1369

при планово-предупредительном ремонте. О неисправности обо­ рудования сигнализируют реле, которые расположены на щи­ тах управления агрегатами и на щите управления РУ б кВ. Обобщенный (нерасшифрованный) сигнал аварии передается по проводному каналу связи с контролируемого комплекта те­ лемеханики КНС на диспетчерские пункты. Сведения об объ­ еме закачки воды передаются по каналу телемеханики 1 раз в 2 ч или по вызову с диспетчерского пункта.

Агрегаты запускаются автоматически после нажатия кнопки «пуск» на пульте местного управления. При этом сначала

гона насоса включается защита от падения давления в нагнета­ тельной линии. Все промежуточные операции автоматического пуска контролируются сигналами на станции управления агре­ гатом. После достижения заданного давления нагнетания пуск заканчивается, и агрегат переходит на автоматическое управ­ ление.

Один из насосов КНС может быть резервным и подготов­ лен к автоматическому пуску. В случае отключения любого ра­ бочего агрегата одной из технологических или электрических защит резервный агрегат запускается автоматически. При ис­ чезновении напряжения в РУ б кВ и остановке всех двигателей все выключатели отключаются защитами минимального напря­ жения через 0,5 с, поскольку самозапуск двигателей не преду­ сматривается. После восстановления напряжения на шинах 6 кВ происходит автоматический поочередной пуск всех двига­ телей, кроме резервного, если время перерыва электроснабже­ ния не превышало 3—б мин. В случае превышения этого вре­ мени пуск двигателей возможен только вручную. Для обеспе­ чения устойчивой работы энергосистемы при снижении частоты часть двигателей КНС отключается устройством автоматиче­

243

ской частотной разгрузки. После восстановления частоты тока осуществляется автоматический поочередный пуск двигателей.

В схеме управления (рис. 98) для двигателя используются три ячейки КРУ: с выключателем, с трансформаторами тока Тр4—Тр9 и с двумя трансформаторами напряжения Трб и Тр7. Кроме того, в отдельном шкафу устанавливается комплект

6кв

Рис. 98. Принципиальная схема управления и защиты синхронного двига­ теля СТД-4000-2 с бесщеточным возбуждением

244

трансформаторов тока для дифференциальной защиты двига­ теля М. Возбудитель G представляет собой трехфазный син­ хронный генератор с частотой 400 Гц. Якорь возбудителя находится на валу двигателя М и соединяется с обмоткой воз­ буждения двигателя через неуправляемый диодный выпрями­ тель, собранный по трехфазной мостовой схеме. Параллельно с выпрямителем и обмоткой возбужения двигателя М вклю­ чены два тиристора с разрядными резисторами и цепью отпи­ рания тиристоров. Защитная тиристорная цепь служит для ог­ раничения перенапряжений на диодном выпрямителе при пуске и других переходных режимах. Напряжение отпирания тири­ сторов составляет 600—900 В. Выпрямитель и защитная тири­ сторная цепь установлены на валу двигателя и вращаются вме­ сте с ним. Так как обмотка возбуждения возбудителя непо­ движна, то нет необходимости в коллекторе и контактных кольцах.

Для питания обмотки возбуждения возбудителя через ре­ гулятор возбуждения AER и неуправляемый выпрямитель Д1—Д4 служат трансформаторы тока Тр4 и Тр5. Дополнитель­ ным источником возбуждения является трансформатор напря­ жения Тр7, присоединенный к выпрямителю Д1—Д4.

Дополнительный источник возбуждения обеспечивает устой­ чивую работу двигателя при малых нагрузках и используется для релейной форсировки возбуждения. Регулятор AER дейст­ вует по принципу управляемого компаундирования. При пуске и перегрузке двигателя регулятор обеспечивает параметриче­ скую форсировку возбуждения. Дополнительная релейная фор­ сировка возбуждения при снижении напряжения на шинах 6 кВ осуществляется при помощи реле К16 и контактора К10, шун­ тирующего реостат R1 в цепи питания обмотки возбуждения возбудителя от трансформатора напряжения Тр7. AER обеспе­ чивает автоматическое регулирование возбуждения для поддер­ жания заданного коэффициента мощности и постоянной вели­ чины напряжения на зажимах двигателя.

