АППАРАТ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ЭМУЛЬСИИ Российский патент 2001 года по МПК B01D17/04 

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к аппаратам для разделения эмульсий и смесей жидкости различной плотности, применяемым в нефтяной и химической промышленности и предназначенным преимущественно для разделения нефтеводяной эмульсии.

Уровень техники
Известно фильтрующе-коалесцирующее устройство, входящее в установку обезвоживания и обессоливания нефти (пат. РФ N 2146549, В 01 D 17/04, опубл. 20.03.2000 г. ), выполненное в виде емкости, оснащенной влагоотделительными пакетами, перекрывающими рабочее сечение аппарата.

На производительность такого устройства значительное влияние оказывает площадь входной поверхности влагоотделительного пакета. Пакет установлен в поперечном сечении аппарата, следовательно, площадь его входной поверхности, пропускающей поток эмульсии, обусловлена диаметром корпуса аппарата и является относительно небольшой, что сказывается на производительности аппарата.

В качестве прототипа заявляемого устройства принят аппарат для разделения эмульсий (пат. РФ N 2065762, В 01 D 17/04, публ. 27.08.1996 г.). Известный аппарат содержит горизонтальный цилиндрический корпус и расположенное в нем коалесцирующее устройство в виде секционного пакета, установленного под углом к горизонтальной оси аппарата не ниже угла оттекания жидкости.

В прототипе, как и в аналоге, коалесцирующий пакет установлен в поперечном сечении корпуса аппарата. Такая установка пакета определяет поток эмульсии, проходящий через входную поверхность пакета, при этом объем потока ограничен площадью поперечного сечения корпуса. Производительность указанного аппарата при такой установке коалесцирующего пакета невысока.

Сущность изобретения
Предлагаемым изобретением решается задача повышения производительности аппарата с одновременным обеспечением равномерности загрузки коалесцирующего пакета.

Поставленная задача решается тем, что в аппарате для разделения эмульсии, содержащем горизонтальный корпус с патрубками ввода эмульсии, вывода обезвоженного продукта и вывода водной фазы и размещенный в корпусе коалесцирующий пакет, согласно изобретению коалесцирующий пакет установлен в наклонно-продольном сечении корпуса, патрубок ввода эмульсии продлен в объем корпуса вдоль коалесцирующего пакета и под ним и выполнен в виде трубчатого коллектора с перфорацией, при этом зона под коалесцирующим пакетом разделена на секции посредством поперечно установленных перегородок, перекрывающих объем корпуса от входной поверхности коалесцирующего пакета до нижнего уровня раздела фаз и выполненных в нижней части на глубине уровня раздела фаз с сообщающими секции прорезями.

В существующих аппаратах разделения нефтеводяной эмульсии коалесцирующие пакеты установлены в поперечном сечении корпуса. Установка пакета согласно заявляемому решению в наклонно-продольном сечении корпуса позволяет увеличить площадь входной поверхности пакета и тем самым позволяет увеличить поток проходящей через пакет эмульсии, что ведет к повышению производительности аппарата в целом. Однако увеличение площади входной поверхности коалесцирующего пакета обостряет существующую во всех устройствах разделения эмульсий, содержащих такого типа пакеты, проблему распределения потоков жидкости внутри аппарата и неравномерности загрузки коалесцирующего пакета по всему объему. Эта проблема обусловлена следующим.

При установке коалесцирующего пакета в продольном сечении корпуса выпадение промывочной воды из нефтеводяной эмульсии происходит по всей длине аппарата. Патрубок или патрубки отвода водной фазы, как правило, размещены в аппаратах в определенной его части, и, в частности, целесообразно расположить их на противоположном от патрубка ввода эмульсии конце аппарата. Вывод обезвоженного продукта необходимо производить в верхней части корпуса. При этом в процессе открытия дроссельных клапанов, регулирующих отвод водной фазы, движение подаваемой в аппарат эмульсии, промывочной воды, выпавшей из эмульсии под коалесцирующим пакетом, потоки эмульсии в объеме коалесцирующего пакета и движение нефти над пакетом направлены в сторону вывода из аппарата нефти и скоалесцированной воды. В этих условиях коалесцирующий пакет будет загружен по всему объему неравномерно: часть пакета, расположенная ближе к выводу из аппарата нефти и воды, перегружена, а часть пакета, расположенная в противоположной стороне аппарата, недогружена. Вместе с тем в момент закрытия клапанов отвода промывочной воды, выпавшей из эмульсии под коалесцирующим пакетом, и воды, скоалесцированной в процессе прохождения эмульсии через пакет, в потоках жидкости имеет место движение в обратную сторону. Работа системы "раздела фаз", т.е. открытие и закрытие клапанов вывода выпавшей из эмульсии промывочной и скоалесцированной воды, влияет на давление внутри аппарата, раскачивает все внутренние потоки в аппарате. Все это существенно снижает рабочие возможности коалесцирующего пакета, отрицательно влияет на его работу, особенно перегруженной части пакета, ведет к быстрому износу этой части, снижает качество разделения эмульсии.

