Установки подготовки нефти на НПЗ

Министерство  образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию 

Пермский  Государственный Технический Университет

Кафедра МСА

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

 

По дисциплине: «Автоматизация технологических процессов  и

производств»

Тема: «Установки подготовки нефти на НПЗ»

 

 

                                                                                                 

 

 

 

Выполнил:

ст. группы АТПП-06

Новикова Е.В.

Проверил:

Лыков А.Н

                                                                                      

                                                                                

 

                

 

 

г. Пермь 2010

СОДЕРЖАНИЕ:

                                                                                                                                                             Стр.

Введение 1. Описание технологического процесса   1.1 Краткое описание действия установок по обессоливанию и обезвоживанию нефти   1.2 Технология обезвоживания и обессоливания нефти. Схема современной ЭЛОУ 2. Составление  структуры АСУ ТП ЭЛОУ  3. Выбор аппаратно-программных  средств.   3.1. Выбор программных средств   3.2. Выбор контроллеров   3.3. Выбор контроллера электродегидраторов   3.4. Управление насосами   3.5. Выбор дозировочного блока   3.6. Выбор датчиков и исполнительных механизмов. 4. Математическое  описание Список литературы

3 5 5 6 11 13 15  17 23 25 27 28 37 40

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Выпуск разнообразной  продукции на нефтепереработки зависит  во многом от качества сырья – нефти. Но немалую роль в качестве получаемых продуктов играет как выбор технологических процессов переработки, так и качество проведения каждого процесса.

Из сырой  нефти непосредственно одним  процессом нельзя получить ни один товарный нефтепродукт (за исключением  газов), все они получаются последовательной обработкой на нескольких установках. Первой в этой цепочке всегда стоит установка ЭЛОУ, поэтому от качества работы этой секции  будет зависеть работа всех остальных звеньев технологической цепочки

Одним из основных путей повышения эффективности нефтеперерабатывающего производства является создание автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) на базе современных средств автоматизации и вычислительной техники. Управление технологическими процессами с использованием автоматических устройств включает в себя решение следующих основных задач: контроль параметров процессов (температуры и давления в аппаратах, состава и качества жидкостей и газов и т.д.); регулирование параметров (поддержание их в заданных значениях); сигнализацию (оповещение, предупреждение) об отклонениях значений параметров за допускаемые пределы; блокировку (запрещение) неправильного включения оборудования; защиту оборудования в аварийных ситуациях (выключение, перевод на безопасный режим).

Темой моего  курсового проекта является автоматизация  работы электрообессоливающей установки (ЭЛОУ). Такие установки в основном и обеспечивают обессоливание и обезвоживание сырой нефти, а значит качество нефти. Моей целью является создание автоматизированной системы регулирования и контроля технологических параметров ЭЛОУ с наибольшей эффективностью.

Технические и  технологические преимущества, которые  влечет за собой модернизация системы, заключается в следующем:

- замена морально  и физически устаревшего оборудования на шкафы управления, построенные на базе современных средств автоматизации;

-  уменьшение  энергопотребления и повышение  эффективности процесса;

- статистическое  накопление данных о работе  оборудования с целью прогнозирования  планово-предупредительных ремонтов;

-  увеличение  ресурса технологических агрегатов;

- повышение качества ведения технологии за счет использования развитых инструментов просмотра и анализа накопленной технологической информации;

-  повышение  надежности и ремонтопригодности аппаратуры управления;

-  обеспечение  развитых средств диагностики  для сокращения времени на  ремонтные работы;

- обеспечение  более удобного управления узлами  при проведении наладочных работ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Описание технологического процесса

1.1. Краткое описание действия установок по обессоливанию и обезвоживанию нефти.

В настоящее  время на наши заводы поступают нефти, содержащие до 2% пластовой воды, а следовательно, 3 - 5 г/л хлористых солей (хлоридов). Для полного удаления солей вся нефть подвергается обессоливанию на специальных электрообессоливающих установках (ЭЛОУ). С этой целью нефть интенсивно смешивается с пресной водой в смесителях или в сырьевых насосах, а образовавшаяся эмульсия воды в нефти разрушается и расслаивается в электродегидраторах. Наиболее быстрое и полное разрушение нефтяных эмульсий достигается при их подогреве с применением эффективных реагентов — деэмульгаторов. Расход деэмульгаторов составляет 20—100 г на 1 т нефти.