Значение автоматически стабилизируемого коэффициента мощности зависит от настройки AER и может быть задано в пределах от —0,9 до +0,9. В режиме нормальной эксплуата­ ции (после наладки) регулируют возбуждение и устанавливают коэффициент мощности реостатами R1 и R2. При действии программы пуска двигателя и включении выключателя В1 дви­ гатель разгоняется в асинхронном режиме. После снижения пускового тока до значения уставки реле К2, т. е. при прибли­ жении к подсинхронной скорости, отпадает якорь реле К4. Че­ рез некоторое время, равное сумме выдержек времени реле К4 и К5, включается контактор Кб и подается напряжение на зажимы обмотки возбуждения возбудителя. До включения контактора Кб выпрямитель Д1—Д4 замкнут на резистор R3 контактором К7. После синхронизации двигателя реле направ­ ления реактивной мощности К1 отключается вследствие умень­

245

шения силы тока в обмотке, подключенной к трансформатору Тр5 (обмотка напряжения реле К1 подключена к трансформа­ тору Трб), и разрывает цепь реле времени К8.

При длительном асинхронном ходе реле мощности К1 оста­ ется включенным и по истечении выдержки времени реле К8,

При необходимости деблокировка защиты от асинхронного хода может осуществляться кнопкой В2. При пробое одного из вентилей вращающегося выпрямителя в обмотке реле КЗ, включенной через конденсатор С, протекает переменный ток, контакт реле КЗ замыкается, и через промежуточное реле К9 отключаются выключатель В1 и обмотка возбуждения возбу­ дителя (контактором К7). Выключатель В1 и цепи возбужде­ ния отключаются также от технологических защит аварийной кнопкой В4 и контактами реле К20 и К21. Реле К20 является выходным реле дифференциальной токовой защиты двигателя, цепи которой на схеме не показаны. Реле этой защиты подклю­ чается к трансформаторам тока Тр1 и Тр2. Реле К21 — выход­ ное реле схемы автоматической частотной разгрузки. Оно вклю­ чено в цепь реле частоты, которое находится в ячейке КРУ шинного трансформатора напряжения. Контакты реле К21 за­ мыкаются при аварийном снижении частоты в энергосистеме. Контакты В1 и ВЗ в цепи электромагнитов К12 и К13 — блокконтакты соответственно выключателя В1 и его привода. Реле К15 — реле защиты минимального напряжения.

Описанная схема успешно применяется при электроснабже­ нии КНС без применения реакторов. В случае питания двига­ телей через реакторы при пуске напряжение снижается до 55— 70 % от номинального. Дополнительный источник возбуждения при таком низком напряжении не обеспечивает эффективного возбуждения, и релейная форсировка возбуждения не дости­ гает цели, поэтому при включении двигателей через реакторы применяется другая схема питания цепей возбуждения (рис. 99), в которой используются трансформаторы типа ТБС напряже­ нием 380/110 В, присоединяемые к шинам собственных нужд РУ 6 кВ через магнитные пускатели К1. Так как собственные нужды РУ 6 кВ включены до реакторов, то напряжение на ши­ нах 0,4 кВ составляет 75—90 % от номинального. В такой схеме при пуске очередного двигателя более устойчиво рабо­ тают ранее включенные двигатели, так как у них обеспечива­ ется эффективная релейная форсировка возбуждения. Реле К1б (см. рис. 98), включенное после реакторов, срабатывает сразу при пуске очередного двигателя вследствие значитель­ ного падения напряжения, а напряжение форсировки значи­ тельно выше, так как AER включен до реакторов. Схема на рис. 99 дает возможность уменьшить число ячеек КРУ и габа­ риты здания РУ 6 кВ. Для питания двигателя по этой схеме

246

вместо трех ячеек КРУ применяется одна ячейка с выключа­ телем. Трансформаторы тока для системы возбуждения Тр4, ТР5 устанавливаются в шкафу трансформаторов тока со­ вместно с трансформаторами Тр1, Тр8 и Тр9 для дифферен­ циальной защиты, с трансформатором Тр2 для защиты от пе­ регруза и трансформатором ТрЗ для защиты от замыкания на землю, габариты шкафа при этом не увеличиваются. Взамен ячеек с трансформаторами напряжения применяются малога-

\ В1

ФОТр!

