Подогрев высоковязких нефтей

ПОДОГРЕВ ВЫСОКОВЯЗКИХ НЕФТЕЙ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            Уфа

           2013 г.

 

Содержание

 

  

Введение

В настоящее время добываются значительные объемы нефтей, обладающих высокой вязкостью при обычных температурах или содержащие большое количество парафина и вследствие этого застывающие при высоких температурах. Перекачка таких нефтей по трубопроводам обычным способом затруднена. Поэтому для их транспортировки и хранения применяют специальные методы:  

1. перекачку с разбавителями;
2. гидротранспорт высоковязких нефтей;
3. перекачку термообработанных нефтей;
4. перекачку нефтей с присадками;
5. перекачку предварительно подогретых нефтей.

  Подогрев нефти – многогранная и серьезная проблема для многих нефтедобывающих компаний. Нагревать нефть приходится довольно часто – в различных условиях и для различных целей: перед узлами учета, при зимней эксплуатации низкодебитных скважин и в ряде других случаев.

Если светлые нефтепродукты  (бензин, керосин) легко транспортируются по трубопроводам в любое время года и операции сними не вызывают особых затруднений, то операции с темными нефтепродуктами (мазутом, смазочными маслами) вызывают значительные трудности. Объясняется это тем, что темные нефтепродукты при понижении температуры воздуха становятся более вязкими и транспортирование их без подогрева становится невозможным. Подогрев осуществляется как при хранении, так и при транспортировке, приемо- раздаточных операциях. 
Для подогрева применяют различные теплоносители: водяной пар, горячую воду, горячие газы и нефтепродукты, электроэнергию. Наибольшее применение имеет водяной пар, обладающий высоким теплосодержанием и теплоотдачей, легко транспортируемый и не представляющий пожарной опасности, обычно используют насыщенный пар давлением 0,3-0,4 МПа, обеспечивая нагрев нефтепродукта до 80-100С.

Использование теплоты на нефтебазах

Теплота на нефтебазах используется на производственные цели и отопительные. Производственные цели – обеспечение текучести нефтепродуктов (нефтей), регенерация масел, зачистка резервуаров и транспортных емкостей, обезвоживание уловленных нефтепродуктов и нефтей в очистных сооружениях и в других случаях и отопительные цели.

Источники теплоты и теплоносители

Источники теплоты:

1. Котлы, котельная – водяные, паровые, пароводяные;

2. Электроэнергия;

3. Теплота выхлопных газов;

Теплоносители:

1. Пар (до 6 кгс/см2, 140-150°С);

2. «Острый» пар – открытая струя пара, которая направляется, например, в нефтепродукт. Масла нельзя греть «острым» паром, а вот мазут, цистерну – можно.

3. Горячая вода – чаще всего в системах отопления. В производственных целях горячую воду используют при зачистке резервуара.

4. «Перегретая» вода – t = 110°С;

5. Электрический ток;

6. Газы ДВС.

Горячую воду- применяют в тех случаях, когда ее имеется большое количество, так как теплосодержание воды в 5-6 раз меньше теплосодержания насыщенного пара.

Горячие газы- имеют ограниченное применение, т.к. они отличаются малой теплоемкостью, низким коэффициентом теплоотдачи, а так же трудно организовывать их сбор; используются лишь при разогреве нефтепродуктов в автоцистернах и трубчатых подогревателях на НПЗ.

Горячие масла-  в качестве теплоносителей в случаях когда требуется разогреть тугоплавкие нефтепродукты теплоносителем с высокой температурой вспышки- для которых не возможен разогрев горячей водой или паром.

 Электроэнергия- один из эффективных теплоносителей, однако при использовании электронагревательных устройств необходимо соблюдать противопожарные требования. Обнаженная электрическая грелка с накаленной проволокой способна вызвать воспламенение паров нефтепродуктов.