По литературным данным, обессоливанием нефти с 40—50 до 8—10 мг/л можно в 1,5 раза увеличить продолжительность работы установок, а также снизить требования к материалам для изготовления аппаратуры.

Существует несколько  типов и конструкций электродегидраторов, отличающихся формой, габаритами и  принципом работы. Имеются электродегидраторы вертикальные, шаровые и горизонтальные с электродами разных конструкций и различными системами ввода сырья в электрическое поле. Распространение получили горизонтальные электродегидраторы с нижним вводом сырья.

Независимо от типа электродегидраторов и схемы ЭЛОУ, принцип воздействия переменного электрического поля на нефтяную эмульсию остается одним и тем же. При попадании эмульсии в электрическое поле частицы воды, заряженные отрицательно, передвигаются внутри элементарной капли, придавая ей грушевидную форму, острый конец которой обращен к положительно заряженному электроду. С переменой полярности электродов капля вытягивается острым концом в противоположную сторону. Если частота переменного тока равна 50 Гц, капля будет изменять свою конфигурацию 50 раз в секунду. Под воздействием сил притяжения отдельные капли, стремящиеся к положительному электроду, сталкиваются друг с другом, и при достаточно высоком потенциале заряда происходит пробой диэлектрической оболочки капель, чему способствует деэмульгатор, постепенно размывающий эту оболочку. В результате мелкие водяные капли сливаются и укрупняются, что способствует их осаждению в электродегидраторе. Вода выводится снизу, а обезвоженная нефть — сверху электродегидратора. Обычно между электродами напряжение составляет 27, 30 или 33 кВ.

В электродегидраторах совмещены  два процесса — обработка эмульсии в электрическом поле и отстой воды от нефти. За последнее время  наметилась тенденция к совмещению с ними еще одного процесса —  подогрева нефтяной эмульсии.

Для достижения минимального содержания остаточных солей в обессоленной нефти (не более 3 мг/л) нефть промывают  несколько раз на ЭЛОУ, состоящих  из двух-трех последовательно соединенных  ступеней электродегидраторов.

От полноты выделения воды в электродегидраторах зависит глубина обезвоживания и степень обессоливания нефти в них. Поэтому электродегидраторы являются важнейшим элементом технологической схемы электрообессоливающих установок (ЭЛОУ). [1]

 

 

1.2. Технология  обезвоживания и обессоливания нефти. Схема современной ЭЛОУ

Современная электрообессоливающая  установка (ЭЛОУ) может быть как автономной, так и блоком в комплексе с  установкой дистилляции нефти. Последний  вариант является наиболее распространенным и показан на рис. 1. [3]

Сырьевым насосом 1 нефть прокачивается через группу рекуперативных теплообменников 11, где  за счет тепла дистиллятов, получаемых из нефти, нагревается до 130 - 140 °С и  под давлением 1,4 - 1,5 МПа через  смесительный клапан 9 входит через  маточник в электродегидратор первой ступени 5. Перед смесительным клапаном в поток нефти подаются деэмульгатор и промывная вода, рециркулирующая со второй ступени ВЦ2-1 и на первой ступени ВЦ1. Оба этих потока воды в заданном количестве подаются насосами 3 и 4 из емкостей отстойников 8 и 7.

Спуск воды из электродегидратора 5 осуществляется через регулирующий клапан 10 по уровню раздела фаз вода - нефть. После первой ступени нефть  направляется также через смесительный клапан в электродегидратор второй ступени 6. На вход смесителя этой ступени подается насосом 2 свежая пресная вода и рециркулирующая вода этой ступени BЦ2.

После второй ступени  обессоливания нефть проходит группу высокотемпературных теплообменников 12, где нагревается до 200 - 230 °С, и поступает в первую дистилляционную колонну.

Вместе с  водой в емкости 7 и 8 попадает нефть (эмульсия "нефть в воде"), которая  в этих емкостях отстаивается и периодически откачивается на прием насоса 1.

Дренажная вода IV после отстоя в течение 1 ч в  емкости 7 сбрасывается в промышленную канализацию и поступает на очистку.

Рис. 1. Схема современной ЭЛОУ:

1-4- насосы; 5, 6- электродегидраторы; 7, 8- промежуточные емкости-отстойники, 9-смесительные устройства; 10- регулирующие клапаны; 11, 12- теплообменники, 13 - дозатор; I, II - сырая и обезвоженная нефть; III - свежая пресная вода; IV - дренажная соленая вода, V - раствор деэмульгатора

Основные  виды электрообессоливающих установок

 

Главным аппаратом установки является электродегидратор - емкость, снабженная электродами, к которым подводится переменный ток высокого напряжения. В эксплуатации на промысловых и заводских установках ЭЛОУ находятся электродегидраторы различных конструкций: вертикальные, шаровые и горизонтальные.

