автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Научные основы расчета, проектирования и управления процессами разделения нефтяных эмульсий в нефтеподготовке и нефтепереработке

АКАДЕМИЯ НАУК АЗЕРБАЙДЖАНСКОЙ РЕСПУБЛИКИ ИНСТИТУТ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ПРОБЛЕЛ\ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ им. М. Ф. НАГИЕВА

С г' ^ 0$ "а п')авах рукояксн

РЗАЕВ АББАС ГЕЙДАР оглы

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА, ПРОЕКТИРОВАНИЯ

И УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ РАЗДЕЛЕНИЯ НЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ ;В НЕФТЕПОДГОТОВКЕ И НЕФТЕПЕРЕРАБОТКЕ

(Специальность 05.17.08 — Процессы и аппараты химической технологии)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

БАКУ— 1994

Работа выполнена в Азерб/ НПО «Иефтегазавтомат» научио-исследо^ ватсльском и проектном институте по комплексной автоматизации в нефтяной и химической промышленности и Институте теоретических проблем химической технологии им. М. Ф. Нагнсва Академии паук Азербайджана.

в ... час. на заседании специализированного совета Д004.09.01 при Институте теоретических проблем химической технологии им. М. Ф. Наги-ева АН Азербайджана по адресу: 370143, Баку, пр. Г. Джавида, 29.

С диссертацией моидао ознакомиться в библиотеке ИТПХТ АН Азербайджана.

Научный консультант: доктор технических наук КЕЛБАЛИЕВ Г. И., Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор СЕРЕБРЯКОВ Б. Р., доктор технических наук, профессор КАСИМОВ Р. М., доктор технических наук, профессор ЭФЕНДИЕВ И. Р.

Ведущая организация: АзНИПИнефть. Защита диссертации состоится « . . . »

1994 г.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета, к. х. н.

Н. М. КАСУМОВА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Ьанимая промежуточное звено между процессами добычи и переработки нефти, процессы неф-теподготовки играют существенную роль в дальнеРаей переработке не|)ти, ибо некачественная её подготовка, т.о. нецос- . таточкое удаление воды, растворенных солей (.хлористый натрий, сульфаты кальция, калия, магния и т.д.), твердых частиц <глина, лесок, сульфид железа и т.д.) и легкой фракции из нефти приводит к весьма значительным потерям я энергозатратам на стадиях её транспортировки и переработки и в целом к ухудшению технико-экономических показателей промышленных установок (износу и коррозии оборудования, сокращению срока службы и временя межремонтных пробегов, "отравлению" дорогостоящих катализаторов, потери бензина широких фракций и т.д. и силу указанных причин и большого распространения процессов разделения НЭ в не^теподготовке, вопросы рациональной подготовки нефтяного сырья в настоящее время приобретают особо важное значение и проблема повинкния технико-экономических показателей существующих установок комплексной подготовки нефти на основе системного анализа я научно-обоснованных методов является актуальной. 4 работе решается важная научная и прикладная проблема, посвященная течению многофазных агрегативно неустойчивых нефтяных эмульсий с разделением фаз для разработки научно-обоснованной методологии построения феноменологических описаний технологических процессов с целью их интенсификации, оптимального проектирования и управления. Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим планом научно-исследова-тсльских работ НШШнефтехимавтомаг за 1у76-1^92г.г. гос. регистрации 7605571а,81041170,177373^860,1776918060, 1776018260) и ЙТПлТ АН Азербайджанской Республики за 1986-1^2 ;01.87.ии27441, СЛ.У1.0 и33816).

аельы рдботч является исследование и анализ механизма явлений и гидродинамики многофазных нефтяных эмульсий и разработка научных основ расчета, моделирования и интенсификации процессов их разделения, направленных на улучшение тех-

нико-эконоыических показателей установок комплексной подготовки и первичной переработки нефти.

Задачи исследования;

- Теоретические исследования я системный анализ течения многофазных систем и разработка на их основе детерьшнирова-нно-стохастичес:шх описаний процессов разделения нефтяной ; эмульсии ШЭ) с учетом физических явлений коалесценции и дробления капель при определенных гидродинамических режимах течения, лизико-химлческкх свойств' и реология дисперсной среда, важных для расчета, оптимального проектирования и управления процессом.

- Экспериментальное исследование, математическое моделирование, идентификация и оптимизация процессов обесвожи-ваняя, обессоливания и стабилизации нейти.

- Исследование промежуточного эмульсионного слоя ШЭС) в структуры дисперсного потока в отстойных аппаратах 10А) я математическое описание процессов пульсаций, утоньшений и разрыв мех1>аэкой плещси при коалесценции эмульгированных ' капель и стенсненный отстой последних из концентрированного потока.

- Расчет и проектирование новых высокоэффективных аппаратов, позволявшие интенсифицировать процессы разделения. НЭ.

- Разработка способов автоматического измерения и автоматического регулирования важнейших параметров процессов.

Научная новизна работы;

- На основе системного анализа и иерархической структуры физико-химических эффектов разработаны детерминирован-но-стохастические модели процессов разделения НЭ. Получено аналитическое решение уравнения Фоккера-Планка, позволяющее построить эвслвцив функции распределения капель с учетом их коалесценции и дробления;

- На основе уравнений переноса массы и импульса разработаны модели, позволяющие расчитать толщину межфазной пленки,её пульсацию, утончение и разрыв с учетом расклинивающего и капиллярного давлений при коалесценции капель;

- На основе решения уравнений переноса массы предложены

формулы дог расчета- частоты, столкновений капель в неоднородной поле- турбулентного потока. Отмечено, что частота столкновений капель пропорциональна.степени увлечения час- ' тиц пульсирующей средой, их объемной доле, удельноП энергии диссипация г обратно пропорциональна размеру капель.

- Разработан многофункциональный сепаратор, позволяющий кроне функции сапарацин одновременно выполнять функции динамического отстоя я измерения количественных и качественных показателей НЗ;

- Выведено- уравнение стесненного отстоя капель из концентрированного потока. Показано-, что полученное уравнение более точно описывает существующие экспериментальные данные;

- Разработана методика определения дисперсного состава НЭ, позволявшая в. зависимости от гиродинамических показателей потока определить плотность (функцию) распределения эмульгированной воды по размерам капель;

- выведено аналитическое выражение определения частоты столкновений полдисперсаых эмульгированиях капель с учетом распределения последних по- размерам;

- Разработан высокоэффективный многоеекцгонный отстойник. Предложено уравнение ж произведен расчет производительности и оптимального числа Ол;

- Экспериментально' гсследован и количественно оценен ПсЗС и структуры дисперсного потока в ОЛ. Даны теоретическая-и количественная оценка пульсаций, утончений и разрыв планки при коалесценции капель в слое;

- выведено аналитическое выражение определяющее время ■пребывания эмульгированных водяных капель (З^К) в отстойных аппаратах;

- Установлена количественная взаимосвязь между степенью контактирования ЭВК пластовой и промывочной пресной воды и числом Рейнольдса потока НЭ на входе процесса обессоливания;

- Разработаны качественно новые математические модели, учитывающие дисперсный состав НЭ, эффективность ПЭС, динамику и физико-химические закономерности процессов и адекватно описывающие процессы термохимического обезвоживания и

- ó -

обессоллвания нефти.

Практическая ценность. Основные идеи, научные положения, вывода и рекомендации были использованы в разработке ряда '■ способов измерения и управления технологическими процессами комплексной подготовки нефти, защищенными авторскими "свидетельствами и включены б проекты АОУ ТП ПО"Татнефть", "Повховиефть", "Юганскнефтегаз", "Каспморнефтегазпром".

Результаты научных исследований и разработок были реализованы: •

1. На УКПН-2 НГДУ"Азнакаевскнефть" ДО"Татнефть". Орав-нительшй анализ экспериментальных данных, собранных с промышленной установки до и после реализации результатов исследования показал, что использование предлокенных математических моделей и алгоритмов оптимизации обеспечивает экономический эффект только на одной установке 69 тыс.руб. в год, а число подобных установок в вышеперечисленных ПО превышает 100.

