозатвор 6 выводится из резервуара. Благодаря гидрозатвору с антисифонным устройством 5 исключена возможность случайного слива уловленной нефти с потоком очищенной воды. Слив жидкости из резервуара прекращается по достижении уровня жидкости верхней части колена гидрозатвора.

Для предотвращения замерзания в зимнее время гидрозатвор смонтирован внутри резервуара-отстойника и имеет небольшую высоту, благодаря чему уровень налива жидкости может изменяться, т.е. резервуар одновременно является буферной ёмкостью.

Уловленная нефть периодически или непрерывно выводят из резервуара-отстойника через стояк 4, закрыв задвижку. Полностью воду из резервуара сливают через сифонный кран 2, при этом предварительно сливают уловленную нефть через стояк 4. Резервуар-отстойник работает в динамическом (проточном) режиме отстаивания. Двулучевые распределительные устройства ввода и отбора жидкости обеспечивают оптимальные условия всплытия нефти и оседания механических примесей. Это наиболее простое и надёжное оборудование для очистки и подготовки нефтепромысловых сточных вод на объектах с большими объёмами формирования стоков.

Резервуары-отстойники с гидрофобным жидкостным фильтром разработаны на базе РВС-2000, 3000 и 5000 производительностью 2500, 4000 и 8000 м³/сут. соответственно.

Вода через распределительное устройство подаётся в слой нефти, высота которой поддерживается в заданных пределах гидрозатвором и нефтеотводящей трубой. Пройдя слой нефти, вода движется вниз к кольцевому сборному трубопроводу, в котором просверлены отверстия диаметром 30 и с шагом 550мм. Кольцевой трубопровод соединён в центре с отводящим трубопроводом очищенной воды. Отводящий трубопровод с внешней (или внутренней) стороны резервуара связан с гидрозатвором, регулирующим уровень слива воды в отстойнике.

Резервуары-флотаторы разработаны на базе стальных вертикальных резервуаров РВС-1000, 2000 и 5000 с применением в качестве флотоагента природного нефтяного газа, растворенного в очищаемой пластовой воде или дополнительно подаваемого в воду до её очистки. Объём флотационной зоны рассчитан на пребывание в ней очищаемой воды в течение 20мин. Схема резервуара-флотатора представлена на рис. 4.22.

В основу аппарата заложен метод образования пузырьков газа в очищаемой газонасыщенной воде при поступлении в аппарат по мере снижения давления в системе. Пузырьки газа, выделяясь из воды, флотируют на своей поверхности взвешенные частицы и нефтепродукты.

В блочных автоматизированных установках очистки сточных вод применяют напорные отстойники полые, с гидрофобным коалесцирующей насадкой насыпного или патронного типа.

Время пребывания очищаемой воды в отстойнике 1,5-2,0ч. Расчётное остаточное содержание нефти (нефтепродуктов) 30-50мг/л; механических примесей – до 40мг/л. Уловленная нефть выводится автоматически. Шлам из отстойника отводят периодически один раз в 3-5дней.

Отстойник с коалесцирующим фильтром представляет собой горизонтальную цилиндрическую ёмкость, разделённую на ряд поперечных отсеков, два из которых заполнены гранулированным полиэтиленом с размером зёрен 4-5мм.

Производительность отстойника 1200-1500м³/сут. при рабочем давлении 0,2-0,6МПа. Коалесцирующий фильтр-отстойник рассчитан на очистку сточной воды, содержащей: нефти до 500-2000мг/л и механических примесей до 50-70мг/л. Остаточное содержание нефти 15-20мг/л и механических примесей до 15мг/л при скорости фильтрации до 11м³/ч. Недостатком этого отстойника является то, что при засорении возникает необходимость подачи в очищаемую воду 5-10% (по объёму) дисперсии керосина в течении 30мин.

Мультигидроциклоны предназначены для очистки нефтепромысловых сточных вод от нефти, твёрдых механических примесей, а также для удаления газов.

Очистка воды происходит в результате подачи в распределительную камеру, где происходит отделение крупных частиц механических примесей. Вода проходя через заборники в гидроциклоны, получает вращательное движение. Механические примеси, отброшенные центробежной силой к периферии вращающегося потока, через нижнее отверстие гидроциклона удаляются в шламосборник с определённой частью воды.

Механические примеси, поступившие в шламосборник, оседают на его дно и по мере накопления периодически, через 1-2сут., с небольшим количеством воды сбрасывается в шламонакопитель.

Мультигидроциклон одновременно с очисткой дегазирует очищаемую воду, поэтому отпадает необходимость в ёмкости-дегазаторе.