О OTpZ

■|Н%

L_

Гфоф^Т!

фОф^И

фо ф ^*!

Мф ()ф 7^|

Рис. 99. Схема питания AER

баритные панели с трансформаторами типа ТБС. Одна ячейка с трансформаторами напряжения имеет размеры в плане 0,9X Х1,6 м, а панель с шестью трансформаторами ТБС и всем вспомогательным оборудованием — 0,6X0,8 м. Схема на рис. 98 применяется в последнее время во всех случаях, независимо от наличия реактора в РУ 6 кВ [14].

35. ОБЕЗВОЖИВАНИЕ И ОБЕССОЛИВАНИЕ НЕФТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПОЛЕМ

Извлекаемая из нефтяных скважин жидкость содержит в большом количестве воду. Особенно велика обводненность нефти на промыслах Поволжья и Закавказья, где она дости­ гает 75—77 %. Обводненная нефть представляет собой водо­ нефтяную эмульсию, образующуюся в результате перемешива­ ния воды и нефти в процессе извлечения жидкости из сква-

247

жниы и прохождения ее по системе сбора. Водонефтяные эмульсии содержат большое количество минеральных солей, растворенных в воде, входящей в состав этих эмульсий. В не­ которых случаях нефти содержат и кристаллические соли, ко­ торые образуются при промысловой обработке нефти и отде­ ления ее от газа после извлечения из скважины. В получаемой из скважины нефти содержатся также механические примеси, в частности, мельчайшие частицы глины и песка [5].

Чтобы исключить вредное действие воды, солей и механиче­ ских примесей нефти на аппаратуру нефтеперерабатывающих заводов, а также улучшить условия работы сооружений и ус­ тановок транспорта и хранения нефти, перед выдачей с про­ мыслов нефть подвергается обезвоживанию и обессоливанию на специальных установках. Так как выдаваемая с промыслов нефть во многих случаях не освобождается от воды и солей до тех норм, которые отвечают требованиям, предъявляемым неф­ тепереработкой, то установки обезвоживания и обессоливания

усмотрены н на нефтеперерабатывающих заводах.

анболее часто встречаются эмульсии «вода в нефти», в ко­ торых водяные частицы диспергированы в нефти и покрыты пленкой гидрофобного эмульгатора, препятствующей их слия­ нию, Стойкость водонефтяных эмульсин определяется структу­ рой поверхностных слоев на границе раздела воды и нефти, физико-химическими свойствами нефти (вязкостью, плотностью, содержанием асфальто-смолистых веществ и парафина). Чем больше дисперсность эмульсии, т. е. степень раздробленности частиц воды, тем труднее разрушить эмульсию. Размер частиц воды находится в пределах 0,2—100 мкм. Уменьшение разме­ ров механических примесей также повышает стойкость эмуль­ син. С повышением температуры снижается вязкость нефти и уменьшается стойкость эмульсии, особенно при значительных содержаниях парафина и нефти. Стойкость эмульсий возрастает со временем, что принято называть «старением» эмульсии [5J.

Обезвоживание нефти непосредственно после получения ее со скважины, когда эмульсия свежая, требует меньших уевший и затрат, чем последующая обработка, когда эмульсия «поста­ рела».

Определенное влияние на стойкость эмульсии оказывают электрические заряды частиц воды. Каждая частица воды об­ ладает электрическим зарядом, равномерно распределенным и© се поверхности и имеющим положительный или отрицательный знак в зависимости от кислотности воды. Этот заряд существует вследствие адсорбции ионов электролитов, которые содержатся в воде. Дисперсионная среда, окружающая частицу воды, не­ сет заряды, противоположные но знаку заряду воды ш распре­ деленные неравномерно. Большую плотность имеют заряды дпеперевщнной среды в слоях, ближайших к частице воды» но мере удаления от последней плотность этих зарядов убывает. Одинопшенинме заряды частиц воды в статическом состошшшши

Ш

эмульсии препятствуют слиянию этих частиц. При движении эмульсии часть зарядов дисперсионной среды, расположенных относительно далеко от водяной частицы, уходит, что приводит к преобладанию заряда водяной частицы и нарушению элек­ трического равновесия системы. При разрушении нефтяных эмульсий происходит слияние мелких частиц диспергированной воды в крупные капли. Затем укрупненные капли оседают на нефти в процессе отстоя и их удаляют [5).