2. 3 проектах АСУ ТП:

- установки подготовки газа для бескомпрессорного газлифта на базе микропроцессорной техника ко экономическим эффектом I0Ü тыс.руб. в год);

- сбор и подготовки товарной нефти в Дюбендах П0"Касп~ морнефтегазпром" (с экономическим эффектом 241 тис.руб. в год);

- центрального пункта сбора Повховского месторождения (с экономическим эффектом 665 тис.руб. в год);

- подготовка нефти, газа и воды Ш'ДУ'^айскнефть" экономическим эффектом 355 тис.руб. в год).

Ащ.обапия работы и публикации. Основные результаты диссертационной работы на различных этапах доложены к обсуждены на: ¡Л школе-семинаре "По проблема автоматизации и управлению качеством продукции" Шосква 1у79); Республиканской . научно-технической конференции молодух ученых и специалистов "Автоматизация производственных процессов" (Грозный, 1979); йсесовзных конференциях "Проблема создания и опыт внедрения автоматизированных систем управления в нефтяной, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности (Москва,1980,

1965,1990); УП Всесоюзной конферетяи "Математические методы з химии" (Казань, 1991); 17 Всесоюзно" научно-технической конференции "САПР и, АСУ ТП в химической промышленности (Черкассы, I991).

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 50 научных груда, в том числе - 24 авторских свидетельств СССР.

Объем и структура работы. Диссертация состоит яэ введения, з которой сформулированы основной подход к проблеме, цель работы л задачи исследования, основные научные и практические результаты< ? глав, Заключения, еыводов, списка цитируемой литературы и приложений, содержит 384 страниц, включая 43 рисунков .. 4 таблиц, библиографии из 240 наименований.

С0аЕР1А11ИЕ РЛЪОТи

В первой главе приведен обзор и критический анализ работ в области расчета, математического моделирования, оптимизация, проектирования я управления массообменнкми процессами термохимического разрушения бронирующих оболочек эмульгированных водяных капель, коалесценция и стесненный динамический отстой последних. Выявлена важнейшие параметры (УК1Н) установки комплексной подготовки нефти и дакы их характеристики, Установлено, что существующие работы косят локальный характер и отраиают только отдельные стадии исследуемых процессов, что не дает возмоякссуъ судить о механизма протекании последних в целом. В постановке задачи, приведенной в данной главе, изложен перечень вопросов исследования процессов разрушения НЗ, как объекта математического моделирования, оптимизации, управления и аппаратурного оформления.

Во второй главе исследованы физико-химические закономерности процесса дестабилизации НЭ. Выявлены основные аспекта количественного описания агрегативной и кинетической устойчивости НЗ. Показано, что основными параметрами многофазных систем ШЭ в общей случае является яетырехфазной системой "вода-нефть-газ-твардыэ частиЦы"), являются дис-

персный состав, скорость потока ^системы), плотность каждой фазы и их концентрации в системе. С учетом вышеизложенных, разработана методика определения дисперсного состава НЭ, заключающиеся в следующем: ^ промышленных условиях перед отстойным аппаратом с потока отбирают пробу в специальный градуированной сосуд, сконструированной для 1 этой цели и отстаивается при температуре, равной температуре потока с фиксированием во времени количества выделившейся вода. Затем эти фиксированное данное, с достаточной точностью аппроксимируется экспоненциальной

)х/в=)к[1-еоср(-н!<с)] ' а)

или гиперполической зависимостью

\у ^ ■ (2)

а » й+б'С

где - время; Щ - общее и выдилившьеся количество водыкоэффициенты.

Учитывая, что из теории седи».ентометрачёского анализа имеем

и определив £ из закона Стокса и осредненный размер капель,после несложна преобразований окончательно получим выражения для эмпирических коэффициентов,'входящих в ^1) и

^■¿ъ/м^щ* + 'с*)

где = ^/¿/^ » • ^ ~ коэффициент поверхност-

ного натяженияо С учетом Ц)л2) и \.4) Ьормула ^3) выражает дисперсный состав НЭ в зависимости' от гидродинамических параметров и физико-хи...ических свойств ^рис.1), которая используется-в дальнейшем при интенсификации процессов разделения НЭ, оптимальном аппаратурном оформлении и проектировании отстойных аппаратов. Таким образом, полуэмпирический

Рис.1, а) экспериментальные точки седиментации и аппроксимирующие кривые 1,2,3-построенные п^ формуле(2) при: ■ «-1-8=6,1, в=0,2ЬЗ; & -2-а=19; в=0,3и5;-8~3-а=0,82;в=ф,06 и 1,2,3 построенные по фср.муле(1) при • -1-К=0,05, а -2-К=0,02, -3-К=0,12 б) Соотвеиствущие функции распределения, построенные по формулам(1) -(4).

— АО -

годход позволяет получать более практические и упрощеннее формулы для расчета содержания воды в НЭ. С целью дальнейшей интенсификации процессов автоматического измерения ка- • чественных и к существенных характеристик НЗ разработаны:

а) способы автоматического измерения:

- кинетической и агрегативной устойчивости НЭ;

- обводненности и расход НЭ и устройство для его осуществления (с переменной структурой);

б) способ автоматического регулирования процесса оптимального дозирования химреагента-деэмульсатора;

в) устройство аътоматаческого измерения газового'фактора потока нефтяной кидкостя;.

г) многофункциональный сепаратор '.рис.2), позволяющий, кроме функции сепарации выполнять функцию динамического отстоя и разделения нефтяной эмульсии, а гакзее ■ автоматически измерять основные характеристик.«. Измерение качественных и количественных характеристик . нефтяной эмульсий (плотность и расход потоков, со-

■ деркание воды) осуществляется на основе искусственного создания различ:шх гидростатических столбов, характеризующихся соответствующими перепадами давлений, определяемыми согласно закону Паскаля. 3 частности , испол!зуя формулы

с учетом коррекции по изменению температуры потока, получены следующие расчетные формулы

=(ар3-д(т)-др,)^<т№ ю 1 (8)

где соответственно, общий расход жидкости, рас-

ходы воды и нефти; - плотности воды и нефти; V«, \4

i

Рис.2. Многофункциональный сепаратор

- общие объемы, зиша.-:ие;йые соответственно нефтью и водой; ^(Т) - операторы коррекции по температуре Т; \/7, , УггУгч Угт ~ объемы жидкости в соответствующих индексам емкостях.

Принцип работы сепаратора заключается в. следующем: в начале цикла измерения в блоке управл£ндя и индикации (БУИ) 8 вырабатывается единичны.': сигнал ("I"), который закрывает исполнительны!": механизм (Ш) 9-13,37 и нулевой сигнал ("О"), которк!: открызает/.'й. 2 и 15. НИ по трубопроводу I с додклачашой к измерению потока поступает в емкость 7 и начинает заполнять её и одновременно часть отстоявшейся воды (В) 1В через открытый И« 15 сливается в емкость 16. После заполнения емкости 7 до верхнего края перегородки ¿1 11 дац3:'.ического расслоения : Ж на

составляющие 1о,1у, и 20 не'-ть Ш) переливается в емкость 24. Срабатыьаетсл сигнализатор уровня 25. По этому сигналу в ЬУИ 8 вкрабатыьается "I" к закрывается Ш 2 и 15, а "О" открывает И.ч13, Следовательно, прекращается поступление жидкости и начинается слив в из 1С в 14. Время от начала поступления до прекращения слива фиксируется часовом механизмов, установленным а 8. После заполнения 14 3 через верхней части перегороди ^Ьц) переливается в емкость 27, причем А 25 врабатывается сигнализатор уровня

28 и БУИ 8 опрашивает множлтельно-делительшй блок 34, диф-маноу.етры 32,33,38, преобразователя 35 и по вышеизложенным алгоритмам расчитывает ^ ,р ,, и &

В третьей главе предложен системный анализ, иерархи-•■ческая структура физико-химических эффектов (рис.3), учитывающая сложность взаимосвязей между отдельными физическими и химическим эффектами. и явлениями, их двойственную детерыинированко-стохостическ/ю природу, появляющуюся в наложении стохостических особенностей гидродинамической обстановки в технологическом аппарате на процессы переноса тепла и массы и сопровождающуюся агрегативной неустойчивостью дисперсной фазы в процессах разделения нефтяных эмульсий. В основу стохостического описания процесса положено уравнение йоккера-Планка аналитическое решение которого,

св язь

млгери/мькыл потопов

ЗАКОН ИЗМЕРЕния размеров дисперсных включений

Зво/ЮЦНЯ

функции РАСПРЕДЕЛИ.