Вертикальный  электродегидратор (рис. 2) представляет собой цилиндрический сосуд диаметром 3 м, высотой 5 м и объемом 30 м3. Внутри находятся электроды - металлические пластины, подвешенные на фарфоровых изоляторах. Ток подается к электродам от двух повышающих трансформаторов мощностью по 5 ква (киловольтампер) каждый. Напряжение между электродами от 15 до 33 кв.

Сырье вводится в электродегидратор через вертикальную, вмонтированную по оси аппарата трубу, которая на половине высоты дегидратора заканчивается распределительной головкой. Головка устроена так, что через ее узкую кольцевую щель эмульсия нефти и воды вводится в виде тонкой веерообразной горизонтальной струи. Обработанная нефть выводится в центре верхнего днища электродегидратора, а отстоявшаяся вода - через нижнее днище.

Недостатком вертикальных электродегидраторов, приведшим к их вытеснению более современными конструкциями, является низкая производительность, недостаточно высокая температура обессоливания. Из-за низкой производительности на установках ЭЛОУ приходилось соединять параллельно 6-12 аппаратов.[2]

Рис.3. Схема устройства электродегидратора 2ЭГ-160 (поперечное сечение):

1 - корпус, 2 - маточник ввода нефти; 3 -решетчатые электроды; 4 - подвески электродов; 5 - проходной высоковольтный изолятор; 6 - коллектор для вывода нефти; I-II - сырая обезвоженная нефть; III - дренажная вода

Наиболее эффективной  и получившей наибольшее распространение конструкцией стали горизонтальные электродегидраторы ВНИИнефтемаш    типа   2ЭГ-160 (рис. 3). Они имеют диаметр 3,4 м, длину около 18 м, рассчитаны на давление 1,8 МПа и включают два решетчатых электрода, подвешенных через изоляторы к корпусу аппарата.

Электроды представляют собой горизонтальные решетки, сваренные  из металлических прутков диаметром 15-18 мм, с окном решетки 150 х 150 мм или 200 х 200 мм. Одна из решеток соединена с корпусом аппарата (нулевой электрод), а к другому подведено высокое напряжение (20 - 30 кВ).

Устройство  электродегидраторов, используемых при  промысловой подготовке нефти (обезвоживании), несколько иное и также отличается большим разнообразием. Схема одной из современных конструкций показана на рис. 4

Рис. 4. Промысловый элсктродегидратор нефти:

1 - корпус; 2 - огневая нагревательная труба; 3 - электроды; 4 - пакет коалесцирующих пластин; 5- карман отвода обезвоженной нефти; 6 и 7- перегородки; I- водный слой; II -нефть; III - газовая подушка

В аппарате совмещены  три зоны, слева от перегородки 6 - термическая, где нефть нагревается и крупные капли оседают, между перегородками б и 7, где для коалесценции капель используется электрическое поле, и справа от перегородки 7 - зона механической коалесценции за счет фильтрации нефти через пакеты гофрированных пластин из полистирола (гофры под углом 30 - 60 ° расположены поперечно у смежных пакетов) Сочетание этих зон дает большой эффект как по производительности аппарата, так и по глубине обезвоживания Температура нефти после зоны нагрева обычно 65 - 70 °С При начальной обводненности нефти 9 - 10%(мас ) на выходе из такого аппарата содержание воды составляет не более 0,3% [обычно 0,1 - 0,25%(мас )] Размеры аппарата диаметр - 2,4 м, длина - 7,6 м

Технологический режим глубокого обезвоживания  и обессоливания нефти на ЭЛОУ (см. рис. 1) зависит от конкретной нефти и для нескольких различных по составу нефтей приведен в табл. 1. Температура и давление процесса обессоливания во многом зависят от конструкции аппарата. Большое значение имеют свойства обессоливаемой нефти. Многие нефти хорошо обессоливаются при 70-90°С. Однако для таких нефтей, как ромашкинская, особенно в тех случаях, когда они поступают с промыслов плохо подготовленными, приходится повышать температуру обессоливания до ПО-160°С. Повышение температуры обессоливания увеличивает электрическую проводимость и силу тока, усложняет условия работы изоляторов.