
Жур. Н.Г. технологии статья Ряховского стр.22
.pdf
DOWNSTREAM |
ТЕХНОЛОГИИ |
Давление
60 00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.5 e4 |
50 00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 e4 |
40 00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.5 e4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 e4 |
|
|
|
|
|
|
Давление в системе |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
0 |
|
|
|
|
|
|
Массовый расход через клапан |
|
0 e4 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0.0 |
1.1 |
2.2 |
3.3 |
4.4 |
5.5 |
6.6 |
7.7 |
8.8 |
9.9 |
11.0 |
|
|
|
|
Время, минуты
Массовый расход
функции передачи, которая является стандартной характеристикой в промышленном программном обеспечении для динамического моделирования.
Объемы трубопроводов и оборудования использовались в качестве входных данных модели для определения времени задержки. Для получения модели более высокой точности желательно включить массу металла в модель. Это немного менее консервативно, так как средняя температура металла всегда ниже, чем температура массы жидкости.
Во время отключения электроэнергии воздушные холодильники все еще продолжают обеспечивать
Рис. 3. Расход сброса давления и давление в системе |
частичноеохлаждениезасчетестественнойконвекции. |
|
Научно-исследовательским институтом по проблемам |
||
|
||
температура на выходе из реактора начнет по- |
теплообмена (Heat Transfer Research Institute – HTRI) |
|
былапроведенасерияопытовдляоценкиохлаждающего |
||
вышаться, и будет наблюдаться повышение темпе- |
эффектазасчетестественнойконвекции.ДанныеHTRI |
|
ратуры и снижение давления потока газо-сырьевой |
при различных условиях потоков и процессов были ис- |
|
смеси, выходящей из реактора и идущей в сепаратор. |
пользованы для получения профиля тепловой нагруз- |
|
Для этого исследования отключение электроэнергии |
ки для естественной конвекции в случае отключения |
|
являетсяхудшимсценарием.Вэтомсценариипроисходили |
электроэнергии. Полиномы были разработаны и вне- |
|
перебоисподачейсырьяициркулирующегогазаиразгер- |
дрены в динамическую модель для создания эффекта |
|
метизациясистемы.Клапансбросадавлениябылизмерен |
естественной конвекции. |
|
для определения способности сброса давления в системе |
На рис. 2 можно увидеть, что тепловой эффект по- |
|
доопределенногозаданногозначениявтечение15минут. |
степенно перемещается вниз теплообменников сырья |
|
Подробные данные реакции были важными вход- |
(выходящего потока). Таким образом, для каждого обо- |
|
ными данными для динамической модели, но они были |
рудования существует пространственно-временной про- |
|
оченьсложными.Поэтомуиспользовалсяконсерватив- |
филь повышения температуры и снижения давления во |
|
ный метод оценки теплоты реакции. Это было важно |
время сценария. Можно заметить, что температура в |
|
для взаимодействия с лицензиаром процесса в сфере |
реакторе снижается постепенно, а температура на вы- |
|
подробных данных реакции. Наихудшие сценарии, |
ходеизтеплообменниковвыходящегопотокапостепенно |
|
такиекакусловияконцацикла,должныиспользоваться |
повышается. |
|
в качестве базового сценария. В условиях конца цик- |
Температуры и соответствующие переходные |
|
ла реакторы установки гидроочистки обычно работа- |
(неустановившиеся) рабочие давления для каждого |
|
ют при более высоких температурах, что приводит к |
теплообменника и связанных с ним трубопроводов |
|
остаточной энтальпии в системе во время снижения |
сравнивались с механическими расчетными харак- |
|
давления для сценария отключения электроэнергии. |
теристиками давления/температуры. Из динамичес- |
|
Некоторые ключевые входные данные для дина- |
кой модели также было очевидно, что температуры |
|
мической модели, а также значимые факторы моде- |
увеличиваются не сразу же из-за времени задержки |
|
лирования заключаются в следующем. |
системы. Давление значительно снижалось к тому вре- |
|
Объемы реакторов были точно рассчитаны (в |
мени, когда температура значительно возрастала. Без |
|
том числе пространство, незаполненное продуктом) и |
динамического моделирования металлургию выбирали |
|
введены в модель. Гидравлика также играла важную |
бы при очень высокой температуре и соответствующем |
|
роль и должна была быть смоделирована правильно. |
высоком давлении. Поэтому это слишком консерва- |
|
Важно иметь тесное взаимодействие с лицензиарами |
тивно и не нужно проектировать металлургические |
|
процесса для получения максимально точной модели. |
характеристики системы для высоких температур и |
|
Теплообменники были реалистично сконструи- |
соответствующих высоких давлений, так как это не |
|
рованы, так что коэффициент теплопередачи увели- |
реалистично. Некоторый консерватизм присущ дина- |
|
чивался или уменьшался в зависимости от расхода. |
мической модели, чтобы исключить неопределенности |
|
Он был очень важным компонентом моделирования, |
в подходе моделирования и термодинамике. На рис. 3 |
|
так как в трубном и межтрубном пространстве тепло- |
показана скорость потока через клапан сброса давле- |
|
обменников может произойти сокращение или от- |
ния, а также снижение давления в системе. |
|
сутствие потока во время ситуаций разгерметизации. |
Еще одной основной целью исследования оказалась |
|
Времязадержкибыловведеновмодельспомощью |
оценка состояния условий сырья в отпарной колон- |
|
функцийпередачи.Традиционнымподходомвдинами- |
не в различные моменты времени во время сценария |
|
ческом моделировании для захвата отклика задержки |
разгерметизации (см. рис. 4). Это было сделано для |
|
или отставания является использование блокировки |
оценки нагрузки сброса давления в отпарной колонне/ |
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
|
№9 • сентябрь 2013 |
59 |
Т Е Х Н О Л О Г И И |

DOWNSTREAM |
ТЕХНОЛОГИИ |
колоннефракционирования.Теплообменникисырья – кубового продукта в отпарной колонне подвергаются изменениям температуры в случае отключения электроэнергии, тем самым увеличивая энтальпию сырья отпарной колонны. Кроме того, из-за высоких температур уровень жидкости в сепараторе снижается, что, в конечном счете, может привести к просачиванию газа
вотпарную колонну. Модель была спроектирована для проверки последствий по отношению к отпарной колонне.