МешичЕс-

иое ВЗЛИМО-

лейсше истиц'

миграиион ныег тения

Перенос ттл ШССЫ И

итмъса

Псвшносг-ные тшя

вамние пав

Т

физи ко-химические свойства

рецирнш-ционныг связи

фазовые ПЕРИОДЫ

.Перенос мдссы ы

те ла

нигрдцря 6 гм ■ вчтационном . и эпехтричес-ко-г полях

Хим№ ЕСККЕ швраш.ення

центрсбежнш миграция

кмгуляция,

дровлени-я и ¿.еформлцчя

идпмь

Г иаролинти-

чсше тт-

ние члсгцц

Т"

явленив ' терпо и'блро анф'рузш

Турбулентная

ц !го±ъемная миграция

Миграция под • ¿явлением

Заражение час- : тиц, ьменгри-

ческом поле

т

Молекулярный

м туРБилент-НЬ/Й ПЕРЕНОС. капель

электро-миррлция

злентро-форвз

1

реологичес- -иче свойст ■

аиссиплт

ные процессы

нестационарные флинту-

Ркс.З. Системный анализ фи з и к о ->: ими ч е с кчх эффектов в процессе разделения нефтяной эмульсии

{

для турбулентного течения нефтяных эмульсий в трубах с учетом коагуляции и дробления капель представлена в виде

спж^езсрыкьп?) * Ц0>

где ¡-п - 'обобщенный полином Лаггера; т^-ЬКХ)^, 1)т - коэффициент турбулентной диффузии; - константа скорости дробления, В-Шц/В , Т - время, £ - радиус капель. Асиптотическое решение при (для больших длин трубы) представляется в вида

т.е. на большой длине трубы устанавливается предельное распределение,'которое не зависит от начального распределения капель. Предельное распределение капель по своей форме близка к известному эмпирическому соотношению Роззн-Раылера, хотя в зависимости от значения параметра 8'может ■ быть распределением Релея ( 8 =1), Максвелла (8=2) и т.д. Средний размер капель при получим

где Г"(/77ц/ЯЬ) - гамма функция. Следовательно,

соотношение" ^^ определяет преобладание коагу-

ляции или дробления в турбулентном потоке, т.е. максимальное зкачсясе предельного распределения капель смещается в сторону меньших размеров с уменьшением /р и, наоборот, в сторону больших размеров с увеличением гу . Практика показывает, что с увеличением скорости турбулентного потока динамическое равновесие смещается в сторону уменьшения

среднего размера капель, т.е. скорость дробления растет сильнее, чем скорость коалесценции.

Несколько иная ситуация укрупнения и осаждения капель наблюдается в отстойных аппаратах, обусловленная общей структурой потока в них. Экспериментально установлено, что в любом отстойном аппарате существует промежуточный эмульсионный слой ШЭС) состоящий из двух частей: I) слой с плотной упаковкой дисперсной фазы (высококонцентрированный эмульсией) с частицами загрязнений, скапливающихся в нефтяной газе у границы раздела с водой, занимающий ш-2ь% от общей высоты Поо; 2) выравнивающий концентрированный слой занимающий оставшуюся ча^ть ПЭС, который характеризуется наибольшим, почти лине"н..м градиентом концентрации и на верхней границе слоя его концентрация достаточно резко уменьшается до нуля (.при отсутствии восходящего потока). Являясь гидравлическим ^сакоочищающим) фильтром, ПЭС способствует процессу Ьильтрации МК и может бить описан по закону ларси с использованием уравнения Козени-Кармана:

/и--™-

где Кф - коэучл^'.снт фильтрации; £П,НП - порозность и высота ЛЭй; .5 уд. - удельная поверхность эм,/льги{ованных водяных капель; - вязкость системы эмульсия - твер-

дая [аза;

- зодер«.аш{е>воды в Пой: </>г - содержание твер-доН ;аза в потоке; Др( - пе ¡«впади давлений, измеряе-

мое ь слое Пой и воды с высотой /?„.

йа стадией {«льтрации в ЛЭй происходят процесс сбли*е. ния, столкновений и коалесценции ОиК скорость которой опр' деля».тся из равенства оле-тующах дарений

п

где Рг - внешнее давление, сдавливающее капли; Рр - гидродинамическое давление; Рр - расклинивающее давление;

Из, И г ~ соответственно толщина нефтяного слоя иышу лзК в центре и текущей точке профиля.

И третьей стадии происходит процесс стесненного отстоя.

Из вышеизложенных следует, что остаточное содержание

вода в обезвоженной нейти может быть определено по 'формуле %

о а

о(~ сщкф.е*)'

где Ы. - коэффициент эффективности Шс, ф, - оператор;

Вк г частота межкапельной коалесценции, - ы' этический радиус, определяемый из ¡.а^енотва скорость,", потока и отстоя капель в Сл.

На основе уравнений переноса и.\.пульса получена формула для изменения общей высоты Ил;

дающие удовлетворительное приближение с экспериментальными данными (.Рис.4). Здесь - приведенная скорость капли, ивдекс "и" относится к начальному состоянию. Предложено уравнение, определяющее распределение концентрации капель по высоте ИЗО: ^ ¿/к/_ ■■ ■

и

т

50-1

40

V® щь

Л- О-масло-вода,

Т = 16*С И-о-маслогВода, Т*Нб"С

—о— масло-вода, Т = 22еС 1У-9— вода-масло,

°___ г = ге'с

Т5 Я у^м/г

Рис.4. Зависимость толщины динамического слоя от скорости потока ' •

1

Об 48

Рис.5. Изменение .-концентрации капель по васоте аппарата при ^ Я^ .равных: 1-/Д 2-0,356, 3-2/3 ,4-0,94

где Рс = Ъ^/ЦШ.) - число ¿руда. т=(рг+£т)'С)

Я-Л^т коэффициент приведенной массы, ^ - коэффициент сопротивления. Численное решение данного уравнения и сравнение с экспериментальными данными показало адекватность описания (.рис.5). Отмечено, что ПЭС пульсирует с частотой

и

где - длина волны! Периодическое расширение и сжатие слоя способствует увеличению скорости движения капель, что создает благоприятные условия для роста числа их столкновений, а; следовательно, для увеличения эффективности их коагуляции.

Четвертая глава посвящена теоретическим аспектам математического описания процесса коагуляции. В данной главе с использованием уравнений переноса импульса для дисперсных систем разработаны теоретическая модель процесса коагуляции дисперсных частиц: I) в однородном поле с учетом внешних сил, позволяющих расчитать изменения числа частиц-капель при их коагуляции и дроблении в потоке:

Л//УГ) еосР(-г№з>„<г+Ь)) /у.е'

"йгЗб«-г» О-. , ----зг

1 0С3/г

где

коэффициент молекулярной диффузии; р - постоянная

времени; ,Л7- заряд и масса капли; 2) в неоднородном поле распределения их плотностей, в результате молекулярного переноса: /

сто ¿-1 /сго ух ' к

где ^^ - положительные корни уравнения ) - 0

я чгж '

п - шмц-кц (ггз/г, . )*

с*)

/3 (а)56) - присоединенные функции Лежандра; ^^¡/¿Ц^) -функции Бесселя действительного аргумента дробного порядка.

