Размыв и удаление основной части донных отложений

Применение веерных сопел

Веерное сопло (размывающая головка) является основной частью системы размыва и предотвращения накопления парафиновых осадков в резервуарах.

Первоначальная конструкция размывающей головки приведена на рисунке ниже.

Общий вид веерного кольцевого сопла Ду300 с регулируемой вручную высотой щели

1 - 0095

а - с двумя клапанами; б - с одним клапаном; 1 - опорный диск-экран; 2 - нижний клапан; 3 - гайка; 4 - нижний шток; 5 - корпус; 6 - регулировочная гайка; 7 - верхний шток; 8 - верхний клапан; 9 - крышка; 10 - болты ручной регулировки высоты щели

Размывающая головка состоит из корпуса, крышки корпуса с направляющей втулкой, клапанов и штоков. Корпус с помощью фланца крепится к приемо-раздаточной трубе резервуара. Нижний клапан и нижняя часть корпуса образуют веерное сопло диаметром 220 мм. Ширина щели сопла регулируется с помощью опорного кольца, болтов, нижнего штока и гайки. К верхнему штоку крепится трос, идущий через блоки на барабан управления хлопушей, а также запасной трос, идущий к световому люку. Верхний клапан может свободно скользить по штоку, который, в свою очередь, скользит в направляющей втулке крышки. Верхний шток может свободно перемещаться вверх на некоторую высоту, регулируемую гайкой, независимо от нижнего штока. Седло верхнего клапана выполнено в крышке корпуса, посадка клапана происходит по кольцу из бензостойкой резины. Седлом нижнего клапана является нижняя часть корпуса головки.

Размывающая головка работает следующим образом. При закачке нефти в резервуар вследствие перепада давлений на верхнем клапане он скользит по верхнему штоку я закрывает верхнее отверстие головки. Весь расход жидкости при этом идет через кольцевые веерные сопла. Веерная струя, выходящая из сопла, смывает парафиновый осадок с днища и распределяет его в нефти. По окончании закачки верхний клапан под действием собственного веса опускается и открывает верхнее отверстие головки.

При выкачке нефть поступает из резервуара через кольцевое сопло и верхнее отверстие головки. Это обеспечивает лишь незначительное увеличение потери напора на всасывании по сравнению с обычной приемо-раздаточной трубой.

В случае аварийной необходимости отключения полости приемо-раздаточной трубы от резервуара вращается маховик управления хлопушей. При этом на барабан наматывается трос, идущий через блок верхнего штока головки. Шток идет вверх и открывает верхний клапан. После того как буртик нижнего штока коснется регулировочной гайки, нижний шток, увлекая за собой нижний клапан, также пойдет вверх. Посадка клапанов происходит одновременно, причем нижний клапан садится на седло и плотно прижимается к нему, когда верхний клапан вдавливается в прокладку из нефтестойкой резины.

Отличительной особенностью размывающей головку данной конструкции является наличие двух клапанов, позволяющих применять ее в резервуарах с одним приемо-раздаточным патрубком. Практика эксплуатации таких сопел показала, что, во-первых, гидравлическое сопротивление сопла при выкачке все-таки велико, а во-вторых, нет необходимости постоянно закачивать нефть в резервуар через сопло. Широкое распространение резервуаров с двумя и более приемо-раздаточными патрубками позволило создать упрощенные и вместе с тем более надежные (не содержат подвижных частей) конструкции размывающих головок (рисунок ниже), не имеющие верхнего клапана. В этом случае процесс опорожнения резервуара производится через приемо-раздаточный патрубок, минуя сопло, а процесс заполнения резервуару протекает через сопло только при необходимости взвешивания осевшего парафина.

Общий вид размывающих устройств - веерных сопел Ду100 с постоянной высотой щели

1 - 0096

1 - опорный диск-экран; 2 - косынка; 3 - корпус; 4 - присоединительный фланец; 5 - диффузор

Опыт эксплуатации размывающих головок, изображенных на рисунках выше, показал, что имеются случаи засорения стандартных сопел с постоянной высотой щели в периоды их простоя. Вследствие этого частть площади днища резервуара становится не охваченной движением веерных струй. Та же картина наблюдается при понижении расхода нефти относительно расчетного, поскольку это приводит к уменьшению радиуса действия одного сопла. С целью повышения работоспособности, эффективности и надежности системы была предложена, а затем исследована и разработана новая конструкция размывающих устройств с автоматически изменяющейся высотой щели - пригруженных веерных сопел (рисунок ниже). Основными особенностями пригруженного веерного сопла являются: автоматическое изменение высоты щели сопла с изменением расхода и поддержания таким образом заданной скорости истечения, отсутствие засорения сопла и выполнение роли хлопуши.