Сточки зрения консервативной оценки, считается, что сепаратор работает с самым низким уровнем жидкости во время устойчивого состояния. В этой модели также были установлены правильные высотные отметки насадок. Было обнаружено, что газ быстро просачивается после начала сценария. При этом не потребовалось разрешения, и было оценено несколько
сценариев, в том числе следующие:
В этом сценарии регулирующий клапан был
воткрытом состоянии на 100 %;
Задержка регулирующего клапана уровня в по-
следнем положении.
На рис. 5 показана тенденция зависимости от времени условий сырья отпарной колонны во время сценариевразгерметизации.Нанемтакжепоказаноувеличение паровойфракциинавходеотпарнойколонны/колонны фракционированиявовремяявленияразгерметизации. Это очень важная информация для оценки сценариев
Сброс давления на факел
Продукт
LC
Продуктовый
сепаратор
Отпарная
колонна
Теплообменник сырья — готового продукта
Рис. 4. Схема отпарной колонны/колонны фракционирования
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сепараторе,вУровень тыс. тонн |
|
1.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.0 |
|
фракцияГазоваяна входе в колонну |
|
|
|
|
0.0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.0 |
|
|
|||
|
|
|
1.0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.8 |
|
|
|
||
|
|
|
0.8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.6 |
|
|
|
|
|
|
|
0.6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.5 |
|
|
|
|
|
|
|
0.4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
0.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Уровень в сепараторе |
|
0.1 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Газовая фракция |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
100.2 |
201 |
302 |
403 |
504 |
604 |
704 |
804 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Время, секунды |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 5. Сокращение запасов жидкости в сепараторе и соответствующее
увеличение газовой фракции в сырье отпарной колонны
сброса давления в конденсационной системе вверху отпарной колонны/колонны фракционирования.
Данный пример показывает, что путем создания одной модели можно достичь нескольких целей, что, в свою очередь, представляет реальную ценность с точки зрения экономии затрат и помогает выявить скрытые угрозы безопасности и производственные риски. Например, резкое снижение уровня жидкости в сепараторе и раннее просачивание газа представляют собой некоторые риски, которые могут быть точно определены и правильно смягчены.
ПРИМЕР 2: ИССЛЕДОВАНИЯ КОМПРЕССОРА И ДАВЛЕНИЯ БАЛАНСА
Детальные исследования компрессора с помощью динамического моделирования в настоящее время являются общими для всех нефтегазовых проектов. Динамическое моделирование обычно используется
вследующих целях:
измерения антипомпажных клапанов компрес-
сора;
тестирование требуемых моментов пуска и других исследований пуска;
исследования эксплуатационной безопасности и работоспособности (HAZOP) и анализ сценария сброса давления вокруг системы компрессора.
Исследования динамического моделирования с целью тестирования распределения нагрузки и алгоритмы противопомпажного регулятора также набирают обороты. После того, как компрессор установлен, оптимальная настройка регулятора помпажа на практике является сложным процессом из-за риска попадания оборудованиявпомпаж.Поэтойпричинединамическое моделирование используется в качестве инструмента, в котором оптимальную настройку регулятора помпажа можнопроверитьвавтономномрежиме.Этипроектывыполняютсясовместноспродавцами,предоставляющими комплексные решения для управления компрессором.
ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПРЕССОРА
Если динамические модели спроектированы для исследования компрессора, моделирование обеспечивает автоматические результаты этого анализа. Давление баланса для компрессора – это давление, при котором нагнетание и всасывание в конечном итоге выравниваются после остановки (рис. 6).
Давление баланса используется для установки расчетных параметров в трубопроводах и оборудовании на стороне всасывания компрессора. Оно играет важную роль при пуске, потому что более высокие давления баланса соответствуют более высокому требуемому моменту. Прогнозирование давления баланса установившимися (включая псевдоустановившимися) методами является трудоемким и склонным к неточностям способом.
Традиционно давление баланса рассчитывается вручнуюпутемделенияконтуракомпрессорананеболь-
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
60 |
№9 • сентябрь 2013 |
|
Т Е Х Н О Л О Г И И |

DOWNSTREAM |
|
|
|
|
ТЕХНОЛОГИИ |
|||||||
шиеизобарическиесекции.Расчетвручнуюдостаточно |
точного крутящего момента для повторного запуска |
|||||||||||
трудоемко и имеет высокую вероятность ошибки из-за |
компрессора после нахождения в условиях балансо- |
|||||||||||
неточности прогнозирования физических свойств, по- |
вого давления, могут быть рассмотрены различные |
|||||||||||
скольку давление в контуре компрессора изменяется. |
стратегии. Решения могут включать вентиляцию для |
|||||||||||
С другой стороны, динамическое моделирование будет |
стравливания давления или выбор другого двигателя |
|||||||||||
учитывать влияние изменений физических свойств. |
или турбины. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В практических сценариях, таких как неполная |
Для исследования переходных процессов в любом |
|||||||||||
загрузка или пуск, компрессор часто будет работать |
компрессоре решающее значение имеют следующие |
|||||||||||
в условиях рециркуляции, очень близких к услови- |
входные данные: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ям скачка давления. В зависимости от характеристик |
объемы трубопроводов и оборудования в кон- |
|||||||||||
кривой компрессора напор может быть значительно |
туре компрессора; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
выше, чем при нормальных условиях эксплуатации, что |
инерция в компрессорной линии; |
|
|
|
||||||||
приводит к более высокому давлению на выходе. |
характеристики открытия и закрытия клапанов; |
|||||||||||
Следовательно, при проведении моделирования ба- |
задержки в системе; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
лансового давления в модели необходимо учитывать |
кривые рабочих характеристик компрессора. |
|||||||||||
наиболее высокое предполагаемое давление на вы- |
Для исследования привода дополнительными важ- |
|||||||||||
ходе. Это означает, что режим эксплуатации должен |
ными входными данными являются пусковая кривая |
|||||||||||
быть определен при самом высоком напоре, который |
крутящего момента двигателя или газовой турбины в |
|||||||||||
обычно представляет собой режим, соответствующий |
зависимости от скорости. Время, которое необходимо |
|||||||||||
линии регулирования помпажа. Использование само- |
приводу для ускорения компрессора от нуля до пол- |
|||||||||||
го высокого давления нагнетания в качестве пусковой |
ной скорости, пропорционально крутящему моменту |
|||||||||||
характеристики даст самое высокое давление баланса |
для ускорения и обратно пропорционально инерции |
|||||||||||
для конкретного сценария. |
системы. Крутящий момент для ускорения существен- |
|||||||||||
ИССЛЕДОВАНИЕ КОНФИГУРАЦИИ ПРИВОДА |
но отличается от крутящего момента, передаваемого |
|||||||||||
приводом, и крутящего момента, необходимого для |
||||||||||||
При выборе привода компрессора необходимо учи- |
компрессора. Если крутящий момент, необходимый |
|||||||||||
