Установка флотационной очистки сточных вод от эмульгированной нефти и нефтепродуктов

 

Изобретение относится к нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, в частности к оборудованию, предназначенному для очистки сточных вод, содержащих нефть или продукты ее переработки, а также к системам заводнения пластов и поддержания пластового давления при разработке нефтяных месторождений. Установка включает расположенные в одном корпусе массообменную и газоразделительную секции, систему ввода рециркулируемой воды с насосами и штуцирующими элементами, систему гидравлических затворов и газо-перепускных линий между массообменной и газоразделительной секциями и дополнительно содержит, по меньшей мере, одну массообменную и одну газоразделительную секции. Каждая массообменная секция в зоне газовой фазы соединена с рециркуляционным насосом. Система ввода рециркулируемой воды в массообменную секцию выполнена, по меньшей мере, двухуровневой. Штуцирующие элементы расположены равномерно на каждом уровне в объеме массообменной секции. Штуцирующие элементы верхнего уровня установлены с возможностью их размещения в газовой фазе на заданном расстоянии от межфазной границы вода-газ. Штуцирующие элементы нижнего уровня или уровней установлены с возможностью их размещения погруженными в очищаемую воду и снабжены гидродинамическими глушителями. Технический результат: повышение качества очистки воды и сокращение материальных затрат. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, в частности к оборудованию, предназначенному для очистки сточных вод, содержащих нефть или продукты ее переработки, а также к системам заводнения пластов и поддержания пластового давления при разработке нефтяных месторождений.

Известны установки флотационной очистки нефтесодержащих вод, например флотационные машины импеллерного типа (образование пузырьков газа за счет механического дробления газа в воде импеллером) и напорные флотаторы (образование пузырьков газа из пересыщенных газом водных растворов) [Проскуряков В.А., Шмидт Л.И. Очистка сточных вод в химической промышленности, стр.60]. Установки позволяют извлекать из обрабатываемых вод примеси, в частности механические примеси, капельную нефть, продукты переработки нефти.

Недостатком подобных установок очистки вод от примесей является точечность источника ввода, что обеспечивает излишне высокую турбулентность в потоке воды в зоне ввода и, как следствие этого, снижение численной концентрации пузырьков газа в воде, вследствие их коалесценции между собой, укрупнения и быстрого выхода (всплытия) из объема обрабатываемой воды, поэтому эффективность очистки воды, например, от капельной нефти с размерами менее 10 мкм невысока. Как правило, установки с одноточечным вводом являются однокамерными, поскольку в силу крупности пузырьков процесс образования флотокомплексов и отделение флотокомплексов от очищаемой воды возможно аппаратно провести в одном объеме. Подобные установки используются для удаления из воды грубодисперсной части эмульгированной нефти и продуктов ее переработки с размерами 20 мкм и более.

Для повышения эффективности извлечения тонкодисперсной части эмульгированной нефти требуется увеличение численной концентрации пузырьков в воде и уменьшение их размеров. Это достигается увеличением числа точек ввода рециркулируемой жидкости при штудировании или эжектировании газа в объем очищаемой воды с разнесением точек ввода по длине аппарата. Может быть использован аппарат с горизонтальным расположением флотационной ячейки длиной намного больше ее диаметра (см. Мещеряков В.Е. Кондиционирующие и флотационные аппараты и машины, с.180). Увеличение числа точек ввода рециркулируемой воды обусловливает необходимость разделения объема установки на зоны: массообменную, где собственно происходит образование флотокомплексов, и газоразделительную, где осуществляется отделение флотокомплексов от объема воды, что требует многокамерности аппарата.

Наиболее близкой к предлагаемой установке является установка для очистки сточных вод АОСВ 2/2 БН, в которой используется рециркуляция части объема прошедшей очистку жидкости, при ее одновременном газонасыщении и образовании газовой эмульсии с использованием штуцирования пересыщенной газом воды при снижении давления за штуцером ниже давления насыщения, а также путем дробления газа, эжектированного из газовой фазы, при расположении штуцирующих элементов непосредственно в газовой фазе массообменной секции установки (см. Тронов А.В. Аппараты очистки воды от эмульгированной нефти, использующие принцип активной коалесцирующей поверхности вода-газ. Нефтепромысловое дело, 2001, №7, с.26-37).