Одновременно с обезвоживанием нефть обессоливается, так как соли обычно растворены в водяных частицах нефтяной эмульсии. В тех случаях, когда нефть содержит кристалличе­ ские соли, их удаляют промывкой нефти водой с одновремен­ ным перемешиванием воды и нефти. Кристаллические соли растворяются в воде и удаляются с ней при обезвоживании возникшей водонефтяной эмульсии.

Существует несколько методов обезвоживания и обессоли­ вания нефтей. На промышленных установках нефтяных про­ мыслов обычно используются термохимический, термический и электрический методы, их комбинации, а также холодный от­ стой с применением химреагентов. Сущность термохимического метода заключается в том, что в обводненную нефть вводится деэмульгатор, который хорошо перемешивается с ней. Далее нефть с деэмульгатором поступает в подогреватель. Подвер­ гнутая воздействию деэмульгатора и нагрева нефть отстаива­ ется в резервуарах, где вода отделяется от нефти и удаляется. Деэмульгаторы представляют собой поверхностноактивные ве­ щества, т. е. вещества, способствующие снижению поверхност­ ного натяжения. Контакт деэмульгаторов с частицами воды, диспергированными в нефтях, приводит к уменьшению прочно­ сти защитных оболочек на их поверхности. Это облегчает по­ следующее слияние частиц воды [5 ].

Повышение температуры водонефтяной эмульсии приводит к ослаблению защитных оболочек, состоящих из асфальтосмо­ листых и парафиновых веществ, прочность которых с нагревом уменьшается. При нагреве эмульсии уменьшается ее вязкость. С уменьшением вязкости при прочих неизменных условиях ин­ тенсифицируется движение частиц воды в нефти, от которого зависит их контактирование друг с другом и слияние.

Для разрушения водонефтяных эмульсий термическим спо­ собом при высоконапорной герметизированной системе сбора нефти с 1975—1976 гг. начали применяться типовые автомати­ зированные блочные сепараторы-подогреватели с огневым по­ догревом нефти за счет сжигания части газа, выделяющегося из нефти. Установки УДО-2М и УДО-ЗМ с производитель­ ностью по жидкости соответственно 2000 и 3000 т/сут работают при давлении 0,58 МПа и обеспечивают одновременно с дегидрацией нефти отбор легких фракций.

Электрический метод основывается на действии электриче­ ского поля на частицы воды. При перемещении эмульсии под

Ш

действием внешних сил (сила тяжести, напор насоса и др.) система вода — нефть перестает быть электрически нейтраль­ ной, так как часть зарядов, удаленных от частиц воды, уно­ сится. Преобладает избыточный заряд частиц воды (положи­ тельный или отрицательный). Под действием постоянного элек­ трического поля, созданного приложенным извне напряжением, частицы воды, имеющие положительный заряд, направляются к отрицательному, а частицы с отрицательным зарядом — к по­ ложительному электроду. Две частицы воды, разделенные слоем нефти, могут рассматриваться как элементарный кон­ денсатор.

Под действием внешнего электрического поля эти частицы приобретают разноименные заряды и стремятся притянуться друг к другу. Это вызывает деформацию защитных оболочек. В том случае, когда поле неравномерно, заряженные частицы воды будут подвергаться действию сил, стремящихся переме­ стить их в зону поля с большим градиентом потенциала. Под воздействием поля на частицы воды разрушаются защитные оболочки как в результате столкновений частиц, так и в ре­ зультате пробоя нефти между соседними частицами. Происхо­ дит слияние частиц и оседание капель воды. При внешнем на­ пряжении определенного значения возможен пробой цепочки, образованной частицами воды, расположенными вдоль силовых линий поля, и замыкание электродов через образовавшуюся водяную токопроводящую нить.

Вследствие этого резко увеличивается ток и снижается на­ пряжение, действующее на эмульсию, при котором прекратится ее обработка [5].