тывать два важных фактора: удобство эксплуатации и |
для разгона, слишком медленный, двигатель или тур- |
|||||||||||
надежность привода. Обеспечение соответствия тре- |
бина будут останавливаться/опрокидываться, и это |
|||||||||||
бованиям выбранного привода требует комплексной |
может привести к повреждению. |
|
|
|
|
|
|
|||||
оценки потребляемой энергии компрессора. |
Для двигателей, важно учитывать перепад напряже- |
|||||||||||
Динамическое моделирование является ценным |
ния во время пуска. Обычно напряжение составляет |
|||||||||||
инструментом, который может использоваться для эф- |
80 % от нормального, так что кривые крутящего момен- |
|||||||||||
фективного прогнозирования переходных условий |
та для напряжения 80 % от полного значения должны |
|||||||||||
эксплуатации и общих требуемых моментов для ком- |
использоваться после консультации с поставщиком с |
|||||||||||
прессорной линии. Одна модель может использоваться |
цельювнесениявходныхданныхвдинамическуюмодель. |
|||||||||||
дляисследованияширокогодиапазонасценариев,вклю- |
Точное моделирование ускорения или замедления |
|||||||||||
чая те, которые могут влиять на конструкцию и выбор |
компрессорной линии является еще одним важным |
|||||||||||
нужного привода. Обычно для исследования привода |
компонентом исследования переходных процессов. |
|||||||||||
реализуются следующие варианты моделирования: |
Степень изменения скорости зависит от влияния |
|||||||||||
пуск компрессора после периода в условиях оста- |
инерции системы (I), потерь на трение (Pf) и мощности, |
|||||||||||
нова; |
потребляемой компрессором (Pc). Что касается за- |
|||||||||||
повторный запуск компрессора после периода |
медления, остаточная мощность от привода (Pr) так- |
|||||||||||
в условиях давления баланса. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Информация из этих вариантов моделирования мо- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
жет быть использована для проверки конструкции и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нагнетание компрессора |
|
|
|
||||
техническиххарактеристикгазовойтурбиныилидвига- |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
На входе компрессора |
|
|
|
||||
теля путем сопоставления общего крутящего момента, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
необходимого для пуска, и нагрузочной способности |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
привода. Кроме того, она может быть использована для |
|
|
|
|
|
|
Балансовое |
|
|
|
|
|
оценки удобства применения связанных с компрессо- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
давление |
|
|
|
|
||
ром рециркуляционных клапанов, определения разме- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ров труб и компоновки оборудования, и допустимого |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
давления пуска в системе. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Моделирование может также помочь определить |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
18.5 |
18.0 |
19.5 |
20.0 |
20.5 |
21.0 |
|
||||||
любые возможные конструкции или проблемы при |
|
|
|
Время, минуты |
|
|
|
|
|
|
||
эксплуатации, которые могут возникнуть. Напри- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мер, если выбранный привод не обеспечивает доста- |
Рис. 6. Балансовое давление в компрессоре |
|
|
|
|
|
|
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
|
№9 • сентябрь 2013 |
61 |
Т Е Х Н О Л О Г И И |

DOWNSTREAM |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ТЕХНОЛОГИИ |
|||
же может оказать влияние. Суммарная мощность |
Для повышения точности инерция редуктора и |
||||||||||||||||
системы пропорциональна смешанному крутящему |
любые нагрузочные муфты также должны быть уч- |
||||||||||||||||
моменту системы и угловой скорости (или скорости |
тены при определении суммарной инерции. |
||||||||||||||||
вращения). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПОВТОРНЫЙ ПУСК КОМПРЕССОРА |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Важным фактором при проектировании и выборе |
|||
P = Pc + Pf – Pr = τ* ω= τ* N * 2ω, |
привода холодильного компрессора является возмож- |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ность повторного пуска после незапланированного |
|||
где τ– крутящий момент, ω– угловая скорость, N – |
останова. Если привод компрессора не в состоянии |
||||||||||||||||
скорость вращения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
обеспечить достаточный крутящий момент для по- |
||||||
Суммарныйкрутящиймоментсистемыравенцентро- |
вторного пуска после балансового давления, напри- |
||||||||||||||||
бежному моменту инерции линии (I) и степени из- |
мер, из системы должно быть сброшено давление |
||||||||||||||||
менения скорости: |
|
dω |
|
|
|
dN |
|
|
|
|
перед повторным пуском. Затраты по причине дли- |
||||||
|
|
|
|
= I * |
|
|
|
|
тельного времени простоя и потери хладагента из-за |
||||||||
τ= I * dt |
dt |
*2π |
сброса давления могут оказаться очень высокими, |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
поэтому во многих случаях желательно гарантиро- |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вать, что компрессор может быть быстро запущен |
|||
Подстановка этого расчета крутящего момента в |
повторно без необходимости сброса давления. |
||||||||||||||||
первое уравнение и перестановка дает соотношение |
В этом примере динамическое моделирование |
||||||||||||||||
между степенью изменения скорости, инерцией и |
использовалось для определения того, может ли хо- |
||||||||||||||||
мощностью системы: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
лодильный компрессор быть запущен повторно после |
|||||||
dN |
= |
Pc (t) + Pf (t) + Pr (t) |
|
аварийного останова без сброса давления. Оценива- |
|||||||||||||
емая система представляла собой четырехступен- |
|||||||||||||||||
dt |
|
I * |
(2π) |
2 |
* N(t) |
||||||||||||
|
|
|
чатый центробежный компрессор, работающий от |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
газовой турбины. |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Использовалась динамическая модель компрес- |
|||
В системе прямого привода (скорость привода рав- |
сионной системы, которая была разработана с вклю- |
||||||||||||||||
на скорости компрессора) суммарная инерция (Itotal) |
чением тренировочных упражнений по останову и |
||||||||||||||||
компрессорной линии равна сумме инерций привода |
пуску. Основными входными данными стали кривые |
||||||||||||||||
(ID) и инерций нагрузки компрессора (IC), как показано |
компрессора, информация об инерции вращения, |
||||||||||||||||
на рис. 7: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
фитинги, информация по объему оборудования и |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
трубопроводов, расположению обратных клапанов |
|||
|
|
|
Itotal = ID + IC |
|
|
|
|
и характеристики регулирующих клапанов. |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для запуска были выбраны два стартовых условия, |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
первый с комбинированным балансовым давлением |
|||
Часто компрессор и связанный с ним привод |
на всех ступенях, а второй с отдельными балансовыми |
||||||||||||||||
соединены через редуктор |
|
|
|
|
|
|
|
|
давлениями для каждой ступени. В первом |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
и работают на различных |
|
|
|
|
|
|
|
случае предполагается, что давление будет |
|||||||||
|
|
Компрессор |
|
|
Привод |