Общий вид размывающих устройств Ду100 с автоматически меняющейся высотой щели - пригруженных веершах кольцевых сопел

1 - 0097

а - СПВК-100; б - СПВК-100М; 1 - крепежный тройник; 2 - опорный диск-экран; 3 - обечайка; 4 - корпус; 5 — контргайка; 6 - присоединительный фланец

Пригруженное сопло содержит цилиндрический корпус с присоединительным фланцем и контргайкой, подвижную обечайку с отогнутой нижней округленной выходной кромкой, выполненной по радиусу с закруглением rз = (0,1 - 0,15)·d_п, опорный диск-экран и крепежный тройник. Обечайка имеет определенный вес и может вертикально перемещаться по сопряженной наружной поверхности корпуса сопла. При отсутствии подачи жидкости обечайка под действием собственного веса опускается на диск-экран сопла, разобщая полость резервуара от полости трубопровода и выполняя тем самым роль хлопуши.

На основании экспериментальных исследований разработаны пригружные сопла диаметром 100 и 150 мм. Сопел диаметром 100 мм разработало две модификации - СПВК-100 и СПВК-100М, отличающихся своими техническими и гидравлическими характеристиками (таблица ниже).

Технические характеристики сопел СПВК

Параметры

СПВ-100

СПВК-100М

СПВК-150

Условный диаметр, мм

Расход через сопло, м³ /ч

Потери напора, м

Радиус действия струи, м

Габаритные размеры, мм:

- диаметр

- высота

Масса обечайки, кг

Масса общая, кг

100

100-250

22,6-48

5,9-9

215

200

7,0

14,0

100

100-250

8,5-26,5

4,5-9

215

200

9,5

16,0

150

250-500

107-30

5-9

280

200

18,0

29,0

В основе расчета веерных сопел с заданной шириной сопла лежит формула для расчета необходимой скорости вытекающей из него рабочей жидкости

где ω_min - минимально необходимая скорость для взвешивания парафиновых частиц, ω_min = 0,2 м/с; R_с - необходимый радиус действия сопла; δ_τ - поправка, учитывающая трение веерной струи о днище резервуара

Re₀ - число Рейнольдса при истечении рабочей жидкости из веерного сопла радиусом r₀

где b₀ - высота кольцевой щели веерного сопла; v - кинематическая вязкость рабочей жидкости, используемой для взвешивания осадка.

Справочные данные по размерам веерных сопел c регулируемой высотой щели

Параметры	Величина параметров (м) для сопел
Параметры	1-го типоразмера	2-го типоразмера
Радикс сопла (r₀)	0,055	0,175
Диаметр присоединительного патрубка (d_п)	0,11	0,265

Необходимый радиус действия одного сопла однозначно связан с их количеством. Поскольку число веерных сопел n_c обязательно должно быта целым, радиус действия каждого из них предопределен. Если сопло одно, то его следует разместить в центре резервуара, и поэтому R_c = 0,5D_p. Если задать число сопел равным двум, то, чтобы вся площадь резервуара была охвачена их действием, сопла должны быть установлены диаметрально противоположно у самой стенки. Необходимый радиус действия одного сопла при этом R_c = D_p·√2,2. При числе сопел, равном трем, сопла следует разместить по окружности резервуара со сдвигом на 120°, а необходимый радиус действия одного сопла R_c = 0,5D_p.

Технологические операции по размыву и удалению из резервуара донных отложений осуществляются в следующей последовательности:

заполнение резервуара нефтью до уровня, обеспечивающего безопасную работу оборудования;
размыв донных отложений с подачей нефти через систему размыва;
откачка донных отложений в смеси с нефтью.

Рекомендуемые параметры системы размыва донных отложений, оборудованной веерными соплами типа СПВК- 100М, приведены в таблице ниже.

Применение мешалок типа гребной винт

Мешалки типа гребной винт (далее винтовые мешалки) применяются за рубежом с середины прошлого века. По принципу действия они могут быть разделены на две группы. Одни интенсивно перемешивают весь объем нефти, предотвращая образование осадка и обеспечивая гомогенизацию жидкости в резервуаре. Другие создают длинную затопленную узконаправленную струю, размывающую осадок в месте соприкосновения струи с ним. К мешалкам первой группы относятся Prematechnic 77S20 (Германия), НХ 63.00.000 (Россия), Jensen 620 VA 25/29 (США) и другие, ко второй - Plenty 28Р-8 ТМ25 (США), «Диоген-500/700», «Тайфун-20/24» (Россия).