При воздействии на эмульсию переменного электрического поля частицы воды находятся в колебательном движении. За­ щитные оболочки непрерывно меняют направление своей де­ формации и разрушаются. Увеличение градиента потенциала поля, приводящее к повышению интенсивности движения ча­ стиц воды и деформации их оболочек, ограничено определен­ ными пределами. Во-первых, ограничение градиента обуслов­ лено появлением коротких замыканий вследствие пробоя цепо­ чек водяных частиц, особенно при сильно обводненных нефтях. Во-вторых, при слишком высоких градиентах наблюдается раз­

вающих заводах применяются электрообезвоживающие и элек­ трообессоливающие установки, работающие на переменном токе промышленной частоты (50 Гц). Электрические аппараты, которые создают электрическое поле, принято называть элек­ тродегидраторами. Так как электродегидраторы промышлен­ ной частоты хорошо работают при содержании воды в обраба­ тываемой нефти, не превышающем определенных значений, то часто на промысловых установках перед подачей нефти в элек­

250

тродегидратор она предварительно обезвоживается термохими­ ческим способом.

При холодном отстое высокоэффективный неионогенный де­ эмульгатор дозировочным насосом подается на забой или на устье скважины. Водонефтяная эмульсия с деэмульгатором по­ ступает в резервуары, где она расслаивается на нефть и воду в течение 2—3 ч. Насосы-дозаторы — поршневые, с электропри­ водом от асинхронных двигателей мощностью от 0,27 до 3 кВт

380В.

ВСССР в настоящее время применяют отечественные элек­

600 м3, рассчитанный на давление 0,6 МПа и производитель­ ностью до 10000 т/сут. Он содержит три пары электродов, раз­ мещенных в плоскости большого круга сосуда,— верхних 7 и нижних 8. Верхние электроды повешены на трех изоляторах 6 к звезде 5. Верхний электрод 7 содержит один ряд концентри­ ческих металлических колец, обращенных в сторону нижнего электрода и укрепленных кронштейнами. Нижний электрод 8 имеет два ряда колец, один из которых обращен в сторону верхнего электрода, а другой — в сторону нижней части аппа­ рата. К электродам через проходные изоляторы 3 подводится высокое напряжение от трансформаторов 4, монтируемых на площадке над дегидратором.

Установлено шесть однофазных трансформаторов с номи­ нальными напряжениями 0,38/11—16,5—22 кВ мощностью по 30 кВ*А. Каждая пара трансформаторов питает пару элек­ тродов на стороне высшего напряжения и обеспечивает напря­ жение между электродами 22, 33 или 44 кВ в зависимости от используемого числа витков вторичных обмоток (отпаек). На стороне 0,38 кВ обмотки одной пары трансформаторов вклю­ чены параллельно, а все три пары трансформаторов со сто­ роны своих первичных обмоток соединены треугольником и включены в трехфазную сеть 0,38 кВ.

В дегидраторе кроме основного электрического поля, со­ здаваемого в междуэлектродном пространстве полным напря­ жением питания, создаются вспомогательные поля: между ниж­ ним электродом и зеркалом отстоявшейся воды в нижней зоне аппарата и между электродами и корпусом аппарата. Вспомо­ гательные поля создаются половинным напряжением питания.

По оси каждой пары электродов размещен вертикальный стояк 10, к которому подводится подлежащая обработке нефть. Конец стояка содержит распределительную головку 9, через которую эмульсия поступает в межэлектродное пространство в виде веерообразной струи, параллельной электродам, т. е. перпендикулярно к силовым линиям создаваемого между элек­ тродами электрического поля.

251

После обработки в межэлектродном пространстве обезво­ женная нефть, поднимающаяся в верхнюю зону аппарата, от­ водится через трубу 2. Осевшая в результате отстоя вода уда­ ляется из дегидратора через трубу 11. В установившемся ре­ жиме работы дегидратора количество воды, поступающей с эмульсией, равно количеству воды, опускающейся в нижнюю

2 3

зону, под электроды, за вычетом небольшой части воды, ос­ тающейся в обработанной нефти, уходящей в верхнюю зону аппарата. При этом в межэлектродной зоне содержится 2—3 % воды.

При недостаточном напряжении питания, плохом качестве или недостаточном количестве деэмульгатора, низкой темпера­ туре эмульсин и слишком большой дисперсности ее слияние частиц воды в межэлектродном пространстве замедляется. На­ рушается равновесие между поступающей и удаляемой из аппа­