|
|||||||||||
скоростях. В этих случа- |
|
|
|
|
|
|
|
|
балансовым во всех обратных клапанах и |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
ях важно установить, рас- |
|
|
|
|
|
|
|
|
поэтомуначальноедавлениенакаждойсту- |
||||||||
сматриваются ли скорость |
|
|
|
|
|
|
|
|
пени будет одинаковым. Во втором случае |
||||||||
и инерция в связи с ком- |
|
|
|
|
|
|
|
|
предполагается, что начальные давления |
||||||||
прессором или приводом, |
|
|
|
|
|
|
|
|
будут отличаться из-за незначительной |
||||||||
как показано на рис. 7. |
|
|
|
|
|
|
|
|
утечки через обратные клапаны и непро- |
||||||||
При расчете |
суммарной |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
должительного времени простоя между |
||||||
|
|
Рис. 7. Угловые скорости, связанные |
|||||||||||||||
инерции необходимо обе- |
|
|
отключением и повторным пуском ком- |
||||||||||||||
спечить, что нагрузка или |
|
|
с компрессором (IC) и приводом (ID) |
прессора. |
|||||||||||||
инерция привода правильно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Моделирование проводилось путем на- |
|||||||
преобразована в системе от- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ращивания скорости компрессора в со- |
|||||||
счета. Это преобразование является функцией ква- |
ответствии с типичным графиком ускорения, предо- |
||||||||||||||||
драта отношения скорости. Например, суммарная |
ставленным поставщиком газовых турбин. Крутящий |
||||||||||||||||
инерция относительно привода рассчитывается |
момент нагрузки на линии, который является суммой |
||||||||||||||||
следующим образом: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
крутящегомоментнагрузкикомпрессораипереходного |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
крутящего момента на всех ступенях, прослеживается |
|||
I |
|
= I |
+ I |
C |
* f (ω /ω ) p2 |
вместе с условиями эксплуатации на каждой ступени. |
|||||||||||
total |
|
|
D |
|
|
C |
D |
|
|
|
На рис. 8 сравнивается потребление момента нагрузки для обоих случаев и чистый крутящий момент от газовой турбины. Полученные результаты свиде-
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
62 |
№9 • сентябрь 2013 |
|
Т Е Х Н О Л О Г И И |

DOWNSTREAM |
ТЕХНОЛОГИИ |
тельствуют о том, что привод давал достаточно крутящего момента для повторного пуска компрессора без необходимости сброса давления в обоих случаях.
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ СООБРАЖЕНИЯ – ПОМПАЖ КОМПРЕССОРА
Хотя требуемым моментам уделяется большое внимание при пуске компрессора, также важно убедиться, что компрессор может быть пущен без рабочих проблем, таких, как обеспечение того, чтобы компрессор не колеблется из-за недостаточного потока на протяжении всего процесса ускорения. В случае, описанном выше, несмотря на то, что крутящий момент привода был достаточным, размер рециркуляционных клапанов был выше необходимого, что привело к чрезмерному прохождению потока через компрессор (и могло стать причиной снижения эффективности и потенциально привести к повреждениям).
На рис. 9 показана характерная эксплуатационная схема для одной ступени компрессора. Траектория режима работы построена для пуска при отдельных
балансовых давлениях из давления, а также для второго случая, в котором пропускная способность рециркуляционного клапана была снижена. В оригинальном варианте компрессор работал преимущественно выше пределов эксплуатации с чрезмерным потоком или при резком повышении производительности компрессора с резким уменьшением напора. С ограничением пропускной способности рециркуляционного клапана рабочий режим был более желательным и соответствовал пределам эксплуатационных ограничений.
Хотя снижение пропускной способности рециркуляционногоклапанаулучшилоусловияэксплуатацииво время пуска, дополнительное сопротивление в линии рециркуляции, вызванное меньшим размером клапанов, увеличило общий требуемый момент нагрузки для пуска, как показано на рис. 10. В этом случае, хотя требуемый крутящий момент нагрузки увеличился, привод все еще обеспечивал достаточный крутящий момент для повторного пуска компрессора без сброса давления.
Данное исследование показало, что динамическое моделирование может быть использовано не только для того, чтобы подтвердить возможность повторного пуска привода компрессора, но и для того, чтобы выявитьиустранитьконструктивныеиэксплуатационные проблемы, которые могут повлиять на систему при повторном пуске.
ПРИМЕР 3: ЭКСПЛУАТАЦИЯ СТАБИЛИЗАЦИОННОЙ КОЛОННЫ
Динамическое моделирование использовалось для оценки эксплуатации стабилизационной колонны конденсата при неполной загрузке. Во время нормальной эксплуатации стабилизационная колонна была спроектирована для переработки шлама или более тяжелых углеводородов из входного газосепаратора или шла-
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Существующий крутящий момент привода Крутящий момент нагрузки — отдельные балансовые давления
Крутящий момент нагрузки — отдельные балансовые давления
Крутящий момент
0 |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
|
|
Скорость, % |
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 8. Кривые пуска компрессора для отдельного и смешанного
вариантов балансового давления
С оригинальной пропускной способностью рециркуляционного клапана Со сниженной пропускной способностью рециркуляционного клапана
|
|
|
|
|
(напор) |
|
Помпаж |
Нормальная |
Максимальная |
|
|
|
скорость |
|
Давление |
Линия границы |
|
скорость |
|
|
Минимальная |
|
помпажа
Stonewall
скорость
Объемная скорость потока (напор)
Рис. 9. Схема компрессора, показывающая траекторию режима работы
для оригинального варианта и варианта со снижением пропускной способности клапана
Существующий крутящий момент привода Крутящий момент нагрузки — отдельные балансовые давления
Крутящий момент нагрузки — смешанное балансовое давление
Крутящий момент |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0 |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
|
|||
|
|
|
|
|
Скорость, % |
|
|
|
Рис. 10. Кривые пуска компрессора для оригинального варианта и
варианта со сниженной пропускной способностью клапана
моуловителя. Легкие углеводороды и вода отделялись от более тяжелых жидких углеводородов с помощью ребойлера. Когда в стабилизационной колонне нет жидкого сырья, желательно эксплуатировать колонну в режиме горячего резерва для того, чтобы облегчить обратный переход к нормальной эксплуатации в тече-
|
№9 • сентябрь 2013 |
63 |
Т Е Х Н О Л О Г И И |

DOWNSTREAM |
ТЕХНОЛОГИИ |
Жидкое
сырье
|
|
|
|
|
|
|
Верхний |
|
|
|
|
|
|
|
|
газо- |
|
|
|
|
|
|
|
|
образный |
|
|
Сырьевая емкость |
|
Стабилизационная |
|
|
продукт |
||
|
|
|
|
|
|
|||
|
стабилизационной |
|
колонна конденсата |
|
|
|||
|
колонны |
|
|
|
|
Ребойлер |
|
|
Отпарной |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
стабилизационной |
||||
|
газ |
|
|
|
|
|
колонны |
|
|
|
|
|
|
|
|
конденсата |
|
Рецикл |
жидкости |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Холодильник кубового |
продукта |
||||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Жидкий |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кубовый |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
продукт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Циркуляционный |
|
насос |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 11. Стабилизационная колонна конденсата
ние короткого периода времени. На рис. 11 показана упрощенная схема стабилизационной колонны конденсата для типичной установки СПГ.