В заявленном изобретении решено это противоречие и одновременно с увеличением производительности аппарата обеспечена равномерная загрузка продольно установленного коалесцирующего пакета по всему его объему и исключено влияние на пакет работы системы "раздела фаз". Это достигается тем, что патрубок ввода эмульсии продлен в объем корпуса и выполнен в виде трубчатого коллектора с перфорацией, что способствует равномерной подаче эмульсии по всему объему коалесцирующего пакета. При этом аппарат выполнен с разделением зоны под коалесцирующим пакетом на секции посредством поперечно установленных перегородок, перекрывающих объем корпуса от входной поверхности коалесцирующего пакета до нижнего уровня раздела фаз. Трубчатый коллектор пропущен через перегородки и открыт в каждую секцию определенным количеством выходных отверстий. Таким образом, обеспечено равномерное поступление эмульсии в каждую секцию. Вместе с тем заявленное решение характеризуется тем, что нижняя часть каждой перегородки на глубине уровня раздела фаз выполнена с прорезями, обеспечивающими сообщение между секциями, исключающими эффект гидрозатвора и обеспечивающими выравнивание давления в различных частях аппарата. Степень выравнивания давления будет наибольшей, если прорези выполнить вертикальными и открытыми со стороны водной фазы, что также исключает гидрозатвор при работе системы отвода из аппарата промывочной воды.

Нижние границы перегородок в аппарате предпочтительно выполнить по горизонтали и при этом обеспечить совмещение верхних линий прорезей с верхним уровнем раздела фаз, а нижние линии прорезей и нижние границы перегородок - с нижнем уровнем раздела фаз. Такая конструкция аппарата и установка перегородок позволяет сгладить пульсацию давления и исключить повторное смешивание промывочной воды с нефтью системы "раздела фаз".

В конкретном случае реализации аппарата горизонтальный корпус выполнен цилиндрическим. Такое выполнение корпуса является наиболее рациональным. При этом перегородки выполнены в виде металлических пластин сегментной формы.

В совокупности все вышеперечисленное обусловило следующее: в аппарате разделения преимущественно нефтеводяной эмульсии имеет место общая по всей длине аппарата зона выпавшей из эмульсии промывочной воды, общие по всей длине аппарата зоны отстоявшейся нефти и воды, скоалесцированной в процессе прохождения эмульсии через пакет, единый коалесцирующий пакет, вместе с тем зону под коалесцирующим пакетом до нижнего уровня раздела фаз можно условно представить как совокупность отдельных разделителей эмульсии. В результате получен технический результат, который заключается в выравнивании давления в различных частях аппарата и в равномерности загрузки коалесцирующего пакета по всему его объему, независимо от того, каким образом в аппарате размещены патрубки вывода разделенных фаз и независимо от работы системы раздела фаз: нефтеводяная эмульсия - выпавшая из эмульсии промывочная вода. Анализ известного уровня техники не выявил технических решений, в которых бы имел место аналогичный технический результат, обусловленный вышеперечисленной совокупностью признаков или каким-либо из вышеперечисленных признаков.

Перечень чертежей
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, где
на фиг. 1 изображен аппарат для разделения эмульсии, продольный разрез;
на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Предлагаемый аппарат разделения эмульсии содержит горизонтальный цилиндрический корпус 1 с патрубком ввода эмульсии 2 в виде трубчатого коллектора и с патрубками вывода обезвоженного продукта 3 и вывода водной фазы 4. Трубчатый коллектор 2 выполнен с перфорацией 5, открытой в сторону стенки корпуса 1. В корпусе в наклонно-продольном сечении установлен коалесцирующий пакет 6. Пространство между нижним краем входной поверхности коалесцирующего пакета 6 и стенкой корпуса 1 перекрыто непроницаемой для воды и нефти перегородкой 7. Высота непроницаемой перегородки 7 несколько превышает верхний уровень 8 раздела фаз. Под коалесцирующим пакетом 6 в зоне, образованной входной поверхностью коалесцирующего пакета, стенкой корпуса 1 и нижним уровнем 9 раздела фаз, установлены поперечные перегородки 10, выполненные в виде металлических пластин сегментной формы и разделяющие объем корпуса 1 на секции 11. В нижней части каждой перегородки 10, нижний край которой расположен строго горизонтально и совмещен с линией нижнего уровня раздела фаз, выполнены вертикальные прорези 12, открытые со стороны водной фазы. Высота прорези 12 соответствует расстоянию между нижним 9 и верхним 8 уровнями раздела фаз. Вывод промывочной воды, выпавшей из эмульсии под коалесцирующим пакетом, и воды, скоалесцированной в объеме коалесцирующего пакета, скопление которой производится в кармане 13, осуществляется автоматическим открыванием дроссельных клапанов 14 и 15. Открытие-закрытие клапана 14 производится по сигналу датчиков 16 и 17, установленных на нижнем и верхнем уровнях раздела фаз со стороны входной поверхности коалесцирующего пакета 6. Открытие-закрытие клапана 15 осуществляется по показаниям датчиков 18 и 19, которые установлены на верхнем и нижнем уровнях раздела фаз со стороны выходной поверхности коалесцирующего пакет 6. Для вывода скоалесцированной воды выполнен патрубок 20.