Аля частного случая неоднородного распределения капель . оценена величина диффузионного потока д , который определяет частоту столкновений

у мехрк-ю^) ,

Сравнение с диффузионным потоком в однородном поле показало, что интенсивность диффузионного потока в неоднородном поле на много ниже, чем в однородном; 3) в турбулентном потоке: ыг.г ■

оо да» /I и ф ^

& wj.fr

* к у р^^ссб д)51пв ¿/"г ¿вс((р

& - степень увлечения частиц пульсирующей средой. Исходя из указанного решения, определена частота столкновения капель в■ турбулентном потоке

г '/з -*/5>

где - удельная диссипация энергии, й, - коэффициент, определяемый исходя из Ац и Ву

Процесс коалесценции капель весьма сложен и определяется следующими этапами: а) взаимное сближение и столк-

новение капель в определенных гидродинамических условиях; б) фиксирование капель и образование пленки сплошной фазы между каплями; в) пульсация,-утончение и разрушение межфазно пленки с дальнейшим слиянием капель. На основе решения уравнений переноса для тонкой .межфазной шшвчи получено уравнение для её частоты пульсаций

т.е.' частота пульсаций поверхности увеличивается с уменьшением радиуса поверхности контакта и прямопррпорциопа-льна капиллярной постоянной в степени 1/2. (Здесь К - волновое число, 6м г- межфазный коэффициент поверхностного ' натяжения, р - плотность). Установлено, что среди прочих сил, действующих на тонкую мека-азную пленку, существенное сопротивление на её утончение и разрыв оказывает, расклинивающее давление (Рр), создаваемое бронирующими оболочками ЭВК, которое является интегрирующим параметром, учитывающий как силы отталкивания; так и силы притяжения, действующие в пленке. На основе уравнений переноса в ыежфазной пленке получено уравнение изменения толщины межфазной пленки ($") в зависимости от размеров максимального сжатия (Р) капель, учитывающая капилярные сшц, расклинивающие давление и силу в момент столкновения: „ - ..

К^- параметры упругости первой и второй капли; Кв • -постоянная Бан-дер-Ваальса, /1 =2<4.

Адалл'тическое решение уравнения (12) приводит к тран- .. Цендентнсыу выражению. Если положить, что для больших тол-, щав пленок Р* . то решение (12) представит-

ся в виде:-

/иаврх сю

Для тонких пленок Р.« , можно получить ряд ре-

шений л л о*

л =2, б^е^' п = з, (н)

где

Разрыв межфазной пленки происходит при условии ^ ( критическая толщина существования пленки). Сравнение с экспериментальными данными (Рис.6) показало адекватность полученных уравнений. Увеличение концентрации деэму-льгатора существенно увеличивает скорость утончения пленки (Рис.7) и наряду со снижением структурно-механических свойств оказывает разрыхляющее действие на слой, тем самым уменьшая поверхностное натяжение.

В пятой главе на основе уравнений переноса импульса выведено уравнение стесненного отстоя.капель из концентрированного потока: .

Т

где к - \Zstv', %т = -§- ^^ - уравнение Стокса для-

скорости осаждения единичной твердой частицы, применимое • также для расчета скорости осаждения множества частий при условии 0,05 и \/б/($Др)

При выводе уравнений (15) принимались следующие допущения:

а) обтекание частиц потоком имеет' вязкий характер, вытекающий из условии малости числа ^-¡и^-р- ¿<1 и описывается в первом приближении линейным законом Стокса

б) капли строго сферичны по форме* В случае деформируемости капель следует вводить коэффициент формы, а в случае

& ммкм

3СО Т,с 200 • . чо о IX

Уне.6. Изменение толщины плёнки во времени для раствора моно- . олеатсорбинота в тетралине в видном растворе (концентрация моноолеатсорбината-1,2г//)) Рис.7. Изменение толщины плёнки в системе нефть-вода с участком деэмульгатора(фракции ОП-Ю, ОЭ-15) различной кон-центрпции: • 1-с=1г/л ,2-с=0,5 г/л ,3-с=0,12 г/л

1-Средневзвешенная кривая по эксперим-ым данным—

2-Уравнение Хаплеля - •

3->Уравнение(15)-* •

4-Уравнение Тема(^г(Нс/)-о

й * - <к

v/v-ci щ3'б5(ураь„е -ние Ригар^сона-Ъат)~ $

Рис.В. Зависимость скорости стесненного осаждения от объёмной доли купель

их по^идисперсности - рассматривать пофракционно; в) среднее расстояние между частицами яри их упорядоченности расположении определяется по формуле - ; г) на движение капли не влияют силы, обуславливающие их перенос за счет турбулентной и подъемной миганий, а также электростатические, термофоретическяе, диффузиофоретлческие я другие силы негидродинамической природа, за исключением силы тяжести, под влиянием которой частиц» оседают; д) на поверхности капля удовлетворяется условие' отсутствия скольжения, т.е. скорость движения жидкости должна быть равна средней скорости движения капель; е) на расстоянии (Х—~ + определение ско'рости в жидкой среде подчиняется условию

где - нормальная и тангенциальная составляющие

скорости.

Как'следует из рис.8,У скорость стесненного отстоя по форлуле (15) дает адекватное описание экспериментальных данных ^относительная погрешность &%) чем существующие формулы. В частном случае, при К-*«»0 уравнение (15) превращается в формулу Адамара-Рыбчикского, т.е.

^^Щг: , ™

Если ^, то уравнение (15) превращается в формулу определения скорости осаадения концентрированных систем твердых частиц;

При И/->-0 и К-*оо (17) превращается в уравнение Стокса: ¿1тОк~ ост , Л при \ , Л

«г-*-о ' ' ■

и отстой частиц отсут-

1-Средневзвешенная кривая'—

2-Уравнение Хпппеля - •

3-ч/равнение (15) - *

iscr . _-

0,02 m 0,06 O.bs 0,'Ю W

Рис.9. Зависимость скорости стеснённого осавдекия для малых капель

л

Лг 5А-

ф &

2,0-

ifi 0,5■

ytr^vr I я

ÇD-9 Î;CS f>/2 m. № W • '

Pkc.IC. Sia;;ciaioctb относительной вязкости системы от объёмной доли твёрдой частицы

Plie. II. Зависимость вязкос-ти эмульсий от концентрации твёрдой фазы: l-tt^^G^jU-fr)) .. 2-по уравнению(19); 3-fi-h^S^A-K.-i*%0<fr-t

ствует. . .

В результате исследования и системного анализа .физических свойств (реологии) четырехфазных дисперсных систем "вода-нефть-газ-твердые частицы" разработаны уравнения, определяющие зависимость вязкости указанной системы ; f4^ ) от объемной доли (концентрации) жидкой фазы ( Ч* ), газа ( <fr ) и твердых частиц (. 4>т ):

где ijа - напряжение сдвига; - вязкость системы "жидкая среда-твердая фаза", JJjr - вязкость системы . "нефть-вода-газ". Показано, что уравнение (18) адекватно описывает экспериментальные данные и для значения i (формула (18), Рис.10) и в широком спектре изменения концентрации твердой 'фазы (формула (19), Рис.II) и по сравнении с существующими формулами дает более точные результаты (относительная ошибкамS,5^).

Выведено аналитическое выражение для: определения частоты столкновения эмульгированных водяных капель (ЭВК), с учетом распределения последних по размерам

(20)

где 0* . 8 - соответственно частоты столкновения ЭВК в поли и мнодисперсных системах; z* -.является коэффициентом полидисперсностя и отражает влияние характеристик исходного распределения частиц ( математическое ожидание , одисперсия) на частоту столкновения. 3 отличив • от существующих, полученная формула полностью учитывает влияние распределения дисперсной фазы по размерам частиц на частоту столкновения. Из формулы 42U) видно, чта Z* только при, о2=0 (для монодисперсных систем) имеЬт

единственной кзниыук (. 2* - I), в остальных случаях 0) всегда Е >1, что и подтверждает существующие доения экспериментаторов о той, что в полиддсперсных системах часто-' та столкновения частиц всегда больше, чей в монодисперсных, причем чем больше значение 2* , тем больше значение б*.

В более общей форме с учетом эволюции распределения • капель при их коалесценции л дроблении определяется по формуле:

° о

где - постоянная интегрированная, определяемая по формуле СЮ). Хотя полученное выражение (21) является весьма сложены для вычислений, однако оно позволяет оценить влияние полидисперсностн на 0 по времени. В данной главе также предложено уравнение расчета производительности 0А:

(22) (23) .

где - содержание вода в нефти на входе и выходе ОД;

Ц и - соответственно производительность 0А расчитанные но предложенной я существующей формулам. Как видно в отличие от существующей в предложенной формуле фигурирует новый коэффициент (Ек) назнияешЕ. "критерием качества" учитывающий мелкодисперсную составляющую исходной НЭ, эффективность ПЭС (с* ) я качество целевого продукта ( У< )..