Первоначальная конструкция не позволяла посту-
пать свежему конденсату для поддержания движения в колонне. Таким образом, для того, чтобы поддержать эксплуатацию выше минимальных условий неполной
Куб колонны
Поток пара
|
Верх колонны |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
4 |
6 |
|
12 |
16 |
20 |
24 |
|
|
|
|
Время, часы |
|
|
|
Рис. 12. Температурный профиль колонны по мере перехода в режим
горячего резерва
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Поток пара |
|
|
|
|
Куб колонны |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Верх колонны |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
0 |
4 |
6 |
12 |
16 |
20 |
24 |
|
|
||
|
|
|
|
|
Время, часы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 13. Профиль потока пара в колонне по мере перехода в режим
горячего резерва
загрузки, жидкость из холодильника рецикла куба колонны возвращается обратно в колонну. Для поддержания движения пара использовался газ из отпарной колонны, который обычно используют для снижения давления паров конденсата при нормальной эксплуатации. Стационарное моделирование показало, что эта конфигурация, в конечном счете, приводит к появлению плоского температурного профиля во всех частях колонныипотеремассопереноса,таккаквводимыйотпарнойгазнепрерывноудаляетлегкиеуглеводородыиз рециклажидкости.Вцеляхподдержаниянепрерывной эксплуатациивышепределовнеполнойзагрузкиработа колонны должна быть переведена в условия полного рецикла, а источник подпиточного пара должен быть переключен на источник циркулирующего пара из верхнего продукта колонны.
Динамическая модель стабилизационной колонны использовалась для моделирования перехода от нормальной эксплуатации в режим горячего резерва для того, чтобы определить, сколько времени потребуется для охлаждения колонны и для
сокращения потоков ниже минимальных пределов неполной загрузки.
На рис. 11 представлена принципиальная схема стабилизационной колонны с соответствующим оборудованием. Для моделирования системы гидравлика трубопроводов и оборудования, а также внутренние устройства и размеры стабилизационной колонны были точно смоделированы. Основными входными данными были показатели расположения штуцеров, размеры тарелок и расстояния между ними, высота затвора сливного отверстия на тарелке, данные высотных отметок, размеры сосудов, технические характеристики регулирующего клапана, размеры трубопроводов, спецификации насоса и спецификации теплообменника. Схемы управления расходом, давлением и уровнями жидкости также были подробно смоделированы.
Динамическая модель первоначально имела такую конфигурацию, чтобы соответствовать стаци-
Куб колонны
Поток пара
|
Верх |
колонны |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0 |
4 |
6 |
12 |
16 |
20 |
24 |
||
|
|
|
|
Время, часы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 14. Профиль потока жидкости в колонне по мере перехода в режим
горячего резерва
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
64 |
№9 • сентябрь 2013 |
|
Т Е Х Н О Л О Г И И |

DOWNSTREAM |
|
ТЕХНОЛОГИИ |
|
онарному режиму работы при нормальных условиях |
намическое моделирование ценным инструментом, |
||
эксплуатации. Переход в режим горячего резерва |
который может использоваться в течение всего срока |
||
был вызван постепенным снижением подачи жидкого |
эксплуатации проекта. |
||
сырья в стабилизационную колонну. Отпарной газ |
|
|
|
автоматически вводится в колонну для поддержания |
Dipanjan Bhattacharya, старший инженер-конструк- |
||
минимально допустимого расхода пара. |
тор компании Bechtel Oil, Gas and Chemicals в Хью- |
||
Температуры и скорости потоков на каждой та- |
стоне, штат Техас. Он имеет более 15 лет опыта в |
||
релке фиксировались в течение всего перехода для |
сфере моделирования, управления процессами и |
||
того, чтобы оценить эксплуатацию колонны при не- |
проектирования, технологии СПГ и эксплуатации |
||
полной нагрузке. На рис. 12 показан температур- |
НПЗ. Он имеет степень бакалавра в области хими- |
||
ный профиль колонны в течение всего перехода. |
ческих технологий от Jadavpur University (Индия), и |
||
На рис. 13 и 14 показаны расходы пара и жидкости |
степень магистра в области химических технологий |
||
соответственно. |
от University of Oklahoma. |
||
На основании результатов было установлено, что |
|
|
|
колонна может работать от четырех до шести ча- |
Haribabu Chittibabu, инженер-конструктор в группе |
||
сов, чтобы достигнуть минимальных расходов при |
по усовершенствованному моделированию компании |
||
неполной нагрузке, и что для охлаждения колонны |
Bechtel Oil, Gas and Chemicals, Inc. Он отвечает за |
||
потребуется от восьми до двенадцати часов. |
техническое обеспечение в исследованиях динамиче- |
||
Благодаря использованию динамической модели для |
ского моделирования, касающихся СПГ, НПЗ и ГПЗ. |
||
моделированияпереходаврежимгорячегорезерва,стало |
Он имеет степень бакалавра в области химических |
||
возможнымпрогнозироватьмаксимальноеколичествовре- |
технологий от University of Madras (Индия), и степень |
||
мени,котороеможетиспользоватьсядлярежимаэксплуа- |
магистра в области нефтепереработки и нефтехимии |
||
тации.Этотпримерпоказывает,какдинамическоемодели- |
от Anna University, Индия. |
||
рованиеможетиспользоватьсядляоценкиопределенных |
|
|
|
эксплуатационныхвопросов,связанныхсовременем – |
Jesse Mumm, инженер-конструктор в группе по |
||
в данном случае, как долго может использоваться ре- |
усовершенствованному моделированию компании |
||
жим байпаса горячего газа – который не может быть |
Bechtel, Хьюстон, штат Техас. Он имеет степень |
||
спрогнозирован с помощью традиционных стационар- |
в области химического проектирования от Универ- |
||
ных методов. |
ситета Миннесоты. |
||
ЗАКЛЮЧЕНИЕ |
Jaleel Valappil, старший инженер-конструктор |
||
Рассмотренные в данной статье примеры пока- |
в группе по усовершенствованному моделированию |
||
зывают, как динамическое моделирование может |
компании Bechtel Oil, Gas and Chemicals в Хьюстоне, |
||
