原油电脱水经济运行研究
发布时间：2021-07-21 20:17
随着油田开发的逐渐深入和海上油田的开发,开采出的原油含水率不断增大,导致原油脱水系统的能源消耗和运行成本提高,脱水效果也变差。本文主要的研究内容就是在不改造现有电脱水工艺流程和设备的前提下,根据最优化理论知识,结合某联合站实际生产数据,对原油电脱水系统的操作条件进行优化,从而达到节约能源、降低资源消耗、减少原油脱水系统运行成本的目的。本文首先对电脱水系统工艺流程和主要设备进行了分析研究,确定了电脱水系统的主要耗能设备。其次,借助多物理场耦合分析软件进行数值模拟,探究了交流电场中油水混合物水滴的感应电荷密度、电势及电场力分布,以及分散相的运动情况,进一步对油水乳状液的分散相水滴聚结机理和影响因素进行了分析。第三,从各个设备的工作原理出发,确定了原油电脱水系统运行时产生的电费、燃料费和破乳剂费用,并建立了优化问题的目标函数;选择了电脱水器的操作电压和电流、化学破乳剂浓度以及脱水加热炉出口温度为优化变量;根据国家和行业标准及各个设备设计参数,确定了优化模型的约束条件,并对实测数据拟进行了拟合,得出了优化变量与脱水率之间的数学关系,对优化模型进行补充,使其更加完整和贴合实际。最后,使用粒子群算...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究方法及研究路线
西安石油大学硕士学位论文8第二章原油电脱水系统工艺流程及设备分析联合站是原油进行加工处理最基础和最重要的环节，它是一个综合性生产加工过程[47]，包括原油稳定、油水两相分离、原油含水率检测、污水处理等多个系统。其中油水分离是原油加工处理的关键，影响着产出原油质量和整个生产系统能量消耗，同时也决定着整个原油处理系统能否正常运作，达到理想的经济效果。原油脱水就是破坏油水乳状液稳定性，使油水混合物中的分散相聚合成大液滴，从原油中沉降分离的过程。在电场力、破乳剂、离心力、加热等因素共同作用下，油水乳状液分离效率增大。我国普遍使用的原油脱水方法包括电化学联合脱水法、电脱水法、沉降脱水法。2.1原油电脱水工艺流程本文研究的是延长石油集团某联合站电脱水系统，该联合站是某采油厂的原油中心处理站之一，担负着整个生产区的油、水的处理和外输任务。全站由油水两相分离、加热炉加热、油水沉降分离、原油存储外输、电脱水6个系统组成。本文就是对该联合站的电脱水系统进行经济运行研究。该联合站的原油电脱水系统的工艺流程图如2-1所示：图2-1原油电脱水工艺流程由图2-1可知，该电脱水系统的工艺流程是：来油先进入含水原油罐静置，进行初步沉降脱水。静置完成后泵送至加热器加热，并在泵送过程中加入破乳剂，然后输送至电脱水器进行最后脱水。脱水后的原油由外输泵输送至炼厂或者其他生产储存站场，脱出水则进入污水处理设备。该电脱水系统的主要设备包括脱水沉降罐、药剂罐、加热炉、原油电脱水器、脱水泵等。2.2原油电脱水设备介绍联合站原油脱水系统工艺流程较为复杂，涉及到的设备较多，主要有原油电脱水器、
第三章水滴聚结特性仿真19图3-1水滴在电场中的物理模型本模型选取的电极长度范围为20mm，流道宽度设置为10mm.分散相初始形态为球体，悬浮在连续相中。模型中γ为油水界面张力，设置为30mN/m，仿真中采用的油相粘度、密度、相对介电常数和电导率等参数均来自于联合站电脱水系统实际生产中采集的数据。水滴的相关参数均由蒸馏水测得，两种物质各项参数大小如表3-1所示。表3-1仿真所用物质物性参数物质δ（mPa·s）Ρ（kg/m3）εκ油298602.227×10-12水0.55960801.75×10-4（1）流体运动控制方程处于电场中的水滴主要受到电场力、惯性力和粘性力等共同作用[59]，流体在电场中如何运动主要由这些作用力的合力所决定。由于本此研究中不涉及能量传递，所以流体在电场中的运动只需满足以下两个方程即可：a．动量守恒方程，即Navier-Stokes方程：()[+]+++gstvvvpIτFFFt（3-1）b．质量守恒方程，本文中将油水乳状液看作不可压缩流体，所以质量守恒方程可用式（3-2）表示0（3-2）式中，ρ——流体密度，kg/m3；v——流体流速，m/s；p——压强，N/m2；I——单位矩阵；τ——流体在电场中受到的切应力，N/m2；Fg——流体受到的重力，N；Fst——油水乳状液界面张力，N/m2；F——流体在电场中受到的各种体积力，N/m3。
