Кесте. Мұнай эмульсияларына әсер ету әдістерін жіктеу

Процесс кезеңдері	Процесс кезеңінің сипаттамасы	Қолданылатын әдістер
I	сыртқы «бронды» қабықшаларды бұзу	Хим. реагенттерді қолдану Эмульсияларды қыздыру Араластыру Электростатикалық өрістерді және өндірістік жиіліктегі өрістерді қолдану Жоғары жиіліктегі және аса жоғары жиіліктегі тербелістерді қолдану
II	Тамшыларды ірілендіру	Электрлік өрістер Ірілендіру насадкілерін қолдану Тұщы су қабатында шаю Акустикалық толқындарды қолдану Магнит өрісі
III	Фазаларды бөлу	Тұндыру Центрифугалау

 

Қазіргі кезде М/С түріндегі мұнай эмульсияларын бұзудың негізгі әдістеріне: гравитациялық суық бөлу (қыздырусыз тұндыру), құбыр ішіндегі деэмульсация, центрифугалау, сүзгіден өткізу, термохимиялық әсер ету, электрлі әсер ету, сондай-ақ осы әдістердің үйлесімді біріккен түрі жатады.

Мұнай эмульсияларын бұзу, сонымен қатар, олардың түзілуін болдырмау үшін деэмульгаторлар - беттік әрекетті заттар (БӘЗ) - қолданылады, олардың әрекеттілігі - эмульгаторларға қарағанда жоғары.

Деэмульгаторлардың негізгі міндеті – су тамшыларының беткі қабатынан эмульгаторларды, яғни мұнай құрамындағы (асфальтендер, нафтендер, шайырлар, парафин және механикалық қоспаларды) және су құрамында болатын (тұздарды, қышқылдарды) табиғи беттік әрекетті заттарды, ығыстырып шығару.

Су тамшыларының беткі қабатынан табиғи эмульсиялаушы (яғни, эмульгатор болып табылатын) заттарды ығыстырып, деэмульгаторлар өз кезегінде гидрофильді адсорбциялы қабат түзеді. Нәтижесінде су тамшылары соқтығысқанда ірі тамшыларға бірігіп тұнады. Деэмульгатор тиімді болған сайын ол жабын қабықшаларының, яғни «бронның» беріктігін соғұрлым азайтып, эмульсиялардың жедел бұзылуына әсер етеді.

Эмульсиялардың бұзылуын жақсарту үшін және олардың “ескіруін” (ұзақ уақыт сақталуын) тоқтату үшін деэмульгаторларды ұңғы түбіне жіберіп, ұңғы ішінде деэмульсация жүргізу керек. Деэмульгаторларды ұңғы түбіне жіберген кезде негізінен эмульсиялардың инверсиясы жүреді, яғни М/С түріндегі эмульсия С/М түріндегі эмульсияға айналады, оның тұтқырлығы 1 мПа*с, себебі оның сыртқы фазасы су болғандықтан үйкеліске кететін қысымның төмендеуі азаяды.

Теория бойынша, деэмульгатор белгілі бір фазалық қатынасы және дисперстік дәрежесі, сондай-ақ су тамшыларында адсорбциялық қабат түзетін эмульгатордың мөлшері мен құрамы бар, қандай да болмасын бір эмульсия үшін тиімді. Демек, теория бойынша, кен орнын игеру процесінде эмульсиялардың құрамы мен физикалық қасиеттерінің өзгеруіне байланысты деэмульгаторлар ауыстырылып тұру керек, бірақ іс жүзінде бұл сирек болатын жағдай.

Деэмульгаторлардың тиімділігін оның шығынымен, дайындалған мұнайдың сапасымен, минималды температурамен және мұнайдың тұну ұзақтығымен сипатталатын эмульсиясыздандыру қабілеттілігі деп түсіну керек. Тиімділік келесі формуламен анықталады:

(12.1)

 

мұндағы, N – сусыздану дәрежесі, % масса;

W_бас және W_қал – бастапқы эмульсиядағы су құрамы және тұндырылған мұнайдағы судың қалдық құрамы, % масса. Мұнайдың құрамындағы су мөлшері Дин–Старк аппаратымен анықталады.