С использованием полученной формулы и исходных данных праведен расчет в сравнительный анализ по цилиндрически вертикальных (ЦВ), цилиндрически горизонтальных лЦГ) и сферических (шаровых) 0А1 Показан,1 что при одинаковой емкости (200 ы3) среди вышеперечисленных ОА самую оптимальную конструктивную форцу имеет ЦТ ОА, так как его произ-

¿Л

водительность 6 раза больше, чем производительность ЦВ ОА и 2 раза больше чем производительность сферический 0A. С учетом вышеизложенных для обезвоживания нефти предложен ГЦ ОА и произведен расчет юс оптимального числа.' Показан, что для УКПН с проектной мощностью 5,5 млн.тн/год требуется 3 ЦТ ОА.

Шестая глава посвящена экспериментальным исследованиям, математическим моделированиям и идентификацию процессов УКПН. В частности предложена методика определения временя сдвига при оценки реакции отклика на возмущения, позволяющий более точно определить оптимальную продолжительность одного опыта (при осуществлении промышленного эксперимента) и повысить точность математических моделей процессов обезвоживания и обессоливания нефти.

__V

где <С':г <ГтР+<Ст+К1&; Гп \ ¿= ' ÄV~<'"/ Щ№0й

показатель; ä - число входных показателей; %р- транспортное запаздывание; <£т - время, необходимое для съема т параллельных опытов; - соответственно величина,

номер и число дискретных интервалов' времени. Причем ДТип задаются. Выведено аналитическое выражение для определения времени пребывания ЭВК в цилиндрически горизонтальных (?<) и шаровых отстойниках ^ 'Сц,) в процессах обезвоживания и обессоливания нефти от радиуса капель.

ТКз= ä&zäEi + -,-£4

,tatclq _ _atciü

- -

гдеI - длина ГЦ.ОА; /?„/?2 и - соответственно ра-

диусы и числа ГЦ ОА и шаровых Ш) ОА; суммарный уро-

вень водяной подушки и воды в ГШ ГЦ ОА и ШОА соответственно; - расход НЭ на выходе ГЦ ОА.

С учетом вышеизложенных и результатов предыдущих глав, на основе экспериментальных данных промышленной установки разработаны математические модем процессов обезвоживания, обессоливашя и стабилизации.нефти. Приведена идентификация коэффициентов этих моделей. Отличительной особенностью полученных моделей является во-первых то, что в_ них учитывается дисперсный состав НЭ, эффективность ПЭС, степень контактирования пластовой и промывочной пресной воды, определяемые количественно по разработанным методикам. Зо-зто-рых, в модели включены те параметра, которые в промышленных условиях легко измеряются, что дает возможность использовать полученные модели для расчета, проектирования и ■ управления 'процессами разделения НЭ.

3 седьмой главе поставлена и формализована задача оптимального управления технологическими процессами 7КПН, обоснованы критерий оптимальности и ограничения, накладываемые на функции и управляющие воздействия. В качестве критерия оптимальности выдвигалось условие максимизации ■ переменной части прибыли, получаемой от ведения процессов УКПН. Для решения задачи оптимизаций разработана модификация алгоритма направленного поиска. Для того, чтобы при изменении значений возмущающих факторов каждый раз не решать ' задачу оптимизации, ставилась цель определить зависимость оптимального управления от возмущающих .факторов я эти данные заложить в УВМ в качестве алгоритма оптимального управления. При этом ставился полный факторный эксперимент типа 2 +2/1+ I для возмущающих факторов и для каждой строки на ЭВМ по программе определялись оптимальные значения управляющих воздействий ¿/^ . Результаты решения записывались в матрицы планирования, после заполнения которой находились зависимости между и в виде квадратичного полинома: 4, .

где оптимальные значения удельного расхода

деэмульгатора, температуры процесса обезвоживания и удельного расхода промывочной пресной вода; - соответственно расход исходной НЭ, содержание воды и солей в ней и её температура. Подход к нахождению зависимости оптималь-' ного управления от возмущающих факторов дает возможность осуществить сложную проце'дуру решения задачи оптимизация на ЭВМ, находящейся вне контуре управления и реализовать найт денные зависимости оптимального управления более простыми устройствами, находящимися непосредственно в контуре управления установкой. На ряс.12 дана геометрическая интерпретация изменения в зависимости от различных значений 2( Из рис. 12 видно, что для каждого конкретного случая существует при котором У» принимает минимальное значение..Это объясняется тем, что с одной стороны, при увеличении Ц, , степень разрушения бронирующих оболочек ЭВК, образованных из природных эмульгаторов, растет и повышается скорость коалесценции водяных капель, с другой ст'орош, слишком сильное, разрушение бронирующих оболочек приводит к росту скорости диспергирования.

Улучшение технико-экономических-показателей УКПН требует не только оптимизации ведения процессов, а также их аппаратурного оформления; ¿5 связи с этим предложен новый подход к оптимизация аппаратурного оформления процесса динамического разделения НЭ и. разработана' соответствующая методика, сущность которых заключается в разбивке по высоте ОА на секций и равномерном распределении исходной НЭ между этими секциями и тем самым уменьшении в I -ой раз скорости потока НЭ в каждой секции и ОА. При этом результирующая скорость (), определяемая по выражению

• также увеличится и уменьшится величина мелкодисперсной составляющей НЭ способной попасть на выход ОА и тем самый улучшится динамический режим отстоя и качество подготавливаемой нефти. Следовательно, чем больше число секций, в ОА тем он эффективней. Однако бесконечное -увеличение числа секций невозможно, поскольку о увеличением числа секций уменьшается уровень нефтяного слоя в них и насту-

цк

0,5

0.4-

ДЗ-

0,1

а)г^/о°/*,2^го°с, и^ьос

• -2-Н.сбОО

н.,-зоам3/г

ю го зо 50 ыхг/т

нд=/о%, гч=го°с, 2,-600 п'/г

ю

го

зо

40

.6) н=боо муг, г^ео'с, ьо°с 0-2-2^10%

£0 цг/п7 i

до

зо . 40 50 Ц,г//?7

Рис. 12.Зависимость остаточного содержания воды ь обезвоженной .нефти от удельного расхода деэмульгатора для различных ' значений , Нг(Н*,г1г

пает момент, когда имеет место унос большого количества воды, содержащейся в верхней части ПЭй и резко - худшение качества нефти на выходе О А. ¡математическая формулировка вышеизложенного подхода имеет следующий вид.

теп zr- zrj/hw & & (25)

при ограничениях у- //^ < И~=h(i (26)

где h\ t - соответственно максимальный уровень водяного и ДЭС в i -ой секции; hl - высота i -ой секции; h - общий уровень жидкости в ОА.

Как видно, решение задачи (25) - (26) заключается в нахождении оптимального числа секций или максимального уровня водяного и ИЗО, удовлетворяющих ограничениям (26).

данная задача решена на примере аппарата предварительного отстоя, где уровень водяного слоя поддерживается с помощью гидрозатвора. Максимальный уровень водяного слоя в данном аппаратуре ( Ы ) ив каждой секции расчитывается по формуле:

#=кп (Ä-Ä) К(Рь -я Ыь-+МЛ t27)

где Н - расстояние от днища аппарата до верхней кромки гидрозатвора; гидравлическая потеря в гидроо-творе; ßn - плотность промежуточного слоя.