 Подогрев острым (открытым) паром- заключается в подаче насыщенного пара непосредственно в нефтепродукт, где он конденсируется, сообщая нефтепродукту необходимое тепло. Этот способ применяют главным образом для разогрева топочного мазута при сливе из ЖДЦ. Недостаток данного способа- необходимость удаления в дальнейшем воды из обводненного нефтепродукта.

Подогрев трубчатыми подогревателями- заключается в передаче тепла от пара к нагреваемому продукту через стенки подогревателя. Здесь исключается непосредственный контакт теплоносителя с нефтепродуктом, пар поступая в трубчатый подогреватель отдает тепло нефтепродукту через стенку подогревателя, а сконденсировавшийся пар отводится наружу, благодаря чему исключается обводнение нефтепродукта.

Циркуляционный подогрев- основан на разогреве нефтепродукта тем же нефтепродуктом, но предварительно подогретым в теплообменниках. Циркуляционный подогрев применяют в основном при обслуживании крупных резервуарных парков, а так же ЖДЦ.

 

Теплоиспользующее оборудование (теплообменники)

Основным средством использования теплоты являются различного рода теплообменники. В резервуарах широко распространены секционные подогреватели, установка которых показана на рисунке 1:

Рисунок 1. 1 – резервуар; 2 – подъемные трубы; 3 – приемо-раздаточные патрубки; 5 – секционный подогреватель; 6 – паропровод; 7 – конденсатопровод.

Существуют типоразмеры секционных подогревателей в зависимости от поверхности нагрева.

Для отопительных целей используются

1. радиаторы;

2. гладкие трубы;

3. ребристые трубы;

4. калориферы.

Для обеспечения полной конденсации пара в теплообменниках и нормальной работы конденсатопроводов на выходе из паровых теплообменников устанавливаются конденсатоотводчики (конденсационные горшки). По принципу действия различают поплавковые (в корпусе присутствует поплавок, всплывающий и открывающий клапан для конденсата, но закрывающий клапан для пара) и термические конденсатоотводчики. Основным элементом термического конденсатоотводчика является сильфон, заполненный низкокипящей жидкости (менее 100°С). Сильфон – это гофрированный корпус. 
Способы и средства подогрева нефтепродуктов

А) В резервуарах.

Различают способ общий и местный подогрев. При общем подогревается вся масса нефтепродукта, а при местном только его часть, предназначенная для выдачи-отпуска. В качестве средств подогрева используются:

1. трубчатые теплообменники, которые конструктивно могут выполняться как секционные и змеевиковые.

           рисунок 2

Наиболее распространены секционные подогреватели, типоразмеры которых приведены в справочной литературе.

2. блоки электронагревательные резервуарные (БЭР) – используются в горизонтальных резервуарах и горизонтальных небольшой емкости (100-200 м3).

На выходе из секционных подогревателей рекомендуется устанавливать конденсатоотводчики, которые бывают 2 типов: поплавковые и термические. Назначение конденсатоотводчиков – для полной конденсации пара в теплообменниках (для полного использования его теплосодержания).

Б) в транспортных емкостях.

Общий подогрев – один метод:

1. К стационарным относятся трубчатые подогреватели и паровые рубашки в ж/д цистернах;

    Рисунок 3.

2. К мобильным относятся ж/д, паро- и электрогрелки, электронагревательные ленты типа ЭНГЛ. Ленты служат для внешнего нагрева емкостей, а также трубопроводов и арматуры. Для ускоренного подогрева нефтепродукта в ж/д цистернах используются комбинированные устройства. Например, паровой гидромеханический подогреватель типа ПГМП, в котором кроме подогревателя имеется винт для создания струи нефтепродукта. Пример второго комплексного устройства – установка циркуляционного подогрева.

Рисунок 4. 1 – котел цистерны, 2 – нижнее сливное устройство, 3 – центробежный циркуляционный насос, 4 – теплообменник, 5 – переносный подогреватель типа ПГМП.

Для условий холодного климата и с целью экономии тепловой энергии можно использовать комбинированные системы подогрева. Типовая схема показана на рисунке.