Құбыр ішіндегі (жолдық) деэмульсация - тиімділігі жоғары деэмульгаторлардың пайда болуымен байланысты кең қолданыс тапты және мұнайды дайындаудың басқа тәсілдерімен бірге қолданылады. Бұл тәсіл бойынша, деэмульгаторды дозалық сораппен мұнай-су қоспасына ұңғы сағасында құбыраралық кеңістікке немесе ТӨҚ (топтық өлшеу қондырғылары) жинау коллекторының басында енгізеді (1 тонна мұнай эмульсиясына 15-20 грамм). Мұнай-су эмульсиясы көтергіш құбырлар бойымен, жеткізу желілерімен және жинау коллекторларымен қозғалуы барысында қарқынды араласып, эмульсияның бұзылуына әкеледі.

Құбыр ішіндегі деэмульсация суды алдын-ала бөліп шығарып алуды (ТӨҚ-да, ССС-да) ұйымдастыруға мүмкіндік береді, бұл ұңғы өніміндегі судың құрамы 30%-дан асқанда тиімді.

Гравитациялық суық бөлу (суық тұндыру) – шикізат резервуарларында мұнай құрамындағы қабат суларының мөлшері 60%-дан асқанда және мұнай құрамында табиғи эмульгаторлар болмай, сондай-ақ эмульсиялар тұрақты болмаған жағдайда жүзеге асады. Гравитациялық тұндыру қабат суы мен мұнайдың тығыздықтарының айырмашылығы әсерінен жүзеге асырылады. Гравитациялық бөлу деэмульгаторларды енгізу арқылы немесе енгізбей-ақ жүргізіледі. Мұнайдың резервуарлардағы қыздырусыз бөлінуі бірнеше сағатта өтеді. Эмульсия резервуарларға қабат суының деңгейінен төмен орналасқан арнайы тарату құрылғысы арқылы резервуардың барлық ауданы бойынша тепе-тең жіберіледі, бұл су қабатымен әсерлесетін эмульсияның бетін үлкейтеді және эмульсияның ыдырау процесін жеделдете түседі.

Тұндырғыштар - оларға толықтай немесе бір бөлігі ғана бұзылған эмульсиялар түскен кезде мұнайдан суды бөлуге арналған. Тұндырғыштар қатты суланған мұнайды өндіру кезінде оның суын алдын-ала бөліп алу үшін немесе мұнай эмульсияларын блокты не тұрақты пештерде қыздырғаннан соң мұнайды толық сусыздандыру үшін қолданылады. Олар (тұндырғыштар) аппараттан шығар кездегі өнім құрамындағы су мен тұздың мөлшері тауарлық мұнайдың сапасына қойылатын стандарттарға сәйкес болуын қамтамасыз етуі керек.

Қазіргі кезде үздіксіз және жартылай үздіксіз жұмыс істейтін цилиндр пішінді саңылаусыз тұндырғыштар көп қолданылады. Тұндырғыштарда эмульсиялардың бөліну процесі статикалық немесе ламинарлық режим жағдайында жүреді (Re=1¸2).

 

МДҚ-да тұндырғыштарды параллель жалғау олардың мұнаймен және сумен ретсіз жүктелуіне әкеліп соғады, нәтижесінде МДҚ-ның технологиялық жұмыс режимі бұзылып, олардың жұмысының тиімділігі азаяды.

Центрифугалау - арнайы құрылғыларда (центрифугаларда) жүргізіледі, бұл жерде тығыздықтары әр түрлі мұнай мен суды айыру үшін оларда пайда болатын инерция күшін қолданады. Центрифугада су-мұнай эмульсияларын бөлу - өте тиімді әдіс, бірақ әлі практикада қолданыс таппаған.

Фильтрация – бұл қиыршықтас, сынған әйнек, ағаш және металл қиындылары және т.б. материалдардан тұратын фильтрлеуші (коалесцирлеуші) қабат арқылы тұрақсыз эмульсияларды өткізіп біріктіру үшін қолданылады.

Фильтрлер көмегімен мұнайды деэмульсациялау селективті (таңдамалы) суландыру принципіне негізделген.