【参考文献】：
期刊论文
[1]稠油脱水热沉降优化方案研究[J]. 梁宏宝,王鸿宇,马铭,石雪,王强. 油气田地面工程. 2018(04)
[2]匀强电场下分散相液滴的聚并[J]. 王贞涛,朱忠辉,夏磊,郑俊,王晓英,李睿. 江苏大学学报(自然科学版). 2018(02)
[3]电场作用下油水乳化液中水滴的聚合动力学分析[J]. 张军,张园春,陈智杰,何宏舟,杨绍辉,李晖. 农业工程学报. 2016(23)
[4]均匀电场中液滴变形特性的耗散粒子动力学模拟[J]. 张军,何宏舟,黄冠星. 化工学报. 2014(10)
[5]匀强电场作用下分散相液滴的变形和破裂[J]. 梁猛,李青,王奎升,刘竞业,陈家庆. 化工学报. 2014(03)
[6]原油电破乳工艺条件正交实验分析[J]. 于晓雪,王洪国,廖克俭. 应用化工. 2013(02)
[7]电场作用下电流变液滴的变形及力学行为[J]. 危卫,张云伟,顾兆林. 科学通报. 2013(03)
[8]原油采出液脱水技术研究进展[J]. 孙培京,尹先清,肖清燕,靖波. 应用化工. 2013(01)
[9]乳状液液滴在高压直流电场中的变形与破裂分析[J]. 白莉,倪玲英,郭长会,魏庆彩. 应用力学学报. 2013(01)
[10]高压变频原油脱水电源的频率与脉宽调制技术[J]. 黄松涛,陈家庆,焦向东,俞建荣. 电力电子技术. 2011(02)
博士论文
[1]不同类型电场下原油乳化液脱水特性研究[D]. 梁雯.哈尔滨理工大学 2015
硕士论文
[1]电场形式及不均匀度对乳化液电脱水特性的影响[D]. 张宇琦.哈尔滨理工大学 2018
[2]高频/高压脉冲交流电场原油电脱水的机理研究与设备设计[D]. 潘泽昊.北京石油化工学院 2016
[3]原油乳化液高效破乳技术的相关机理与特性研究[D]. 沈玮玮.北京石油化工学院 2015
[4]矩形波交流原油脱水电源的优化设计[D]. 赵磊.中国石油大学 2009
本文编号：3295703
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究方法及研究路线
西安石油大学硕士学位论文8第二章原油电脱水系统工艺流程及设备分析联合站是原油进行加工处理最基础和最重要的环节，它是一个综合性生产加工过程[47]，包括原油稳定、油水两相分离、原油含水率检测、污水处理等多个系统。其中油水分离是原油加工处理的关键，影响着产出原油质量和整个生产系统能量消耗，同时也决定着整个原油处理系统能否正常运作，达到理想的经济效果。原油脱水就是破坏油水乳状液稳定性，使油水混合物中的分散相聚合成大液滴，从原油中沉降分离的过程。在电场力、破乳剂、离心力、加热等因素共同作用下，油水乳状液分离效率增大。我国普遍使用的原油脱水方法包括电化学联合脱水法、电脱水法、沉降脱水法。2.1原油电脱水工艺流程本文研究的是延长石油集团某联合站电脱水系统，该联合站是某采油厂的原油中心处理站之一，担负着整个生产区的油、水的处理和外输任务。全站由油水两相分离、加热炉加热、油水沉降分离、原油存储外输、电脱水6个系统组成。本文就是对该联合站的电脱水系统进行经济运行研究。该联合站的原油电脱水系统的工艺流程图如2-1所示：图2-1原油电脱水工艺流程由图2-1可知，该电脱水系统的工艺流程是：来油先进入含水原油罐静置，进行初步沉降脱水。静置完成后泵送至加热器加热，并在泵送过程中加入破乳剂，然后输送至电脱水器进行最后脱水。脱水后的原油由外输泵输送至炼厂或者其他生产储存站场，脱出水则进入污水处理设备。该电脱水系统的主要设备包括脱水沉降罐、药剂罐、加热炉、原油电脱水器、脱水泵等。2.2原油电脱水设备介绍联合站原油脱水系统工艺流程较为复杂，涉及到的设备较多，主要有原油电脱水器、