Недостатком описанной конструкции является необходимость прохождения через газоразделительную секцию как основного, так и рециркулируемого объема воды, поскольку использование для рециркуляции воды центробежных насосов - диспергаторов предполагает необходимость дегазации перекачиваемой воды до остаточного содержания газа не более 2,5%, что накладывает ограничение на возможную кратность извлечения в АОСВ пузырьков газа не более 90%. Соответственно, эффективность извлечения эмульгированной нефти в АОСВ 2/2 БН не может превышать 90% при номинальной производительности 2500 м³/сут.

Задача изобретения состоит в повышении качества очистки воды и сокращении материальных затрат.

Для увеличения эффективности разделения необходимо исключить движение рециркулируемой по установке воды через газоразделительную секцию. Для этого в массообменной секции установки необходимо создать условия, обеспечивающие наличие мертвой зоны (зоны с содержанием газа в воде в свободной фазе в виде пузырьков с объемной концентрацией менее 1%) вблизи узла отбора воды на рециркуляцию, что требует локализации гидродинамических возмущений, вносимых в поток обрабатываемой воды штуцирующими элементами, до масштаба, много меньшего характерного размера самой массообменной секции (диаметра секции). Локализации возмущений можно добиться за счет одновременного использования двух принципов. Первое - использовать гидродинамические насадки-глушители. Второе - разнести штуцирующие элементы равномерно по объему массообменной секции с одновременным максимальным уменьшением количества рециркулирующей жидкости, приходящейся на один штуцирующий элемент, за счет установки большого количества малых штуцирующих элементов, что позволит избежать возникновения упорядоченных крупномасштабных течений потоков воды в массообменной секции. Это позволит также увеличить общий задействованный объем обрабатываемой воды (находящейся в непосредственной близости от штуцирующих элементов - зона максимальной эффективности обработки), а также позволит получить более высокую численную концентрацию пузырьков малого диаметра в воде при уменьшении диаметра штуцеров, что ведет к увеличению эффективности образования флотокомплексов.

Указанная задача решается с помощью установки флотационной очистки воды от эмульгированной нефти и нефтепродуктов, включающей расположенные в одном корпусе массообменную и газоразделительную секции, систему ввода рециркулируемой воды с насосами и штуцирующими элементами, систему гидравлических затворов и газоперепускных линий между массообменной и газоразделительной секциями. При этом система ввода рециркулируемой воды в массообменную секцию выполнена, по меньшей мере, двухуровневой с равномерным расположением штуцирующих элементов на каждом уровне в объеме массообменной секции, штуцирующие элементы верхнего уровня установлены с возможностью их размещения в газовой фазе на заданном расстоянии от межфазной границы “вода-газ”, а штуцирующие элементы нижнего уровня установлены с возможностью их размещения погруженными в очищаемую воду и выполнены с гидродинамическими глушителями. Установка содержит, по меньшей мере, одну дополнительную массообменную и одну газоразделительную секции, причем каждая массообменная секция в зоне расположения газовой фазы соединена с рециркуляционным насосом. Штуцирующие элементы предпочтительно расположены на расстоянии 50-70 см друг от друга. Установка может быть снабжена водозаборной распределительной гребенкой, при этом штуцирующие элементы нижнего уровня расположены на расстоянии от нее не менее 60 см. Гидродинамические глушители могут быть выполнены в виде расширенной резонаторной трубки с глухим концом и перфорированной боковой поверхностью в конце расширенной части.

На фиг.1 приведена принципиальная схема обвязки установки флотационной очистки воды (с двухступенчатой схемой):

1 - массообменная секция первой ступени;

2 - газоразделительная секция первой ступени;

3 - массообменная секция второй ступени;

4 - газоразделительная секция второй ступени.