Конструкциясы жағынан фильтрлер коалесцирлеуші элементпен толтырылған колонналы аппарат болып табылады, оның өлшемдері айдалатын эмульсияның көлеміне байланысты. Қыздырылған эмульсия колоннаның төменгі жағынан, ал мұнай колоннаның жоғарғы жағынан шығарылады, ал су төменнен шығарылады. Фильтрация әдісі өздігінен жүретін процесс ретінде қолданылмайды, оны жылухимиялық әдістермен бірге үйлесімді қолданады.

 

Қазіргі кезде құбыр ішіндегі деэмульсациямен қатар мұнайды газдан бөлу, оны сусыздандыру және тұзсыздандыру процестері қатар жүретін блокты термохимиялық қондырғыларды қолдану кең тараған.

Жылухимиялық (термохимиялық) деэмульсация. Жылусыз және беттік әрекетті заттарсыз (БӘЗ) мұнайды деэмульсациялаудың қазіргі бар әдістері тиімсіз болып табылады. Сондықтан, қазіргі кезде барлық өндірілген суланған мұнайдың 80% термохимиялық қондырғыларда өңделеді, бұл қондырғылардың келесідей артықшылықтары бар:

· қондырғы барынша қарапайым (жылуалмастырғыштан, тұндырғыштан және сораптан тұрады);

· салыстырмалы түрде қондырғының жұмыс режиміне мұнайдағы су мөлшерінің өзгеруі көп әсер етпейді;

· эмульсия сипаттамасының өзгеруіне байланысты қондырғы мен аппаратураны ауыстырмай-ақ деэмульгаторларды ауыстыру мүмкіндігі.

Мұнайды деэмульсациялауға арналған термохимиялық қондырғылардың атмосфералық қысымда (яғни қалыпты қысымда) және үлкен қысымда жұмыс істейтін түрлері бар. Атмосфералық қысымда жұмыс істейтін қондырғылар өздігінен ағатын арынсыз мұнай дайындау жүйесі бар ескі кен орындарында әлі күнге дейін жұмыс істеуде және олардың бірқатар кемшіліктері бар.

Тік деэмульсаторлар кәсіпшілікте мұнайды дайындаудың дүниежүзілік тәжірибесінде ұсақ кен орындары мен жеке бөлшектенген учаскелерді жабдықтауда кең қолданылады. Тік жасалған мұнайды дайындау аппараттары мұнай жинау пункттерінің ауданын қысқартуға қатаң талаптар қойылған кезде (әсіресе, теңіз кен орындарында, батпақты аудандарда және т.б.), мұнайды дайындау және жинауда артықшылықтары бар. Көптеген шетел, соның ішінде АҚШ фирмалары қазіргі кезде компоновкасымен, өлшемдерімен, қыздырғыштарының санымен және түрімен, жеделдету тәсілдерімен (коалесцерлеуші сүзгілер (фильтрлер), электродтар және т.б.) ерекшеленетін тік деэмульсаторлардың мол ассортиментін шығарады. Тік деэмульсаторлардың көлемі 5-80 м³ аралығында өзгереді. Бұл аппараттардың айыру, қыздыру және сусыздандыру бөліктері (зоналары) болады және тұндыру бөлігінде эмульсия ағынының қажетті таралуын қамтамасыз ететін қыздыру құбырының астындағы эмульсияларды таратқыштар, тесігі бар бөгеттер, сөрелер және т.б. құрылғылармен жабдықталады.

Тік деэмульсаторлардың кейбір кемшіліктері бар: өнімділіктері төмен, қыздырылған мұнайдың қатты конвективті ағыны әсерінен тұндыру бөлігіндегі эмульсияның нашар таралуы.

Көлденеңді (горизонтальды) деэмульсаторлар. Келесі түрдегі блокты қондырғылар шығарылады: УДО-2М, УДО-3, УДО-1500/6, СП-1000, СП-2000, “Тайфун”1-400, ДГ-2500, ДГ-6300, БН-М және т.б. Осы аппараттардың ішінде ең көп таралғаны - УДО-3 түріндегі деэмульсаторлар.

УДО-3 деэмульсаторы (13.1-сурет) қыздыру блогы (І), тұндыру блогы (ІІ) және бақылау-өлшеу блогынан тұрады. Қыздыру және тұндыру блоктары тік бөгеттермен бөлінген, диаметрі 3, 4 м көлденең цилиндрлі тұрықта орналасқан.

