ГИДРОЦИКЛОН Российский патент 1997 года по МПК B04C5/12 

Изобретение относится к устройствам для разделения систем жидкость-газ, механические примеси газ, жидкость механические примеси и может быть использовано в нефтегазодобывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности для дегазации и стабилизации нефти, газа, нефтепродуктов и газосодержащих жидкостей.

Известны гидроциклоны, разделительная способность которых исследовалась при различных сливных патрубках как по диаметру, так и конфигурации (Мустафаев А. М. Гутман Б.Н. Теория и расчет гидроциклона. Баку, Маариф, 1969, с. 42). При этом выбраны оптимальные диаметры и конструкции наконечников сливных патрубков для разделения суспензий. Эффективность разделения газосодержащих сточных вод подобными геометрическими параметрами нами была исследована (Изучение влияния геометрических и технологических параметров на эффективность работы мультигидроциклона. Ахсанов Р.Р. Неделькин А.В. Муров В.М. РНТС Машины и нефтяное оборудование, ВНИИОЭНГ, М. 1978, N 2, с. 13-16). Результаты этих исследований показывают, что указанные конструкции наконечников сливных патрубков далеки от совершенства для процессов дегазации газосодержащих жидкостей в гидроциклоне.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является гидроциклон, содержащий сливной патрубок с наконечником.

Недостаток известная конструкция не позволяет интенсифицировать процесс дегазации нефти, улучшить ее стабилизацию и исключить турбулизацию потока.

Задача изобретения интенсификация процесса дегазации нефти, улучшение ее стабилизации и исключение турбулизации потока.

Поставленная задача решается за счет того, что входной участок внутренней поверхности наконечника выполнен тороидальной формы.

Сливной патрубок гидроциклона предлагаемой конструкции позволяет мелким взвешенным каплям жидкости (нефти) отражаться от поверхности этого наконечника. Отраженные циркуляционные токи при этом движутся в том же направлении, что и осевой поток. Кроме того, мелкие капельки жидкости могут собираться на его поверхности и по мере накопления укрупняться за счет коалесценции. Эти более крупные частицы в дальнейшем стекают вдоль наружной стенки наконечника и, попадая в центробежное поле путем срыва вихревым потоком с острых кромок поверхности, отбрасываются в периферийную зону аппарата. Чем ближе к центру вращения, тем интенсивнее крутка потока. Поэтому наличие дополнительной отражательной поверхности и острой кромки в наконечнике сливного патрубка, находящейся в непосредственной близости от газовоздушного шнура, улучшают отделение мелких капель нефти путем различного угла отражения капель и потоков из-за различных ступенчатых углов наклона внешней отражательной поверхности наконечника сливного патрубка. Этому же способствует и наличие местного сопротивления для капель жидкости в проходном канале наконечника. Это сопротивление выполнено в виде тороидальной поверхности обтекаемой формы, так что центральный газовый вращающийся поток проходит через него, не встречая больших сопротивлений.

На фиг. 1 показан гидроциклона, общий вид в разрезе; на фиг. 2 узел 1 в разрезе в увеличенном масштабе на фиг. 1; на фиг. 3 разрез по А-А на фиг. 1.

Гидроциклон содержит корпус с цилиндрической 1 и конической 2 частями, вводное устройство 3 в виде сужающегося винтового канала прямоугольной формы, удлиненного сливного патрубка 4 с наконечником 5. Этот гидроциклон устанавливается в камеру 6 предварительной очистки. Последняя имеет переточную линию 7 с вентилем 8 для вывода накопившегося шлама. Коническая часть гидроциклона соединяется с камерой 9 сбора дегазированной жидкости (нефти). Камера предварительной очистки имеет штуцер 10 тангенциального ввода продукта.

Наконечник сливного патрубка имеет наружную поверхность в виде конусов 11 и 12. Последние имеют различный угол наклона, за счет чего и образуется ребро 13. Внутренняя поверхность начинается с тороидальной поверхности 14. Последняя с конусом 1 образует ребро 15. Этот наконечник устанавливается в сливной патрубок с помощью резьбового соединения. В корпусе гидроциклона имеется щель 16 для входа нефти. Сливной патрубок выполнен в виде удлиненной цилиндрической трубы с трубкой 19, переходящей в штуцер 17 вывода газа. Штуцер 18 вывода конденсата соединяется с камерой 20 сбора газоконденсата.

Дегазация нефти осуществляется следующим образом.

Нестабильная нефть (с газом) по штуцеру 10 тангенциально поступает в камеру предварительной очистки, где осуществляется очистка нефти от крупных механических примесей. Последние по переточной трубе 7 периодически с помощью вентиля 8 удаляются из аппарата. Предварительно очищенная нефть с газом, проходя через щель 16 в цилиндрической части корпуса гидроциклона и прямоугольный винтовой канал вводного устройства 3, интенсивно закручивается с помощью последнего. Газ и конденсат, как наиболее легкая часть нефти, концентрируется в центре вращения потока и поступает через наконечник 5 в сливной патрубок 4, где продолжается процесс разделения тяжелых (конденсата) и легких (газа) нефтепродуктов за счет поля центробежных сил, вызываемых вращением потока. Более мелкие частицы нефти увлекаются газовым потоком. Наличие отражательной поверхности 11 и 12 с разными углами наклона к центру вращения потока создает циркуляционные токи с различными углами отражения, в которых, согласно теории равновесных оболочек, капельки нефти циркулируют и накапливаются. При накоплении равновесных (равного размера) частиц они попадают в стесненные условия движения, где могут укрупняться за счет коалесценции и под непрерывным воздействием поля центробежных сил отделяются из потока. Кроме того, эти же частицы оседают на поверхности насадка и при накоплении также укрупняются. Укрупненные частицы постепенно стекают по стенкам насадка и, дойдя до острых граней, срываются потоком газа. Если более крупные частицы нефти циркулируют за счет отражательной поверхности 11, то мелкие частицы за счет такой же поверхности 12. Газ и конденсат, проходя через сливной патрубок, разделяются и выводятся через штуцеры 17 и 18 соответственно. Для вывода газа в камере 20 сбора конденсата установлена трубка 19. Нефть уже без газа выводится из конической части корпуса гидроциклона в камеру сбора 9 и далее выводится из аппарата.

Наличие местного обтекаемого сопротивления в виде тороидального кольца во входной части наконечника стабилизирует осевую составляющую скорости потока, что способствует движению потока без его турбулизации.

Использование изобретения позволит осуществить герметизированную систему подготовки нефти, сохранить газовую фракцию нефтепродуктов, улучшить работу перекачивающих нефть агрегатов, предотвратить потери газа через товарные парки и, тем самым, предотвратить загазованность окружающей среды.

Использование: изобретение относится к устройствам для разделения систем жидкость-газ, жидкость - механические примеси и может быть применено в нефтегазодобывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности для дегазации жидкости. Сущность изобретения: участок внутренней поверхности наконечника сливного патрубка выполнен тороидальной формы и исполнен с отражающей внешней поверхностью, образующая которой представляет из себя ломаную линию с возрастающим углом наклона к оси вращения потока. В гидроциклоне обеспечивается интенсификация процесса дегазации нефти, улучшение ее стабилизации и исключение турбулизации потока. 3 ил.

Гидроциклон, содержащий корпус, наконечник сливного патрубка с отражающей поверхностью, образующая которой представляет ломаную линию с возрастающим углом наклона к оси вращения потока, отличающийся тем, что входной участок внутренней поверхности наконечника выполнен тороидальной формы.