На фиг.2 приведена компоновка установки с корпусом на базе горизонтального булита объемом 200 м³, которая включает следующие элементы:

5 - система распределенного ввода очищаемой воды в массообменную секцию;

6 - система распределенного отбора воды из газоразделительной секции;

7 - система распределенного отбора воды для газонасыщения с водозаборной распределительной гребенкой;

8 - система распределенного многоуровневого ввода рециркулируемой воды со штуцирующими элементами;

9 - линия подвода газа;

10 - система подвода газа к рециркуляционному насосу (ЦНС), соединяющая газовое пространство (газовую фазу) корпуса установки со всасывающим патрубком рециркуляционного насоса после регулирующего расход элемента;

11 - люки (лазы) для каждой массообменной и газоразделительной секций;

12 - дренажные штуцера;

13 - штуцера для зачистки от шламонакоплений;

14 - система гидрозатворов и газоперепускных линий между массообменными и газоразделительными секциями;

15 - штуцера для отбора накапливающихся нефтепродуктов и смоченных нефтью механических примесей.

На фиг.3 приведена схема подвески штуцирующих элементов: 16 - штуцера верхнего уровня для индукционного образования газовой эмульсии, 17 - штуцера нижнего уровня с гидродинамическими глушителями.

В предлагаемой установке система распределенного ввода рециркулируемой воды по высоте многоуровневая, обеспечивает равномерный ввод рециркулируемой воды по всему объему массобменной секции 1 и 3, причем верхний уровень штуцирующих элементов 16 расположен в газовой фазе на расстоянии от межфазной границы “вода-газ” от 2 до 15 см, а погруженные в воду штуцирующие элементы 17 имеют после штуцера резонатор и гидродинамический глушитель в виде расширенной части с диаметром 6-8 диаметров штуцера, длиной от 11 до 14 диаметров расширенной части с глухим концом и перфорированной боковой поверхностью в конце расширенной части на 1/6 ее длины, штуцирующие элементы 16, 17 расположены в объеме массообменной секции 1, 3 равномерно на расстоянии от 50 до 70 см друг от друга, нижний ряд штуцирующих элементов 17 расположен от водозаборной распределительной гребенки 7 на расстоянии не менее 60 см, а газ для насыщения рециркулируемой воды подается непосредственно в верхнюю часть массообменной секции 1, 3, которая обвязана по газу на прием рециркуляционного насоса после регулирующего расход элемента на линии всасывания рециркуляционного насоса.

Установка работает следующим образом.

Вода, содержащая эмульгированную нефть и механические примеси, смоченные нефтью, по системе распределенного ввода 5 поступает в первую массообменную секцию 1. В секции 1 осуществляется связывание капельной нефти и механических примесей, смоченных нефтью, с пузырьками газа, т.е. происходит образование флотокомплексов, для чего вода из массообменной секции 1 через систему отбора 7, расположенную в нижней части секции, отбирается на прием рециркуляционного (центробежного) насоса ЦНС, куда также отбирается за счет разрежения во всасывающем патрубке насоса газ через систему подвода газа 10 из газового пространства (газовой фазы) массообменной 1 и газоразделительной 2 секций, соединенных посредством гидрозатворов и газоперепускных линий 14 (например, с использованием выносного шарового крана). Вода с газом под давлением нагнетания насоса транспортируется в виде газовой эмульсии по технологическому трубопроводу (петле), в процессе чего часть газа растворяется в воде и через систему 8 вводится опять в массообменную секцию с образованием газовой эмульсии. При этом образование газовой эмульсии происходит как за счет эжектирования газа из газовой фазы массообменной секции 1 при работе верхнего ряда штуцеров 16 (без гидродинамических глушителей), так и за счет дробления нерастворившихся пузырьков газа при прохождении потока через штуцера 17, а также за счет выделения пузырьков газа из пересыщенной газом воды. Наличие распределенной многоточечной (150 точек ввода на объем массообменной камеры) системы ввода и использование гидродинамических глушителей штуцирующих элементов 17 позволяет осуществить рециркуляцию воды через массообменную секцию с помощью центробежного насоса ЦНС без предварительной сепарации воды от газа. Таким образом, осуществляется непрерывный процесс образования флотокомплексов при высокой степени насыщенности воды пузырьками газа (несколько десятков тысяч пузырьков в одном кубическом сантиметре воды). Из массообменной секции 1 вода, содержащая флотационные комплексы, через систему перегородок, образующих гидрозатвор, поступает в газоразделительную секцию 2, где за счет динамического отстаивания происходит сепарация воды от флотокомплексов. Далее процесс повторяется соответственно в секциях 3 и 4. Использование двухступенчатой схемы обработки воды с использованием единой корпусной системы позволяет значительно снизить стоимость установки. Уловленная нефть и механические примеси, смоченные нефтью, существуют в виде пенного слоя соответственно в газоразделительных секциях 2 и 4, откуда они периодически удаляются через штуцера 15. Вывод очищенной воды производится через систему распределенного отбора воды 6.