 

13.1. Сурет. УДО-3 көлденең айырғыш-деэмульсаторы. 1 -аппараттың тұрқы (корпусы); 2- қыздырылған эмульсияны енгізу құбыршасы; 3- төменгі жағы тесілген цилиндрлі бөгет; 4 - U түріндегі қыздыру құбырлары; 5, 5а - айырғыштар; 6 - тік бөгет; 7 - сұйық ұстағыш (барботер); 8- “өзіңе дейін” қысымды реттегіш; 9 -деңгей теңестіргіш линиясы; 10 -таза мұнайды жинағыш; 10а - таза мұнайды шығаратын тік орналасқан құбырша; 11- тарату коллекторы; 12 - таза мұнай коллекторы; 13 - таза мұнайды шығаратын клапан.

 

Құрамында деэмульгаторы бар мұнай эмульсиясы жылуалмастырғыш-тарда алдын-ала қыздырылған соң жоғарыдан құбырша (2) арқылы қыздыру бөлігіне келіп түседі, қыздыру бөлігі цилиндрлі бөгетпен (3) екі қуысқа – ішкі және сыртқы бөлінген. Ішкі қуыс бөлігінде U түріндегі қыздыру құбырлары (4) орналасқан.

Мұнай эмульсиясы бөгеттің төменгі тесіктері арқылы І бөлікке келіп түседі, мұнда ол қыздыру құбырларында газдың жануы әсерінен 60 °С дейін қыздырылады. Қыздырылған эмульсия бөгеттен асып төгіліп, тарату коллекторы 11 арқылы тұндыру бөлігіне ІІ келіп түседі, одан ол аппараттың барлық қимасы бойынша желобтар көмегімен су қабатынан өтіп, таза мұнай жинағышқа 10 келіп түседі, одан әрі арнайы тік орналасқан құбыршалар (отводтар) 10а және таза мұнай коллекторы 12 бойымен клапан 13 арқылы аппараттан шығарылады.

Аппараттың қыздыру бөлігінде мұнайдан бөлінген газ алдымен айырғышқа 5, одан кейін сұйық ұстағыш (барботер) 7 арқылы ІІ бөлікке келіп түседі. Екінші бөліктен газ 5а айырғышқа жиналады, одан “өзіңе дейін” қысымды реттегіш 8 арқылы газ желісіне бағытталады. Су аппараттан деэмульсатордың төменгі жағында орналасқан құбырша арқылы шығарылады.

Суланған мұнайды қыздыру және сусыздандырудың (немесе тұзсыздандырудың) технологиялық процесін бір аппаратта үйлестірудің артықшылықтарымен қатар бірқатар кемшіліктері бар:

· жылулық қуаты және өнімділігі салыстырмалы түрде төмен;

· қыздыру және тұндыру блоктарын бір аппаратта орналастыру, осы блоктардың бірінде технологиялық қиындықтар немесе техникалық ақаулар болған кезде қондырғыны жөндеу үшін оны толық тоқтатып сөндіру керек.

Сондықтан, МДАЦ-ның қалыпты жұмыс істеуі үшін мұндай қондырғылардың резервін қарастыру керек, бірақ бұл кезде әрбір аппараттан соң кондициялық мұнайды алу үшін ағынды аппарттарға бөлу проблемасы туады. Осыған байланысты қыздыру мен тұндырудың бөлек-бөлек блоктары шығарылады.

Қыздыру блоктары мұнайды дайындау қондырғысының тереңірек сусыздандыру және тұзсыздандыру аппараттарының алдында мұнай эмульсияларын қыздыруға арналған.

Қыздыру блоктарының келесідей модификациялары шығарылады: НН түріндегі көлемдік қыздырғыштар, БН түріндегі “құбыр ішіндегі құбыр” қыздыру блоктары, ПТБ түріндегі блокты тұрбалы пештер.