С увеличением толщины (уровня) ПЭС будет раст,; его давление (Рп) на нижестоящие капли, что способствует более быстрому выдавливанию вязкой прослойки и следовательно ускоренной коалёсценции. Слой будет нарастать до тех пор, пока его давление на нижние капли не станет достаточным для перехода их в состав водяного слоя. Следовательно, максимальный уровень ПЭС может быть определен следующим образом

рн = гв/г,й„(рп-рн)^büß, ft„=z6/(taj>n)

На основании разработанной методики и исходных данных исследуемого аппарата и девонской нефти репена задача оп-

Рис.13. Принципиальная схема оптимального управления термохимическими процессами комплексной подготовки нефти: датчики 1,8,20 температуры; 2,7 расхода НЭ и деэмульгатора; 3,12 и 4,13-соответственно содержание воды и солей в НЭ; 15,16,17 уровня; 5,11,14-0А; 6-сые-сительный насос; 9-теплообменник; 19-печь; 21-стабилизационная колонна

тимизации в потоке t.25), (26) а в результате предложен 4-х секционный ОА.•

О учетом.физико-химических закономерностей процессов разделения ВД разработан ряд способов измерения и локального управления процессам УШИ, Предложена также система ' оптимального управления технологическими процессами в.реальном масштабе времени -на базе микропроцессорной техники ^.Рис.13). Система оптимального управления, согласно принятой двухуровньвой иерархической структуре, функционирует следующим образом. Информация■об изменениях величин Z3,2V через первую ступень иерархической структуры поступает в УВК. На основании поступающей информации с применением математических моделей процессов в УЗК решается задача оптимизации с учетом принятых ограничений, наложенных на технологические параметры и выходам функций. Результаты решения задачи оптимизации, после 'соответствующего преобразования, черзз канала связи передаются в локальные системы регулирования w.UP) Pj-, Р2.. .Pg в качестве нового оптимального задания. Воздействие JiJP' осуществляется в порядке движения НЭ в аппаратах обезвоживания, обессоливания и стабилизации с учетом времени пребалания в них НЭ. При этом параметрами управления'является уровни раздела фаз Hj и воды в TP, I0A л Ш0А;, величина дозировки химреагента, температура процессов обезвоживания, обессоливания и стабилизации не'^ти и расхода промывочной-пресной воды.

Основное содержание диссертаций изложено в следующих работах. • ' ; ■ ■' . ■.:

х. Г заев л.Г. Интенсификация!процессов комплексной подготовки нефти. - 3 кн.: Оборняк тезиса докладов Лсесоюзн. научн.-техн.ки['."Проблег/.^ создания и опыт внедрения автом. систем управления в нефтяной, га30?05' промышленности и развитие геофизического приборостроения. - М.: TJ-I2.I085, вып.о, с.7.'

2. PsatB А.Г. к вопросу.исследования промежуточных эму-льсиоанхх слоев в отстойнзх аппаратах. - В. кн.:. Сборн.тезисы докладов Ьсесоюзи.нау1н.-тьхн.кон&.илроблемы создания,опл разработки, внедрения А~У в нефтяной,, газовой, нейт.хим.

пром. и обьек'тов нефтеснабкения", M.ii-90, с.54-55.

3. Рзаев А,Г. методика определения законов распределения эмульгированной воды по размерам купель. - журнал прикладной химии 1У&5, '13, с.671-673.

4. Рзаев А.Г., ¡..ехтиев Ь..А. л вопросу оценки эЬ^октив-ности промежуточного слоя при динамическом огстое неЬтяной эмульсии. - Азербайджанское нефтяное хозяйство, 1»81, .$12, с.42-44.

Ь. Рзаев A.I., 1«.ехтиев М.л. Управление процессом стабилизации при промысловой подготовке нефти. - , РН1С, сер.: Автоматизация и ти:ыииханизацая нефтяной промышленности, ¡.'-cu, .ill, c.-i-.j.

С. Рзаев д.Г. О никотор:ос особенностях проведения эксперимента при моделировании процесса обезвоживания Нефти.-лзьрбайд'канскос не'/гяное хозяйство, 1~о1, 74 c.bi-Dk:.

7. Стохастическое моделирование игрегатавно-неустой-чивых процессов химической технологии /I Л.гСелбалиев,

А.И.Алиев, А.Г.Рзаев, л.л.Касымов. - J кн.: Тезис., докладов УЛ iicecotJ3Hori контрен.ли "математические методы в химии", Казань,

8. Рзаев А.Г. Оптпмизшля технологических 'процессов термохимического обезвоживания а обессоливанпя н«.да. -ШПИОНИТ, PHI0, ct'j .: -штоматпьлшя :: те „емеханпьэщя нефтяной промышленности, le'til, Я?, с.14-16.

\>. Келбалкеа I.H., 1зас.в -л.Т., л-¡с .мои л. А. г.зо-вание .-уравнения ^ckki i j-ПллНги для описания процессов коагуляции и дробления капель в турбулентно;., потоке.-.1нж.-¡из. журн., т.¿04, те,

10. Осачдьниу частиц из концентр.: рооанного д.:Jiiepоного потока /I .И.лелбалиев,л.Г.Рз^ев,.1.*'Лусе:'нов,л..л..1:с..1..о^ -Инж.-уиз.журнал, Ivbi, 'j3, „'.ЗОЬ-Зео.

11. нелбллиев 1.'.".,, Носенко J..J., Рзоьв-л.!. А^р.ктер-Hue особенности коагуляции ¿> ,;,;слерен.х jkotcm-x. „е-п. в ¿ЛШ'Ы, Ьйо, г3337-оо-, с. 17.

12. кехтиев .«.А., Рзм и л.Г. л вопросу исследования процесса динамического от;т<.н не.лтнсГ: экульс;;.:. - .iScp-байцканское нефтяное хозя'c...-о, I-оЗ, i I, с.37-3-..

13. Рзаев Д.Г., Касшов A.A., Келбалиев Г.И. Математическое моделирование процесса стесненного отстоя капель в отстойниках. - о кн.: тезисы докладов 17 науч.-техн.конф. "САПР и АСУ ТП в химической промышленности", Черкассы, lüsl.

14. Рзаев А.Г., Касымов A.A., Келбалиев Г.И. Системный анализ и иерархическая структура физико-химических эффектов в процессе дестабилизации нефти. Деп. в ВШ1®1. - 1991,

- ÄE680 - B9I, с.18.

15. Рзаев А.Г. йетодика определения закона распределения эмульгированной воды по размерам капель и его характеристики в процессе подготовки нефти. - Азербайджанское нефтяное хозяйство, 1982, с.46-48.

16. Рзаев А.Г. Оптимизация.аппаратурного оформления процесса разделения (отстоя) нефтяной эмульсии. - Азербайджанское нефтяное хозяйство, 1982, М2, с.65-67.

17. Рзаев А.Г. Расчет производительности и оптимального числа отстойных аппаратов.Азербайджанское нефтяное хозяйство, 1983, М, С.4У-50. -

18. Рзаев А,Г. Результаты исследования процесса термохимического обезвоживания нефти. - ШШОЭНГ РНТО, сер.: Нефтепромысловое дело, 1981,.:& 6, с;44-45.

19. Рзаев А.Г. Разработка алгоритма автоматического управления процессом термохимического обессбливания нефти.-Азербайджанское нефтяное хозяйство, 1981, .4 5, с.66-68.

20. Синтез алгоритмов оптимального управления процессами комплексной подготовки нефти /Ф.М.Абдуллаев, А.И.Келбалиев, Ы.А.Ыехтиев, А.Г.Рзаев.С.Ш.Габибов, - ВНИИОЭНГ, FHTC, сер.: Автоматизация и телемеханизация нефтяной промышленности, 1981, .'61, с. 14-16.

21. Численный алгоритм оптимального управления стохастическими объектами нефтепереработки /А.Г.Рзаев, А.Ф.Гусейнов, Г.И.Келбалиев, А.А.Новрузов. - В кн.: Сбор.тезисы докладов научн-техн.конф. "Проблемы создания, опыт разработки, внедрения АСУ в нефтяной,газовой,нефтехимической промышленности объектов нефтеснабжения, M.I99Q, с.63,64.

22. Решение о вадаче а.с. по заявке M85IÜ45/I0, (РФ)

от 3Q.u7.b2, Способ измерения дебита нефти и устройство душ его осуществления /А.Г.Рзаев/.

: 23. Решение о выдачи а.с. по заявке .'{48117001/26 (СССР), от 2?,0I.Способ управления процессом обезвоживания нефти' /А.Г.Рзаев/.

24. Абдуллаев А.А., Кехтиев ш.А., Рзаев л.Г. Система

' оптимального управления процессами обезвоживания и обессоли-вания нефтяной эмульсии. - 4Ш0ЭНГ, PHTJ, сер.: Автоматизация и телемеханизация нефтяной промышленности, 1У30, ,'fô, • .с.15-17.

