Емкость-отстойник под давлением с диагностической трубой

Изобретение относится к емкостному оборудованию нефтедобывающих и нефтехимических предприятий. Сущность: емкость под давлением, работающая как отстойник, дополнительно снабжена вертикальной диагностической трубой с закрытой верхней частью и с выходом за пределы днища емкости. Внутри емкости-отстойника труба имеет одинаковые горизонтальные штуцеры, расположенные равномерно по ее площади. Поверхность штуцеров выполнена из материала, не способного к смачиванию и адгезии нефтью и ее компонент. В нижней части диагностическая труба соединена с шаровым вентилем с проходным сечением, не меньшим, чем сечение самой трубы. Диагностическая труба имеет такой диаметр, при котором суммарная площадь сечения струек внутри трубы из всех штуцеров является меньшей величиной, чем площадь сечения трубы. Выполнение этих условий позволяет по расходу жидкости из диагностической трубы при полностью открытом вентиле периодически судить о толщине отложений на дне емкости-отстойника. Технический результат: возможность периодически оценивать наличие отложений и их толщину без остановки эксплуатации емкости. 1 ил.

 

Заявляемое изобретение относится к технике и технологиям по эксплуатации емкостного оборудования установок по подготовке нефти и воды в нефтедобывающих предприятиях и может быть использовано в других отраслях промышленности, где применяются емкости под давлением в качестве отстойников.

Для подготовки нефти и воды до требуемых параметров качества повсеместно в нефтяных компаниях используются стальные емкости объемом 5-200 м³, в которые под давлением до 16 атм непрерывно поступают нефть с газом, вода или их смеси. Эти жидкости в емкости в течение определенного времени отстаиваются, под действием силы гравитации из нефти и воды отделяются и оседают на дно емкости более тяжелые механические примеси и некоторые составляющие нефти: асфальтены, смолы, парафины (АСП). Нефть и вода с меньшим содержанием мехпримесей и АСП вытекают из емкости по отводящему патрубку, находящемуся на определенной высоте от дна емкости.

Со временем уровень отложений достигает входа в этот патрубок и емкость теряет функцию отстойника. Поэтому важно периодически определять толщину отложений в емкости, работающей под давлением.

Известен лотовый уровнемер (А.С. №1620854; G01F 23/76, 23/56, опубл. 15.01.1991), с которым можно замерить уровень сыпучих отложений в емкости за счет преобразования формы и содержания лота. Данное измерительное устройство не предназначено и не способно замерить толщину отложений в емкости под давлением.

Известен способ тарирования резервуаров (А.С. №380959, G01F 23/04, 25/00 и 17/00, опубл. 15.05.1973), заключающийся в заполнении пустого резервуара до определенного уровня и фиксации объема залитой воды. Этот способ пригоден для определения объема и в конечном счете толщины отложений в емкости, но является трудоемким: требует вывода емкости из эксплуатации, его опорожнения и повторного заполнения водой через мерные или счетные устройства.

Целью изобретения является снабжение емкости под давлением таким устройством, которое бы позволило периодически оценивать наличие отложений и их толщину (высоту от дна емкости) без остановки эксплуатации емкости, значительных финансовых затрат и за короткий промежуток времени. В основе заявляемого изобретения лежит постулат гидравлики о постоянстве во времени расхода жидкости через штуцер при неизменности исходных данных: перепад давления на входе и выходе штуцера, характеристик штуцера и вытекающей жидкости.

Поставленная цель достигается тем, что емкость-отстойник под давлением с диагностической трубой, состоящая из корпуса в виде полой емкости, входного и выходного патрубка, дополнена диагностической трубой, расположенной вертикально между входным и выходным патрубками внутри емкости и герметично вмонтированной в ее днище с выходом за его пределы, при этом верхний конец диагностической трубы закрыт, в теле диагностической трубы выполнены равномерно расположенные горизонтальные штуцера одного внутреннего диаметра и длины с поверхностью одной шероховатости и способностью к несмачиванию и адгезии нефтью и ее компонентов: асфальтенов, смол и парафинов, а нижний конец трубы за пределами емкости соединен с шаровым вентилем, причем проходное сечение трубы значительно превышает суммарную площадь отверстий всех штуцеров и не превышает площадь проходного сечения вентиля:

где S_i - площадь сечения струи в трубе из одного штуцера при давлении в емкости во время диагностирования;

n - количество штуцеров в трубе;

S_т - площадь сечения трубы;

S_в - площадь проходного сечения шарового вентиля.

Выполнение условия (1) обеспечит постоянное атмосферное давление в трубе при полностью открытом шаровом вентиле.

Расход жидкости по одному штуцеру согласно /1/ зависит от давлений на входе и выходе в штуцер, вязкости жидкости и характеристик штуцера: диаметра, его длины и шероховатости внутренней поверхности. Так как конструктивно обеспечивается поддержание атмосферного давления в диагностической трубе, то для получения во времени постоянного расхода жидкости через один штуцер достаточно поддерживать постоянное давление на входе в штуцер, т.е. давление в емкости-отстойнике. Исходя из удобства технического обслуживания емкости-отстойника это рабочее давление в емкости при его диагностировании должно быть неизменным и минимально возможным.

Устройство заявляемой емкости-отстойника приведено на чертеже. Емкость-отстойник под давлением с диагностической трубой состоит из корпуса 1, входного патрубка 2, выходного патрубка 3, диагностической трубы 4 и с штуцерами 5 и шарового вентиля 6.