использоваться для решения ключевых проблем |
штат Техас. Он имеет степень бакалавра в области |
||
проектирования, которые требуют глубокого по- |
химических технологий от Индийского технологи- |
||
нимания переходных процессов. Универсальность |
ческого института (Indian Institute of Technology) |
||
динамических моделей и уникальные эксплуатаци- |
и степень доктора в области химических технологий |
||
онные идеи, которые они предлагают, могут помочь |
от Lehigh University в Пенсильвании, США. |
||
инженерам спроектировать безопасные, пригодные |
|
|
|
к эксплуатации и экономически эффективные пе- |
|
|
|
|
|
||
рерабатывающие установки, а также предоставить |
|
|
|
измеряемые значения с точки зрения прогнозиро- |
PETROLEUM TECHNOLOGY QUARTERLY |
||
вания переходных условий и смягчения всех видов |
(PTQ magazine) |
||
проектных рисков. Эти преимущества сделали ди- |
www.eptq.com |
||
|
|
|
|
SOCAR: РАБОТЫ ПО ТУШЕНИЮ ГОРЯЩЕЙ СКВАЖИНЫ
Пожар начался в ночь на 18 августа 2013 г. во |
В процессе бурения началось открытое фонтани- |
время бурения разведочной скважине №29 на глу- |
рование газа, который загорелся. |
бине около 5,868 м. В этом месте глубина моря со- |
В результате аварии 62 работника платформы были |
ставляет 26,5 м. |
эвакуированы, жертв нет. |
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
|
№9 • сентябрь 2013 |
65 |
Т Е Х Н О Л О Г И И |

DOWNSTREAM |
ТЕХНОЛОГИИ |
ВОЗМОЖНОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ ‹‹СЛОЖНЫХ›› СОРТОВ СЫРОЙ НЕФТИ
ptq
PETROLEUM TECHNOLOGY QUARTERLY
Nagi-Hanspal I., Subramaniyam M., Shah P., Moretti S., Noland J., Dorf Ketal Chemicals
Методы химической обработки (очистки) решают многие технологические проблемы, возникающие при переработке «сложных» сортов сырой нефти
В последние годы нефте- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
перерабатывающая про- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мышленность существенно |
|
23,0 |
|
|
|
|
|
|
267,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
изменилась, чтобы приспо- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
63,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
150,0 |
|
|
|
|
|||
собиться к различным типам |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сырья. Переработка стала |
107,1 |
|
|
|
|
23,0 |
|
168,1 |
|
211,3 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
более эффективной, а новые |
|
|
|
|
|
96,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
81,8 |
|
|
|
|
|
|
|
97,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
разработанные методы об- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
28,7 |
|
|
|
|
17,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
работки(очистки) позволили |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
185,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
116,5 |
|
|
|
|
|
|
|
24,8 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
201,4 |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
легче и прибыльнее перера- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
140,5 |
|
|
|
|
|
|
97,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
батыватьсыруюнефть,чтодо |
США |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
недавнеговременисчиталось |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Канада |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
очень сложной проблемой. В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мексика |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
28,8 |
|
||
настоящее время некоторые |
Южная и Центральная Америка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
страны, добывающие сырую |
Европа и Евразия |
50,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Ближний Восток |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
нефть с низкой плотностью |
26,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Африка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
в градусах API, получают |
Азиатско-тихоокеанский |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
существенную прибыль от |
регион |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ее продажи, потому что ха- |
Рис. 1. Движения продаж нефти по всему миру |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
рактеристики этих сортов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
нефти в настоящее время |
Источник: ВР, 2012 г. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
считаются благоприятными. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Традиционно сложными |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
или «невыгодными» сортами сырой нефти счита- |
|
ями с точки зрения сырья, с которыми в настоящее |
|||||||||||||||||||
ются сорта с нежелательными свойствами, такими |
|
время сталкиваются большинство НПЗ. |
|
|
|
||||||||||||||||
как низкая плотность, высокая вязкость, высокая |
|
ОБЩИЕ ОГРАНИЧЕНИЯ СЫРЬЯ |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
температура застывания, высокое содержание азо- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
та, высокое содержание металлов или повышенная |
|
|
|
|
|
Низкая плотность и высокая вязкость. Сорта |
|||||||||||||||
кислотность, на что указывает общее кислотное |
|
сырой нефти с низкой плотностью и высокой вяз- |
|||||||||||||||||||
число (total acid number – TAN) в мг КОН/г. Эти |
|
костью становятся нормой, но во многих случаях |
|||||||||||||||||||
характеристикичастоявляютсявзаимозависимыми, |
|
вызывают значительные проблемы, связанные с |
|||||||||||||||||||
иименноиз-занихНПЗсталкиваютсясосложными, |
|
сепарацией на опреснительных установках (уста- |
|||||||||||||||||||
разносторонними проблемами. |
|
новках для обессоливания) НПЗ. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
Раньше НПЗ проектировались и строились для |
|
|
|
|
|
Процесс обессоливания регулируется законом |
|||||||||||||||
переработкиопределенныхсортовсыройнефтиили Стокса: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
смесей сырой нефти, запасы которой в настоящее |