25. Абдуллаев 0.1,:., Ыехтиев I.'i.A., Рзаев А.Г. к вопросу разработки системы оптимального управления процессами установки комплексной подготовки нефти (УКПН). - ±3 кн. Тезисы докладов Всесоязн.научн.-техн.конф. "Опыт разработки и внедрения аатоматизяроаашых систем управления в неф- • тяной и нефтехимической промышленности", M., IS80, вып.З, . с.32-33.

26. Абдуллаев ¿.Ь!., Рзаев А.'Г. Исследование процесса динамического1 отстоя нефтяной эмульсии. - Азербайджанское нефтяное хозяйство, Г-ЬО, 6, с.34-37.

27. А.С.6У4530 ССССР) Способ управления процессом обез-воживаниянефти на стадии отстоя /¿.М.Абдуллаев, М.А.Иехти-ев, А.Г.Рзаев а др. - Опубл. в Ь.И., 1ы-:,, МО

28. А.С.722У36 (СССР). Способ автоматического управления процессом отстоя нефтлной эмульсия /А.И.Келбалиев, Р.Т.Булгаков., К.А.ыехтиев, А.Г.Рзаев, С.Ш.Габибоа. -Опубл. в Б.И,, I<*80, :b II.

2'з, А.С.785342 vCCvP). Способ управления процессом обезвоживания нефтяной эмульсии /л.И.Келбалиев, Р.Т.Булгаков, Т.А.Алиев, М.А.Ыехтиев, л. Г .Рзаев, Ш.Г.Габибов, - Опубл. в Б.П., 1Ь£Ю, rt 4Ь.

30. Л.С. 842102 (СССР). Способ управления процессом

'обессоливамя.!: нефтяной эмульсии /А.А.Абдуллаев, Р.Т.Булгаков, Ы.Л.я.иыов, А.Г.Рзаев. - Опубл. в Б.И., liibl, Ш.

31. Л.С.&1-7234 (СССР). Способ регулирования процесса отстоя нефтяко." эмульсии /А.А.Абдуллаев, М.А.мехтиев, Г.М.Ахыадазв, А.Г.Рзаев. - Опубл. в Б.И., IS8I, 701.

32. A.C. 899633 (¿ССР). Способ 'регулирования процесса деэмульсации нефтяной'эмульсии (А.А.Абдуллаев, Г.М.Ахмадиев М.А.Мехтиев, А.Г.Рзаеа, Р.Д.Динеев. - Опубл. в Б.И., Ii>82, 'КЗ.

33. A.C. 9I653I (СССР). Способ управления процессом обессолнвания нефтяной эмульсии /М.А.Мехтиез, А.Г.Рзаев, И.Т.Таиров - Опубл. в Б.И., 1982, «2.

34. A.C. 916532 (СССР). Способ управления процессом, обезвоживания нефтяной эмульсии /М.А.Мехтиев, А.Г.Рзаев, В.И.Лощенов. -, Опубл. в Б.И., 916532, 1982, Я2.

35. A.C. ъ4717а^сссР). Способ управления процессом обессоливания нефти /И.А.Набиев, А.Г.Рзаев, М.А.Ыехтиев -Опубл. в Б.И., Л8.

36. A.C. 95.8472 JC^P). Способ управления процессом термохимического обезвоживания нефти /Ф.М.Абдуллаев, А.Г. Рзаев, Н.С.1йамедов. - Опубл. в Б.И.-, Ivö2, .'¡'34,

37. A.C. II305S3 уСССР). Способ автоматического регулирования процесса дозирования деэмульгатора на установке подготовки нефти /М.АДехтиев, А.Г.Рзаев, В.И.Лощенов, Г.А.Каспер, О.М.Пак. - Опубл. в Б.И., 1984, Ч»47.

38. A.C. 1300426 (СССР). Устройство для автокатичес- . кого регулирования уровня раздела фаз нефтяной эмульсии и воды в резервуаре /А.Г.Рзаев, З.А.Аббасов, А.И.Кенгерлинс-кий, Э.К.Каме доз. - Опубл. в Б.И., IS87, Щ2.

39. A.C. I3086I7 (СССР). Способ управления процессом термохимического обессоливания нефти /А.Г.Рзаев - Опубл. в Б.И., 1987, * 17.

40. A.C. I30294C (СССР). Весовой дебитомер /А.Г.Рзаев, З.А.Аббасов, В.И.Лощенов - Опубл. в Б.И., 1й88, '& II,

41. A.C. 1386636 (CCü?), Система автоматического измерения содержания воды в потоке нефтяной змульсии/А.Г.Рзаев, JÜ.3.Щербинин, В.И.Лощенов, З.А.Аббасов, Ч.М.Меликов. -Опубл. в Ь.И., Ь88, ,'ЯЗ.

42.. A.C. 1666923 (vjCCP). Способ автоматического измерения дебита нефти и устройство для его осуществления/ А.Г. Рзаев, Ас .Г .Рзаев. - Опубл. в Б.И., 1э91, :£28.

43. А.С.41761776 (СССР); Способ управления процессом обезвоживания нефти /^.М.Абдуллаев, А.Г.Рзаев, Г.И.Келба-лиев. - Опубл. в Б.И., 1992, .'К34.

44. Решение о выдаче а.с. по заявке .'64878634/26 (РС4СР), от 06.02.92. Способ управления процессом деэмуль-сации нефтяной эмульсии /Ф.М.Абдуллаев, л.Г.Рзаев, Г.И.Кел-' балиев.

45. Решение о выдаче а.с. по заявке ,:{4916426/10 (СССР), от 30.01.92. Устройство измерения Дебита нефти /А.Г.Рзаев.

- ЗЭ -

основные вивода

1. На основе системного анализа физико-химических эффектов и с использованием уравнения ^оккера-Планка разработаны методологические аспекты создания детерминирован-но-стохастичесчих моделей процессов разделения нефтяной эмульсий (НЭ). Предложено аналитйческое решение уравнения ¿оккера-Планка, описывающее эволюцию функции распределения капель в турбулентном потоке, как по времени, так и по размерам. 3 зависимости от соотношения коэффициентов хоалес-ценции и дробления определены области протекания этот физических явлений -в турбулентном потоке.

2. Разработан многофункциональный сепаратор, позволяющий кроме функции сепарации одновременно выполнять функции динамического отстоя нефтяной эмульсии я измерения его количественных и качественных показателей. Измерение различных показателей НЭ (плотности и расходов потоков, содержания воды и т.д.) осуществлен на основе искусственного создания различных гидростатических столбов, характеризующихся соответствующими перепадами давлений, определяемыми согласно закону Паскаля. Разработаны ряд практических формул для расчета на вычислительных устройствах качественных и количественных показателей НЭ с использованием .измеряемых перепадов давлений.

3. На основе аналитического решения задач переноса ма-. ссц и импульса в агрегативно неустойчивых дисперсных средах, сопровождающихся коагуляцией и дробление, установлена зависимость изменения числа эмульгированных капель от свойств потока .и частиц (капель) и характеристик внешнего поля. Выведено аналитическое выражение для определения частоты , столкновений эмульгированных'капель с учетом'распределения последних по размерам я показана её пропорциональность объемной доле частиц, удельной диссипации энергии ( ¿,/з)

и степени увлечения частиц пульсирующей средой для турбулентного потока.

4. На основе исследования эффектов пульсации, утончения и разрыва межфазной пленки при коагуляции капель, установ-

дено, что среди прочих сил, действующих на тонкую меж< разную'пленку, существенное сопротивление на её утончение и' разрыв отказывает расклинивающее давление, с учетом которого получено уравнение изменения толщины меж^зной пленки в зависимости от значения динамического и капилярного давлений, размеров капель и времени. Определена критическая толщина существования межфазной пленки и показано, что частота пульсации -пленки увеличивается с ростом радиуса контакта капель и пропорциональна капилярной постоянной № Дан сравнительный анализ и показано', что полученное уравнение адекватно описывает существующие экспериментальные данные.