Для возможности проведения контроля за состоянием внутренней поверхности корпуса установки, монтажа протекторов электрохимической защиты, контроля за состоянием внутренних конструкций, профилактических и ремонтных работ в корпусе установки предусмотрены для каждой секции автономные люк-лаз 11, дренажные штуцера 12, штуцера для зачистки от шламонакоплении 13.

Пример конкретного выполнения.

Подтоварная вода после установки предварительного сброса и предварительного динамического отстаивания в РВС-2000 с остаточным содержанием эмульгированной нефти в количестве 120 мг/л направлялась для дополнительной обработки на установку флотационной очистки (двухступенчатую, четырехкамерную). Суммарная мощность рециркуляции 360 м³/ч. Объем УФО 200 м³. Расход сбрасываемой с установки предварительного сброса воды 4000 м³/сут. Эмульсия нефти в воде характеризуется как тонкодисперсная. Пик массы распределения эмульгированной нефти приходится на область 3 мкм. 80% массы эмульгированной нефти имеет размеры менее 10 мкм.

В результате обработки воды в УФО содержание нефти в воде на выходе из установки снижается до 15 мг/л.

Пофракционная эффективность извлечения нефти в зависимости от размера капель составила:

Диаметр капель,

мкм Кратность снижения

концентрации

0........2,5 4,93

2,5......5,0 6,75

5,0......7,5 11,27

7,5......10,0 13,07

При обработке воды на известной установке АОСВ 2/2 БН остаточное содержание нефти в воде составляет 39 мг/л, т.е. практически в четыре раза выше, чем на предлагаемой установке УФО.

Технико-экономическая эффективность предлагаемой установки флотационной очистки складывается из увеличения межремонтного периода работы нагнетательных скважин, снижения темпов кольматации нефтенасыщенных блоков порового пространства пласта, увеличения конечного нефтеизвлечения.

Формула изобретения

1. Установка флотационной очистки воды от эмульгированной нефти и нефтепродуктов, включающая расположенные в одном корпусе массообменную и газоразделительную секции, систему ввода рециркулируемой воды с насосами и штуцирующими элементами, систему гидравлических затворов и газо-перепускных линий между массообменной и газоразделительной секциями, отличающаяся тем, что система ввода рециркулируемой воды в массообменную секцию выполнена по меньшей мере двухуровневой с равномерным расположением штуцирующих элементов на каждом уровне в объеме массообменной секции, причем штуцирующие элементы верхнего уровня установлены с возможностью их размещения в газовой фазе на заданном расстоянии от межфазной границы “вода - газ”, а штуцирующие элементы нижнего уровня или уровней установлены с возможностью их размещения погруженными в очищаемую воду и снабжены гидродинамическими глушителями, при этом установка содержит дополнительно по меньшей мере одну массообменную и одну газоразделительную секции, причем каждая массообменная секция в зоне газовой фазы соединена с рециркуляционным насосом.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что штуцирующие элементы расположены на расстоянии 50-70 см друг от друга.

3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она снабжена водозаборной распределительной гребенкой, при этом штуцирующие элементы нижнего уровня расположены на расстоянии от нее не менее 60 см.

4. Установка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что гидравлический глушитель каждого штуцера нижнего уровня выполнен в виде расширенной резонаторной трубки с глухим концом и перфорированной боковой поверхностью в конце расширенной части.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3