НН түріндегі қыздырғыштар – көлденең сыйымдылықтар негізінде жасалған мұнай қыздырғыштары (НН-1,6; НН-2,5; НН-4,0; НН-6,3), олардың ішкі қуысы екі бөлікке бөлінген, онда газдық инжекторлы оттықпен және түтіндік мұржалармен жабдықталған екі-екіден қыздырғыш құбырлары бекітілген. Бұл қыздырғыштарға эмульсияны аппараттың төменгі бөлігінен жібереді, ол қыздыру құбырларын жанап өтіп, дренажды су қабатынан қалқып шығады. Мұнай, бөлінген су және газ аппараттың жоғарғы жағындағы жалпы коллектор арқылы шығарылады. Аппараттың шығуындағы ең жоғарғы (максималды) температура 90ºС-ға жетеді. Сулылығы 25% және қыздыру температурасы 40ºС болған кезде аппараттың өнімділігі 2000-8000 т/тәул.

НН түріндегі блокты қыздырғыштарды тұз шөгінділерін түзуге қабілеті аз, жеңіл, орташа және ауыр мұнайларды өңдеу үшін қуаты жылына 0,5-6 млн. тоннадай болатын мұнай дайындау кешендерінде қолдану ұсынылған.

 

13.2. Сурет.БН-5,4 блокты қыздырғышы. 1 -қыздырғыш құбыры; 2- қабырғалы қыздырғыш құбыры; 3- тұрқы, тұлғасы; 4 -линзалыкомпенсатор; 5- оттық; 6- түтін шығатын мұржа; I- мұнай эмульсиясы; II- отындық газ.

 

БН түріндегі құбыршалы блокты қыздырғыштар (БН-5,4; БН-М) мұнайды сусыздандыру және тұзсыздандыру процесі кезінде эмульсияны жедел түрде қыздыруға арналған. Сонымен қатар, оларды тұтқырлығы жоғары парафинді мұнайларды құбырлар желісі бойынша бірқалыпты тасымалдау барысында қыздыру үшін қолданады.

БН-5,4 қыздыру блогы (13.2-сурет) өзара таратушы коллектор көмегімен тізбектей жалғанған төрт көлденең орналасқан “құбыр ішіндегі құбыр” қыздыру элементтерінің жиынтығы болып табылады. Қыздырғыштар көлденең балкаларға бекітілген. Мұнай-су эмульсиясы қыздыру құбырының бетімен жанасқан кезде қызады. Қыздыру құбыры газдың турбина түріндегі газ оттықтарында 5 (жану камерасында) жануы әсерінен қызады. Мұнай эмульсиясының қозғалыс жолын ұзарту және оның жанып жатқан газбен қабырға арқылы жанасу уақытын көбейту үшін құбыраралық кеңістіктегі мұнай эмульсиясының қозғалысы үлкен жылдамдықпен винттік сызық бойынша бағытталған. Барлық төрт қыздыру элементтерінің мұржалары биіктігі 20м-лік жалпы түтін шығару мұржасына 6 жалғанған. Қыздыру элементтері өзара былай байланысқан, яғни олардың әрқайсысын блоктың жұмысын тоқтатпай-ақ өшіруге болады, яғни мұнай эмульсиясын қыздырғыш элементтердің кез келгенінің маңынан өткізуге болады.

Қыздыру блогының жұмысы кезінде автоматты түрде шығар басындағы мұнай эмульсиясының температурасы, оттыққа берілер алдындағы газдың қысымы, жану камерасында жалынның болуы реттеліп тұрады. Қауіпсіздік автоматикасымен эмульсия циркуляциясының тоқтауы, қыздыру температурасының көтерілуі, жану камерасындағы жалынның сөнуі кезінде жанғыш газдың берілуін тоқтату қарастырылған.

Қыздыру блогынан кейін мұнай эмульсиясы таратқыш коллектор бойымен саңылаусызданған тұндырғыштарға келіп түседі, бұл жерде ағын баяу жылдамдықпен қозғалған кезде эмульсия мұнай мен суға бөлінеді.

Сипатталған қыздыру блоктарының УДО қондырғыларынан мынадай артықшылықтары бар:

· отындық газды пайдалану коэффициенті 20%-ға жоғары;

· ақаулар немесе қыздыру құбырларының бұзылуы кезінде жөндеу немесе блокты ауыстыру уақыты азаяды;

· қыздыру блогының өнімділігі 2-3 есе жоғары, ал металл сыйымдылығы 1,5 есе төмен.