5,- Для вязкого обтекания капель потоком ) и от-

сутствия скольжения на поверхности капель на основе решения . уравнений переноса испульса для внутреннего и внешнего течения выведено уравнение скорости стесненного отстоя капель из концентрированного потока, сравнение которого с существующими уравнениями показало," что данное уравнение более точно описывает, существующие экспериментальные данные.

Предложено реологическое уравнение, опредляющее изменение вязкости НУ для систем "незтъ-вода-газ-твердая фаза" в зависимости от объемных далей газовой и твердой фаз, которое для широкого спектра изменения объемной доли последней дает адекватное описание по сравнению с экспериментальными данными.

I 6. Предложен новых подход к оптимизации аппаратурного оЪор.аеняя процесса динамического разделения ИЗ и разрабо-,' тан высокоэффективный многосекционный отстойный аппарат, . позволяющий интенсифицировать процессы разделения НЭ. С учетом мелкодисперсных составляющих Нл выведено уравнение и произведен расчет производительности и оптимального числа ОА.

7. Выявлены основные аспекты количественного описания агрегативной и кинетической устойчивости На и требования к количеству и качеству информации необходимой для адекватного математического моделирования процессов дестабилизации. С учетом изложенных для количественного определения

наиболее важных параметров процесса разрушения НЭ- разработаны: • •

- способы автоматического измерения агрегативной и кинетической устойчивости НО;

- методика определения дисперсного состава НЭ, позво- ■ ляодая в зависимости от гидродинамических показателей потока определить плотность (функции) распределения эмульгированной воды по размерам капель;

- способы автоматического измерения расхода (скорости) НЭ и содержание воды в ней и устройства для их осуществления;

- устройство автоматического определения газового фактора трехфазной системы ("нефть-вода-газ");

- способ автоматического измерения расхода химреагента - деэмульгатора и регулирования его оптимальной дозировки.

8. Л результате исследований промежуточного эмульсин-ного слоя (ПЭС) в отстойных аппаратах показано, что процессы, происходящие в нем, можно условно разделить на три стадии: фильтрация эмульгированных капель в ПЭС (гидравлический фильтр) описываемая законом дарси и Козени-Кар-мана; их сближение, столкновение и коалесценции;лроцесс стьсненного отстоя, адекватно описываемый разработанной на^.и фор;.,уло,':. О учетом вышеизложенного анализирована структура дисперсного потока и рассмотрены вопросы расчета и количественной оценки высоты и эффективности ПЭС. С использованием уравнения неразрывности и баланса сил, предложена теоретическая Формула определения высоты ПЭС, адек- . ватно описывающая существующие экспериментальные данные и от1..еч|но, что частота пульсаций ПЭС пропорциональная

Рассмотрены условия расширения динамического ПЭС и п„лиационны/ режим, способствующий улучшению эффективности коалесценши эмульгированных капель. Введен новый параметр "коэффициент эффективности ПЭС", предложен метод его моличеотвенной оценки.

э. На основ-1 исследования динамики процессов УДШ предложена методика определения времени сдвига при оценке реакции объекта на возмущения, возникающие на его входе; выве-

- 'кг -

дено аналитическое выражение для оценки движения эмульгированных водяных капель в нефтяной среде. Установлена количественная взаимосвязь между минерализацией обезвоженной нефти и гидродинамически.; режимом потока НЗ, а также между степенью контактирования эмульгированных капьяь пластозой, й прошв очной пресной воды и последней.

10. Разработаны математические,модели процессов термохимического обезвоживания и обессоливаняя нефти, которые отличается структурой и боле полнее отражают физико-химическую'сущность процессов, что позволяет использовать их

не только для прогнозирования, оптимизации управления, но я для расчета и проектирования высокоэффективных аппаратов, важной особенностью моделей является также то, что они базируются на непосредственно измеряемых па установке параметрах. С помощью известных ыатематическо-статистических методов построена также модель процесса стабилизации.

11. На основе исследования физико-химических закономерностей разработан*ряд способов и систем автоматического намерения к локального управления технологическими процессами УКПН, защищенных авторскими с виде те ль стволами. Разработана модификация алгоритма направленного поиска для решения задачи оптимизации процессов разделения НЭ, особен-' ность которой состоит в значительном сокращении числа и соответственно времени поиска оптимальных решений. Разработана система оптимального управления технологически;...! процессами Л'аШ, функционирующая в реальном масштабе времени.

. 12. Научные результаты диссертации были опробированы на УКПН-2 НГдУ'Азкакаевскнефть" ПО"Татнефть" и использованы в разработке ряда способов измерения и управления технологическими процессами, защищенными авторскими свидетельствовали а использованы в проектах АСУ ТП ПС'Татнефть", "Совхов-нефть", "Вганскнефтвгаз", "КаспморпефтегазДром".

X Y Л А С 3

P3AJEBA. h. " Нефгин тэмкзлэ&мэсиндэ во е"мал едял-г'эсиэдэ не fu емулсизасынын (НЕ) ajprni-.»/асы прэсесинин Ьесабланмасы, ла^иЬэлэн-дкрилг.таси вэ вдарэ злунмасыяин елми. эсаслары"

Ди с сер гаси ja ишандэ нефти.ч кокиле кс Ьазырланмасы гур-гусунуи техники-кгтисаци кестэричилэринин jахшылашдкрыл-масы истигамэтиндэ, Я5 а^рылмасы лросеслэрияин ингеясив-лэащкрилг.гася г.гагсэди илэ te мин просеслзрин фенэмсяэлояи гэсвнрини нер'.'эк учуя елми эсаслаздцлш/ш мегодолокида ^Ерадшмш вэ чох элэми^этли елми-тэтбкги проблем Ьэлл олукиупдур. Еу исэ ааагвдаки ишлэмэлзри эдцэ ernsja ямнан зермищцир:

- чохфункся^али censar эр. ;

- Фоккер-Ияанк тонлизиэдэн' истифадэ етмэклэ прэсеслэ-рин дегермкнирэванэ-мэхасгик ¿азылыпы ;

-■ НЕ ди спёрся ja тэркибинин гэ'^иня" гсулу. ;

- ахнндя вэ чэкдуручу чэняэрдэ аралыг е?.«улси^а гагын-да да?™ марш; бирлэтаэсп замани аралыг гагынын дулсасида егг'си, пззилмэсп вэ дешплмэеинин нэззря вэ кэми^эгчэн гэ"зяш: ;

- гатылаиг'нш ахыздан дамчыларкн сыхлавдьрылмыш шэкил-дэ чэкмэлэранин тэнли^и ;

- оффеитивли чэхс :екся^алы чэкдуручу ;•

- пэлндисперс системлэрдэ дамчкларкн тохунма тезли^и-чян T3"jFii олунмасы тэяли^и ;

- нефгин сусузлапшфклмасы, дузсузлащцц?ылмаса вэ етабнллгшдкрил'лгсп црэсеслэр;ш:я piija3H модоллэри вэ эпти-."рл цдгрэетмэ алгорятмлэря ;

- яхт яра csBHj j эсшщэ сыра сэмэрэли елчмэ вэ идарэет-мэ усуллары.

-44-RESUME

RZAEV ¿.G. Science base accound, project and control processes separating petollai emulsion In oil-preparation and oil refining.

In dissertation work have solved Important solence-applled problem, devoting of research and analysis mechanism and hydrodlnamlc inultlphases petrollm emulsion, prepared science -substantiate method; structure mathematics - modela technology processes with aim its intcuslttcation, optimal project and control, directed lor tnproving technico-econotalc index to set complex preparation and first process oil and result of this:

- Processing mult y itaicsionary separator;

- Proposed determiiie-accuiientlally dlscription.. processes by usirg level Fakkera-PLAIffia;

- Processing method defining dispersion compound petrolim emulsion;

- Proposed theorytical and quanti by mark pulse and eiplode between phase, film at coalescence drop;

- level constrelnted 'alii drop from consentration stream;

- Processing multi section sunp;

- Considered tfceoritieal aspects of mathematic modelirlzatlon process coagulation.

Analytical expression defining frequensy impact drop polydispertlon syEtems.

- Processing mathematic model and algorythm of optimal control process neutralization, salting out and stabilization oil.

- On level Invention worked effective mode measure and control.