第三章水滴聚结特性仿真19图3-1水滴在电场中的物理模型本模型选取的电极长度范围为20mm，流道宽度设置为10mm.分散相初始形态为球体，悬浮在连续相中。模型中γ为油水界面张力，设置为30mN/m，仿真中采用的油相粘度、密度、相对介电常数和电导率等参数均来自于联合站电脱水系统实际生产中采集的数据。水滴的相关参数均由蒸馏水测得，两种物质各项参数大小如表3-1所示。表3-1仿真所用物质物性参数物质δ（mPa·s）Ρ（kg/m3）εκ油298602.227×10-12水0.55960801.75×10-4（1）流体运动控制方程处于电场中的水滴主要受到电场力、惯性力和粘性力等共同作用[59]，流体在电场中如何运动主要由这些作用力的合力所决定。由于本此研究中不涉及能量传递，所以流体在电场中的运动只需满足以下两个方程即可：a．动量守恒方程，即Navier-Stokes方程：()[+]+++gstvvvpIτFFFt（3-1）b．质量守恒方程，本文中将油水乳状液看作不可压缩流体，所以质量守恒方程可用式（3-2）表示0（3-2）式中，ρ——流体密度，kg/m3；v——流体流速，m/s；p——压强，N/m2；I——单位矩阵；τ——流体在电场中受到的切应力，N/m2；Fg——流体受到的重力，N；Fst——油水乳状液界面张力，N/m2；F——流体在电场中受到的各种体积力，N/m3。
【参考文献】：
期刊论文
[1]稠油脱水热沉降优化方案研究[J]. 梁宏宝,王鸿宇,马铭,石雪,王强. 油气田地面工程. 2018(04)
[2]匀强电场下分散相液滴的聚并[J]. 王贞涛,朱忠辉,夏磊,郑俊,王晓英,李睿. 江苏大学学报(自然科学版). 2018(02)
[3]电场作用下油水乳化液中水滴的聚合动力学分析[J]. 张军,张园春,陈智杰,何宏舟,杨绍辉,李晖. 农业工程学报. 2016(23)
[4]均匀电场中液滴变形特性的耗散粒子动力学模拟[J]. 张军,何宏舟,黄冠星. 化工学报. 2014(10)
[5]匀强电场作用下分散相液滴的变形和破裂[J]. 梁猛,李青,王奎升,刘竞业,陈家庆. 化工学报. 2014(03)
[6]原油电破乳工艺条件正交实验分析[J]. 于晓雪,王洪国,廖克俭. 应用化工. 2013(02)
[7]电场作用下电流变液滴的变形及力学行为[J]. 危卫,张云伟,顾兆林. 科学通报. 2013(03)
[8]原油采出液脱水技术研究进展[J]. 孙培京,尹先清,肖清燕,靖波. 应用化工. 2013(01)
[9]乳状液液滴在高压直流电场中的变形与破裂分析[J]. 白莉,倪玲英,郭长会,魏庆彩. 应用力学学报. 2013(01)
[10]高压变频原油脱水电源的频率与脉宽调制技术[J]. 黄松涛,陈家庆,焦向东,俞建荣. 电力电子技术. 2011(02)
博士论文
[1]不同类型电场下原油乳化液脱水特性研究[D]. 梁雯.哈尔滨理工大学 2015
硕士论文
[1]电场形式及不均匀度对乳化液电脱水特性的影响[D]. 张宇琦.哈尔滨理工大学 2018
[2]高频/高压脉冲交流电场原油电脱水的机理研究与设备设计[D]. 潘泽昊.北京石油化工学院 2016
[3]原油乳化液高效破乳技术的相关机理与特性研究[D]. 沈玮玮.北京石油化工学院 2015
[4]矩形波交流原油脱水电源的优化设计[D]. 赵磊.中国石油大学 2009
本文编号：3295703
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