|
|
|
|
|
|
|
Vs = |
2 (ρ p |
|
ρ f ) |
gR |
2 |
, |
|
|
(1) |
||||
время стало трудно и дорого разрабатывать. Миро- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
μ |
|
|
|
|
||||||||
вые рынки стали более динамичными, а объемы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
торговли (рис. 1) все больше и больше заставляют |
|
где Vs – скорость оседания; ρр – плотность частиц; |
|||||||||||||||||||
НПЗ становиться более гибкими (универсальными) |
|
||||||||||||||||||||
в выборе сырья. На самом деле, легче сказать, чем |
|
ρf – плотность жидкости; μ – вязкость жидкости; |
|||||||||||||||||||
сделать; необходимо реализовать значительные из- |
|
g – гравитационная постоянная; R – радиус сфе- |
|||||||||||||||||||
менения, чтобы прибыльно работать с ограничени- |
|
рического объекта. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
66 |
№9 • сентябрь 2013 |
|
Т Е Х Н О Л О Г И И |

DOWNSTREAM |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ТЕХНОЛОГИИ |
|||
Таблица 1. Влияние различных твердых частиц на тип и стабильность эмульсий |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Твердые частицы |
Бентонит |
Органофильная |
|
Каолинит |
|
Карбонат |
Барит |
|
Гидрофильный |
|
Гидрофобный |
||
|
глина |
|
|
кальция |
|
оксид кремния |
|
оксид кремния |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Объем, мл |
14,6 |
15,0 |
|
13,4 |
|
|
11,9 |
11,3 |
|
|
11,0 |
|
10,7 |
|
Тип эмульсии |
Нефть |
Вода в нефти |
|
Нефть в воде |
Нефть |
Нефть |
|
Нефть в воде |
|
Вода |
|||
|
в воде |
|
в воде |
в воде |
|
|
в нефти |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Преобладающие размеры, |
0,1-8 |
0,1-8 |
|
2-18 |
|
|
6-10 |
6-25 |
|
|
8-15 |
|
8-15 |
|
мкм |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Форма |
Пластинки |
Пластинки |
|
Пластинки |
|
Почти сфери- |
Почти сфе- |
|
Почти |
|
Почти сфериче- |
||
|
|
|
ческая |
рическая |
|
сферическая |
|
ская |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Источник: Yan, Wang, Jiang, Fan, Su, 1997. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
В соответствии с законом Стокса, поскольку |
подогрева резервуара для нефти. В результате на |
||||||||||||
разница плотностей между нефтью и водой умень- |
НПЗ, возможно, потребуется хранить такую сырую |
|||||||||||||
шается, скорость оседания также снижается, что |
нефть в отдельных резервуарах, повышая требова- |
|||||||||||||
указывает на потребность в дополнительном вре- |
ния к месту для хранения. |
|
|
|||||||||||
мени обработки сырой нефти на обессоливающих |
|
|
Другие проблемы, вызванные высокой темпера- |
|||||||||||
установках. |
|
|
|
|
турой застывания сырой нефти, включают транс- |
|||||||||
|
Обессоливающиеустановкиредкомодернизиру- |
портировку и перекачивание, более высокое содер- |
||||||||||||
ют для работы с жидкостями с увеличивающимися |
жание вакуумного газойля и вакуумного остатка и |
|||||||||||||
плотностями. Кроме того, поскольку вязкость повы- |
ограничения дегидрирования в установке обессо- |
|||||||||||||
шается, требуются более высокие рабочие темпе- |
ливания. |
|
|
|
|
|
|
|||||||
ратуры процесса; балансы тепловой энергии часто |
Таблица 2. Примеры сортов сырой нефти с высокой |
|||||||||||||
оптимизированы для расчетного традиционного, а |
||||||||||||||
не «сложного» сырья. Все эти параметры должны |
температурой застывания |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
быть учтены при переработке сырой нефти с вы- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
сокой плотностью. |
|
|
|
|
|
|
Сырая нефть |
|
|
Страна |
|
Температура |
||
|
Высокое содержание твердых частиц является |
|
|
|
|
|
|
|
|
застывания, °C |
||||
основной проблемой сырой нефти с низкой плот- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Mandji |
|
|
|
Габон |
+9 |
||||||||
ностью.Дилбиты(смеситяжелойсыройнефтии/или |
|
|
|
|
||||||||||
битума с конденсатом) Канады и Южной Америки |
|
Oguendgo |
|
|
|
Габон |
+9 |
|||||||
имеютвысокоесодержаниетвердыхвеществ,которые |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
создаютсерьезныепроблемыприпереработкенауста- |
|
Zeit Bay |
|
|
|
Египет |
+9 |
|||||||
новке обессоливания. Кроме того, твердые вещества |
|
Congo Export Blend |
|
|
|
Конго |
+21 |
|||||||
могутоседатьввидешлама,сокращаяемкостьрезерву- |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
арногопаркаиповышаянагрузкупоочисткесточных |
|
Nile Blend |
|
|
|
Судан |
+33 |
|||||||
вод. Это может привести к штрафам за нанесение |
|
Darr |
|
|
|
Судан |
+39 |
|||||||
ущербаокружающейсреде,еслипроизводительность |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
установки не снижается, поэтому твердые вещества |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
должны экономически эффективно удаляться на как |
|
|
Высокое содержание азота. Нефти с высоким |
|||||||||||
можноболеераннихстадияхпроцессаобессоливания. |
содержанием азота имеют тенденцию к увеличению |
|||||||||||||
Исследованияпоказали, чтотип и степеньобразован- |
коррозии, ухудшению качества потока керосина (в |
|||||||||||||
ной эмульсии во многом зависит от твердых веществ, |
частности, авиационного топлива для турбореак- |
|||||||||||||
содержащихся в сырой нефти (табл. 1). |
|
тивных двигателей) и увеличению содержания соли |
||||||||||||
|
Высокая температура застывания. Температура |
на установках флюид-каталитического крекинга |
||||||||||||
застывания–этосамаянизкаятемпература,прико- |
(Fluid catalytic cracking – FCC). Соединения азота, |
|||||||||||||
торой сырая нефть обладает текучестью. Поскольку |
содержащиеся в сырой нефти, реагируют с хлорид- |
|||||||||||||
некоторые парафины могут кристаллизоваться при |
ионами с образованием солей хлорида аммония на |
|||||||||||||
более высоких температурах, чем ароматические |
установках вторичной переработки нефти. Эти соли |
|||||||||||||
углеводороды, температура застывания часто явля- |
частооседаютнаустановкахпервичнойпереработки |
|||||||||||||
ется показателем содержания парафинов в сырой |