Рисунок 5.

В) технологические трубопроводы.

В трубопроводах используется распределенный подогрев, который называется путевым подогревом. Различают внешний и внутренний путевой подогревы. Во внешнем тепло подводится с внешней стенки трубопровода, во внутреннем – внутри.

Внешний подогрев:

Рисунок 6

Внутренний подогрев:

Рисунок 7

 

 

Подогрев вязких и застывающих нефтепродуктов

 Подогрев вязких и застывающих  нефтепродуктов производят при  проведении технологических операций  по приему, отпуску и регенерации  нефтепродуктов с целью увеличения  их текучести и уменьшения  гидравлического сопротивления  при перекачке. Для подогрева  используют водяной насыщенный  пар, перегретую промтеплофикационную  воду или электроэнергию. Конструкции  подогревателей различаются в  зависимости от назначения и  принципа действия. В основном  рекомендуется использовать подогреватели  следующих типов: стационарные и  переносные; общие и местные; трубчатые, циркуляционного подогрева; паровые, электрические и др. Подогреватели предназначены для обеспечения бесперебойного круглогодичного приема и отпуска вязких нефтепродуктов с температурой вспышки паров выше 45 °С.

  Для подогрева вязких нефтепродуктов в вертикальных резервуарах используются, как правило, стандартные секционные трубчатые подогреватели, а в горизонтальных резервуарах - также змеевиковые подогреватели.

    Подогреватели должны:

• обеспечивать подогрев вязких нефтепродуктов или поддержание оптимальной температуры для необходимой производительности перекачки;

• обеспечивать экономное расходование пара и электроэнергии;

• быть технически исправными, простыми в монтаже и ремонте.

Вязкие нефтепродукты подогревают в железнодорожных цистернах и в резервуарах до температуры, при которой обеспечиваются минимальные затраты на подогрев и перекачку. Выбор исходных данных для определения оптимальной температуры подогрева зависят от конкретных условий слива-налива, температуры нефтепродукта и окружающей среды, а также от свойств нефтепродукта и т.п.

 При самотечном сливе-наливе  нефтепродуктов оптимальная температура  подогрева определяется исходя  из условий обеспечения слива-налива  железнодорожных и автомобильных  цистерн, судов в установленные  сроки.

При принудительном сливе и наливе оптимальная температура подогрева выбирается, исходя из условия обеспечения всасывания насоса и минимальных затрат на подогрев и перекачку.

За оптимальную температуру подогрева нефтепродукта при наливе автоцистерн принимается такая температура, при которой слив его в пункте назначения возможен без подогрева.

  При комбинированном способе подогрева оптимальной температурой подогрева считается такая, которая обеспечивает самотечное заполнение транспортных средств в установленное время (при суточной реализации данного вида нефтепродукта более 3 т).

При нагреве нефтепродукта с помощью стационарных секционных пароподогревателей давление насыщенного пара не должно превышать 0,4 МПа, а с помощью переносных - 0,3 МПа.

В экстренных случаях, при необходимости подогрева высоковязких нефтепродуктов (главным образом топочных мазутов в железнодорожных цистернах и нефтеналивных судах) допускается их подогрев "острым паром". В этих случаях насыщенный водяной пар инжектируется через перфорированные трубы непосредственно в нефтепродукт и конденсируется, сообщая ему необходимое тепло. Обводненный нефтепродукт в дальнейшем должен подвергаться обезвоживанию.

Подогрев нефтепродуктов в резервуарах насыщенным паром или перегретой водой осуществляется стационарными или переносными подогревателями, а также устройствами циркуляционного подогрева и размыва.

Для слива низких нефтепродуктов из железнодорожных цистерн предпочтителен циркуляционный способ подогрева с использованием специальных стационарных теплообменников за пределами железнодорожной эстакады. При применении переносных пароподогревателей целесообразно предусматривать коллектор насыщенного пара с отводами к каждой цистерне. На отводах обязательна установка запорной арматуры.