Рассмотрим устройство винтовой мешалки « Диоген» (рисунок ниже).

Устройство винтовой мешалки типа «Диоген»

1 - 0100

1 - взрывозащищенный асинхронный электродвигатель; 2 - плоскозубчатая ременная передача; 3 - автоматический привод поворота; 4 - корпус; 5 - вал; 6 - пропеллер; 7 - обтекатель; 8 - шарнирный узел; 9 - фланец присоединительный; 10 - торцовое уплотнение; 11 - сферическое уплотнение

Оно состоит из корпуса, вала, на котором закреплен пропеллер (винт). Винт приводится во вращение с помощью взрывозащищенного асинхронного электродвигателя посредством плоскозубчатой ременной передачи. Кроме того, вал мешалки совершает веерообразные перемещения посредством автоматического привода поворота.

Принцип работы устройства «Диоген» заключается во взвешивании парафинистого осадка и механических примесей направленной струей хранимой в резервуаре нефти. Полнота воздействия на поверхность осадка достигается за счет качания вала мешалки в горизонтальной плоскости (угол между крайними положениями 60°). При этом работа автоматического привода поворота обеспечивается тем же электродвигателем, что и вращение пропеллера. Время перемещения вала устройства из одного крайнего положения в другое составляет до 5 часов.

Основные технические характеристики устройства «Диоген» приведены в таблице ниже.

Параметры винтовых мешалок

Параметры, их размерность	Величина параметров по базовым моделям
Параметры, их размерность	Диоген-500	Диоген-700	Диоген-700М
Максимальный диаметр пропеллера, мм	490	700	—
Скорость вращения пропеллера, об/мин	690	460	—
Время непрерывной работы устройства, ч	не менее 20
Время одного цикла поворота вала пропеллера, ч	7	10	11
Класс вибрации, мм/с	не более 2,8
Вес устройства, кг	360 \| 400 \|

Устройство «Диоген» устанавливается на крышке люка-лаза овальной формы размером 600x900 мм, размещенного на первом поясе стенки резервуара.

Операция по размыву и удалению донных отложений в резервуаре начинается с момента включения винтовой мешалки оператором НПС. Минимальный уровень нефти для безопасной работы устройства составляет: 3 м - в резервуарах типа РВС и 5 м - в РВСП и РВСПК. Так как впоследствии взвешенный осадок откачивается вместе с нефтью в магистральный трубопровод, то в момент включения устройства ее уровень должен быть на 1,5-2 и выше.

Во время операции размыва резервуар отключают с помощью запорной арматуры. После не менее чем 10 часов работы начинают откачку нефти со взвешенным осадком. При этом устройство продолжает работать. Как только уровень нефти достигает минимально допустимой величины, винтовую мешалку выключают. Через 2 часа после окончания откачки нефти из резервуара производится замер уровня донных отложений (не менее чем в трех точках) замерной рулеткой с лотом через замерный и световой люки резервуара.

При реализации технологического процесса по предотвращению образования и удаления донных отложений из нефтяных резервуаров контролируют следующие параметры:

высоту и объем размываемых донных осадков, а также динамику их изменения;
уровень нефти в резервуаре;
силу тока, потребляемого электродвигателем устройства (должна быть не более 36 А);
уровень вибрации на крышке люка-лаза резервуара по трем взаимно перпендикулярным направлениям (должен быть не более 2,8 мм/с);
работоспособность автоматического привода поворота устройства;
герметичность монтажных соединений и узлов уплотнений устройства.

Размывом и удалением основной массы отложений заканчивается процесс частичной зачистки резервуара.

Проведение полной очистки предусматривает его вывод из эксплуатации, дегазацию и мойку внутренней поверхности резервуара.

← Способы зачистки резервуаров

Вывод резервуара из эксплуатации →

Параметры	Величина параметров для резервуаров типа
Параметры	РВС 5000	РВС 10000	РВС 20000	РВС 50000
Расход нефти, м³/ч	200-500	500-1250	1000-2500	2000-5000
Минимальная продолжительность размыва осадка (ч) при уровне осадка: - 0,1 м - 0,5 м - 1,0 м - более 1 м	5 16 54 60	3,5 7 25 30	4 15 48 55	4 10 33 35