нефти и в основных ректификационных колоннах |
|||||||||||||
нефти. В табл. 2 приведены примеры сортов сырой |
FCC, где они вызывают увеличение перепада дав- |
|||||||||||||
нефти с высокой температурой застывания. |
|
ления и закупоривание тарелок колонны. |
||||||||||||
|
Сорта сырой нефти с более высокими температу- |
|
|
Потоки с высоким содержанием азота должны |
||||||||||
рамизастываниячастотребуютпередпереработкой |
подвергаться процессу гидроочистки для обработки |
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
|
№9 • сентябрь 2013 |
67 |
Т Е Х Н О Л О Г И И |

DOWNSTREAM |
|
|
|
ТЕХНОЛОГИИ |
||
с целью соответствия спецификациям целевого про- |
в цепочке оборудования для предварительного по- |
|||||
дукта. Высокое содержание азота также сокращает |
догрева. |
|||||
срок службы катализаторов на установках гидро- |
Ценынатопливотакжевлияютнауказанноеурав- |
|||||
очистки и FCC из-за их отравления. |
нение.Спецификациинавысокооктановыетоварные |
|||||
|
Высокое общее кислотное число. Общее кис- |
топлива устанавливают ограничения на содержание |
||||
лотное число (total acid number – TAN) обознача- |
металлов, и топлива с более высоким содержанием |
|||||
ет количество кислотных частиц в сырой нефти, |
металлов часто продаются со скидкой. |
|||||
измеряемое в мг КОН/г. Эти кислотные частицы |
С другой стороны, привлекательные различия |
|||||
представляютсобойсочетаниелегкихорганических |
в ценах на сырую нефть с высоким содержанием |
|||||
и нафтеновых кислот. |
|
|
металлов открывают возможности для повышения |
|||
|
Нафтеновые кислоты становятся причиной воз- |
валового дохода нефтепереработки, оправдывая за- |
||||
никновения наиболее серьезных проблем кор- |
траты на химическую обработку (очистку). |
|||||
розии в установках атмосферной и вакуумной |
По всем этим причинам движение металлов на |
|||||
перегонки нефти. В идеале сырую нефть с высо- |
НПЗ должно контролироваться. К счастью, техно- |
|||||
ким общим кислотным числом перерабатывают с |
логия удаления металлов продолжает развиваться, |
|||||
высокосернистой сырой нефтью для обеспечения |
предлагая все новые возможности для современных |
|||||
сульфидирования металлических поверхностей, |
НПЗ. Одной из последних разработок является под- |
|||||
что несколько защищает их от высокотемпера- |
держание бескислотной среды установке обессоли- |
|||||
турной коррозии. |
|
|
|
вания с одновременным эффективным удалением |
||
|
Однако мировые стандарты устанавливают все |
солей металлов. |
||||
более жесткие ограничения на содержание серы |
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ОГРАНИЧЕНИЯ |
|||||
в высокооктановом товарном топливе, и все реже |
||||||
нефтепереработчиковостанавливаетвыборнавысо- |
Строительство новых и/или модернизация су- |
|||||
косернистом сырье из-за повышенных требований, |
ществующих установок требует значительных |
|||||
предъявляемых к установкам гидродесульфурации, |
денежных средств и времени, и такие изменения |
|||||
чтобы соответствовать спецификациям на высо- |
часто связаны с несколькими факторами, которые |
|||||
кооктановое товарное топливо. |
|
|
способствуют повышению сложности и увеличению |
|||
|
Втабл.3приведеныпримерысортовсыройнефти |
бремени расходов. |
||||
с высоким общим кислотным числом. |
При этом неизбежно, что резервуарный парк об- |
|||||
Таблица 3. Примеры сортов сырой нефти с высоким |
новляется последним, когда НПЗ хотят увеличить |
|||||
мощность переработки, если этот вариант вообще |
||||||
общим кислотным числом |
|
|
рассматривается. Тем не менее, эксплуатация резер- |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вуарного парка имеет решающее значение с точки |
|
|
|
|
Общее |
|
|
|
Сырая нефть |
|
Страна |
|
зрения успешной переработки сырой нефти. |
|
|
|
кислотное число |
|
Вместимость резервуарного парка определяется |
||
|
|
|
|
(TAN), мгКОН/г |
|
|
|
|
|
|
|
периодом подготовки резервуаров, а также умень- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
San Joaquin Valley |
|
Калифорния, США |
4,3 |
|
|
|
|
|
шением количества воды, поступающей на НПЗ, и |
|||
|
(SJV) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
повышением эффективности операций обессолива- |
|
|
Marlim |
|
Бразилия |
1,1 |
|
|
|
|
|
ния.ПосколькуповышениепроизводительностиНПЗ |
|||
|
Dalia |
|
Ангола |
1,2 |
|
|
|
|
|
пытаются осуществить без повышения вместимости |
|||
|
Lokele |
|
Камерун |
2,7 |
|
резервуаров, период их подготовки сокращается, |
|
Heidrun |
|
Северное море |
2,9 |
|
что позволяет поступать на НПЗ большему объему |
|
|
|
воды и соли и делает эксплуатацию более сложной. |
|||
|
Shengli |
|
Китай |
1,39 |
|
|
|
|
|
Зная это, многие нефтепереработчики полагаются |
|||
|
Высокое содержание металлов. Хотя такие ме- |
на химические добавки для увеличения произво- |
||||
|
дительности, когда дополнительная вместимость |
|||||
таллы, как железо, никель, ванадий, магний, натрий |
парка резервуаров не рассматривается в качестве |
|||||
и кальций присутствуют в сырой нефти в различных |
подходящего варианта. |
|||||
формах, их содержание увеличилось за последние |
ДЕЭМУЛЬГАЦИЯ: РАЗРУШЕНИЕ |
|||||
годы из-за глубинной разведки месторождений и |
||||||
изменения методов разработки и извлечения. Орга- |
НЕФТЯНОЙ ЭМУЛЬСИИ С УДАЛЕНИЕМ МЕТАЛЛОВ |
|||||
нический кальций доставляет особое беспокойство, |
НПЗ в Европе рассматривают вариант перера- |
|||||
поскольку он увеличивает проводимость обессоли- |
ботки альтернативного сырья для увеличения при- |
|||||
вания и вызывает засорение. В некоторых сортах |
были завода за счет переработки нефтяного остатка |
|||||
сырой нефти кальций может присутствовать в фор- |
вместе с сырой нефтью. Его идеальным сочетанием |
|||||
ме карбоната, что может мешать работе установки |
для достижения прибыли является 70 % сырой нефти |
|||||
обессоливания и вызывать проблемы загрязнения |
и 30 % нефтяного остатка. |
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
68 |
№9 • сентябрь 2013 |
|
Т Е Х Н О Л О Г И И |