ПТБ түріндегі құбырлы пештер тұтқырлығы жоғары мұнайды және мұнай эмульсияларын кәсіпшілік ішінде жинау және тасымалдау жүйесінде қыздырғыштар ретінде қолданылуы мүмкін. ПТБ-10 түріндегі пештерді Өзен кен орнында теңіз суын жылытуға (қабат қысымын ұстап тұру үшін және өнімді горизонттардың мұнай бергіштігін ұлғайту мақсатында) қолданады. ПТБ-10 түріндег пештің негізінде су жылытуға арналған және жұмыстық қысымы 16 МПа болатын ПТБ-10-160 пеші жасалған.

Мұнай өндірісінің қазіргі қарқынды дамуы мұнай өндіруші аудандарда мұнай кәсіпшілігі объектілерін салудың индустриалды әдістерін енгізуді кең ауқымда жүргізуге мүмкіндік беріп отыр. Зауыттардан шығатын блокты термохимиялық қондырғылар технологиялық процесті автоматтандыруға арналған жабдықтармен бірге жеткізіліп, қажетті жерде 15-20 күн ішінде тұрғызылады. Зауыттың жағдайында жасалатын автоматты блокты-кешенді жабдықтарды қолдану бастапқы күрделі қаржылар мөлшерін төмендетуге, құрылыс-монтаж жұмыстарының мерзімін азайтуға, технологиялық процестерді басқарудың автоматтандырылған жүйелерін енгізуді тездетуге, мұнай өңдеу зауытына тасымалданатын мұнайды стандарттарға сай дәрежеде дайындауды қамтамасыз етеді.

Электродегидратация (электрлік деэмульгация). М/С түріндегі мұнай эмульсияларын электр өрісінде де бұзуға болады. Бұл әдіс негізінен орташа, ауыр және тұтқыр мұнайларды тұзсыздандыруға арналған. Электр өрісіндегі эмульсияларды бұзу механизмі былайша түсіндіріледі.

Егер сусыз мұнайды жоғары кернеудегі екі жазық параллельді электродтар арасына орналастырсақ, онда күш сызықтары бір-біріне параллельді біртекті электр өрісі пайда болады (13.3, а-суреті). Электродтардың арасында М/С түріндегі эмульсиялар орналасса күш сызықтарының орналасуы өзгереді де, электр өрісінің біртектілігі бұзылады (13.3, б-суреті).

13.3. Сурет. Электр өрісіндегі күш сызықтары. а - таза мұнайда; б, в – полярлы су тамшысы бар мұнайда.

 

Электр өрісінің индукциясы нәтижесінде судың диспергирленген (ұсақталған) тамшылары поляризацияланады және су тамшыларының төбелерінде электрод зарядтарына қарама-қарсы электр зарядтары бар су тамшыларынан тұратын тізбек түзіп, күш сызықтарының бойында созылып жиналады. Негізгі және қосымша электр өрістерінің әсерінен алдымен реттелген қозғалыс өтеді, сонан соң су тамшылары төмендегі формуламен анықталатын күштер әсерінен соқтығысады:

(13.1)

мұндағы K – пропорционалдық коэффициент; ε – электр өрісінің кернеулігі; r – тамшы радиусы; l – тамшы центрлерінің арақашықтығы.

Жоғарыдағы формуладан көріп отырғандай, егер тамшылардың арақашықтығы аз болып, ал тамшы өлшемдері салыстырмалы түрде үлкен болса, онда тартылыс күші соншалықты үлкен болып, су тамшыларының бетінде адсорбцияланған және осы су тамшыларын мұнайдан бөліп тұратын жабын (яғни бронды) қабықшалары сығылып бұзылады, нәтижесінде су тамшыларының коалесценциясы жүреді.

Эмульсиялардың бұзылуы тұрақты ток өрісіне қарағанда айнымалы ток өрісінде жақсы жүреді, себебі айнымалы ток өрісінде ток пен кернеу қозғалысы циклді өзгереді, нәтижесінде су тамшылары өз қозғалыс бағытын өзгертіп отырады және үнемі тербеліс жағдайында болады, сонымен қатар осы кезде электр өрісінің әсерінен тамшылардың пішіні үнемі өзгереді, яғни тамшылар үнемі деформация әсерінде болады, бұл адсорбциялық қабықшалардың бұзылуына және тамшылардың қосылуына әсер етеді.