Аппарат для разделения эмульсии работает следующим образом.

Нефтеводяная эмульсия поступает в корпус 1 по трубчатому коллектору 2 и равномерно распределяется по всему корпусу 1 по секциям 11 через перфорации 5. Вытекающая из коллектора эмульсия попадает на стенку корпуса 1, в результате чего происходит преобразование турбулентности подаваемого потока эмульсии в ламинарное ее движение. В каждой секции 11 разделяемая эмульсия проходит свой участок коалесцирующего пакета 6, в объеме которого происходит коалесценция капель воды и ее дальнейшее стекание в карман 13 сбора скоалесцированной воды и ее удаления через патрубок 20. Таким образом, каждая секция 11 работает как отдельный аппарат разделения эмульсии со своим вводом сырья из общего коллектора 2 и своей частью коалесцирующего пакета 6. В то же время коалецирующий пакет 6 и пространство над ним остаются общими для всех секций. Пространство ниже уровня раздела фаз, зона для промывочной воды, выпавшей из эмульсии под коалесцирующим пакетом, так же общая для всех секций. Выпавшая из эмульсии промывочная вода из каждой секции 11 осаждается в общую зону и выводится из аппарата через патрубок 4 при срабатывании датчика 17 верхнего уровня раздела фаз и соответственно при открытии клапана 14. "Раскачивание" внутренних потоков жидкости в аппарате, обусловленное открытием и закрытием клапана 14, гасится перегородками 10 и прорезями 12, выполненными по нижней части перегородок 10, при этом сглаживается пульсация давления и обеспечивается равномерная загрузка коалесцирующего пакета по всему его объему. Вместе с тем прорези 12 исключают эффект гидрозатвора при работе системы отвода промывочной воды из аппарата.

Изобретение предназначено для разделения нефтеводяных эмульсий и может найти применение в нефтеперерабатывающей промышленности. Аппарат содержит горизонтальный корпус, коалесцирующий пакет, установленный в наклонно-продольном сечении корпуса, патрубок ввода эмульсии, продленный в объем корпуса вдоль коалесцирующего пакета и выполненный в виде трубчатого коллектора с перфорацией. Зона под коалесцирующим пакетом разделена на секции посредством поперечно установленных перегородок с прорезями в нижней части на глубине уровня раздела фаз. Технический результат состоит в увеличении производительности аппарата за счет равномерности загруженности пакета и исключения перепада давления. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Аппарат для разделения эмульсии, содержащий горизонтальный корпус с патрубками ввода эмульсии, вывода обезвоженного продукта и вывода водной фазы, и размещенный в корпусе коалесцирующий пакет, отличающийся тем, что коалесцирующий пакет установлен в наклонно-продольном сечении корпуса, патрубок ввода эмульсии продлен в объем корпуса вдоль коалесцирующего пакета и под ним и выполнен в виде трубчатого коллектора с перфорацией, при этом зона под коалесцирующим пакетом разделена на секции посредством поперечно установленных перегородок, перекрывающих объем корпуса от входной поверхности коалесцирующего пакета до нижнего уровня раздела фаз и выполненных в нижней части на глубине уровня раздела фаз с сообщающими секции прорезями. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что прорези выполнены вертикальными и открытыми со стороны водной фазы. 3. Аппарат по п.1 или 2, отличающийся тем, что нижняя граница перегородок строго горизонтальна и совмещена с нижним уровнем раздела фаз, при этом верхняя линия прорезей совмещена с линией верхнего уровня раздела фаз. 4. Аппарат по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что горизонтальный корпус выполнен цилиндрическим, при этом перегородки выполнены сегментной формы. 5. Аппарат по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что перегородки выполнены в виде металлических пластин.