Диагностическая труба представляет собой трубу с закрытым верхом со штуцерами 5, равномерно расположенными по ее площади. Эта труба фиксируется вертикально к днищу корпуса 1 между входным и выходным патрубком 2 и 3. Ниже днища корпуса 1 труба 4 соединена с шаровым вентилем 6, диаметр проходного отверстия которого равен или превосходит внутренний диаметр трубы 4. Высота Н диагностической трубы 4 определяется как средняя величина между высотами входного патрубка H₁ и выходного патрубка H₂: H=(H₁+H₂)/2.

Емкость-отстойник под давлением с диагностической трубой эксплуатируется как отстойник механических примесей, тяжелых фракций нефти (АСП) для пластовых или технологических вод, других жидкостей, имеющих во времени постоянную вязкостную характеристику. Со временем толщина отложений (поз.7 на чертеже) на дне емкости будет расти и постепенно закрывать входные отверстия штуцеров. Поэтому при открытии шарового вентиля 6 общий расход по трубе 4 будет складываться только из отверстий штуцеров, расположенных выше уровня отложений 7.

Емкость-отстойник эксплуатируется и диагностируется в следующем порядке:

1. Сразу после ввода в эксплуатацию емкости-отстойника в ней создается минимальное рабочее давление Р_о и определяется расход жидкости Q_o из диагностической трубы при полностью открытом шаровом вентиле.

2. Через равные промежутки времени, к примеру каждые 6 месяцев, определяется расход жидкости из диагностической трубы Q_тек, т.е. процедура по п.1 повторяется. Для этого в емкости-отстойнике на время измерений создается давление Р_о путем регулирования задвижек на входном и выходном патрубке 2 и 3.

Расходы Q_o и Q_тек выразим через неизменную производительность одного штуцера:

Q_o=n·q,

Q_тек=n_тек·q,

где q - расход жидкости по одному штуцеру при давлении в емкости-отстойнике Р_о;

n - общее число штуцеров в диагностической трубе;

n_тек - число действующих штуцеров, не закрытых отложениями 7 на момент измерения.

Штуцера в теле трубы расположены равномерно, поэтому правомерно выразить количество не закрытых отложениями штуцеров через высоту диагностической трубы без отложений:

n=к·Н,

n_тек=к·(Н-Н_отл),

где к - плотность расположения штуцеров на единице длины диагностической трубы;

Н_отл - высота (толщина) отложений в зоне диагностической трубы.

Следовательно: Q_o=к·Н·q,

Q_тек=к·(Н-Н_отл)·q.

Найдем:

Откуда:

Рассмотрим диагностирование емкости-отстойника на примере.

Емкость объемом 100 м³ и диаметром 3 м служит отстойником пластовых вод для обратной закачки в продуктовый нефтяной пласт. Входные и выходные патрубки расположены на высоте 1,5 и 0,5 м соответственно. Диагностическая труба имеет высоту 1 м. Емкость-отстойник эксплуатируется при рабочем давлении 2-6 атм. На момент пуска емкости в работу при минимально возможном давлении Р_о=2 атм определяется расход жидкости Q_o из диагностической трубы: Q_o=40 л/мин.

Через два года эксплуатации емкости-отстойника на момент диагностирования давление в ней было равным 3 атм. Путем прижатия (прикрытия) задвижки на входном патрубке 2 и увеличения расхода жидкости из выходного патрубка 3 или из другого, например байбасного, патрубка в емкости-отстойнике достигается давление в 2 атм, т.е. Р_о. Расход жидкости из диагностической трубы при Р_о оказался равным Q_тек=24 л/мин.

По формуле (2) найдем высоту (толщину) отложений:

Н_отл=H(1-Q_тек/Q_o)=1 м(1-24/40)=0,4 м.

Толщина отложений равна 40 см. Эта величина вплотную приблизилась к высоте выходного патрубка Н₂, равная 50 см. Поэтому необходимо емкость-отстойник вывести из эксплуатации и очистить от отложений.

На данном примере видно, что поставленная цель реализуется за короткий период времени без текущих материальных затрат. Предложенное техническое новшество позволяет судить о состоянии емкости-отстойника с ее же помощью. Степень чистоты емкости-отстойника оценивается с помощью суммарного расхода жидкости через штуцера диагностической трубы, находящиеся выше уровня отложений в емкости.

Технико-экономическая эффективность от применения предложенного технического устройства образуется за счет повышения качества жидкости, вытекающей из емкости-отстойника.

Источники информации

1. Ухин Б.В., Гусев А.А. Гидравлика: Учебник. - М.: ИНФРА - М., 2008. - 432 с.

Емкость-отстойник под давлением с диагностической трубой, содержащая корпус в виде полой емкости, входной и выходной патрубки, отличающаяся тем, что диагностическая труба расположена вертикально между входным и выходным патрубками внутри емкости и герметично вмонтирована в ее днище с выходом за его пределы, при этом верхний конец диагностической трубы закрыт, в теле диагностической трубы выполнены равномерно расположенные горизонтальные штуцера одного внутреннего диаметра и длины с поверхностью одной шероховатости и способностью к несмачиванию и адгезии нефтью и ее компонентов: асфальтенов, смол и парафинов, а нижний конец трубы за пределами емкости соединен с шаровым вентилем, причем проходное сечение трубы значительно превышает суммарную площадь отверстий всех штуцеров и не превышает площадь проходного сечения вентиля.