НАПОРНЫЙ ГИДРОЦИКЛОН ДЛЯ СЕПАРАЦИИ ВОДОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ Российский патент 2008 года по МПК B01D17/38 

Изобретение относится к нефтяной и нефтехимической промышленности и может быть использовано при подготовке товарной нефти и в составе очистных сооружений при её транспортировке, хранении и переработке.

Известны гидроциклоны, в которых для усиления поля центробежных сил используются электромагнитные системы с вращающимся магнитным полем [1].

Недостатками этих устройств являются большие магнитные и тепловые потери при раскрутке потока и, как следствие, низкий кпд.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство в виде гидроциклона, в котором для создания вспомогательного вращающегося магнитного поля используется установленная на корпусе гидроциклона система катушек, питаемых переменным током от трёхфазной сети [2].

К недостаткам этого устройства относятся: низкий кпд, турбулентный характер потока и трудность эвакуации отделенной дисперсной фазы.

Техническим результатом изобретения является интенсификация процесса разделения водонефтяной эмульсии и повышение качества сепарации.

Технический результат достигается тем, что напорный гидроциклон для сепарации водонефтяных эмульсий содержит вертикально установленный цилиндроконический корпус с тангенциально расположенными в его верхней цилиндрической части входными патрубками для подачи под напором и закрутки эмульсии, патрубок для отбора нефти, установленный в крышке корпуса, дренажный патрубок для спуска шлама, установленный в нижней части корпуса, электромагнитную систему для создания вращающегося магнитного поля, а на цилиндроконической части корпуса гидроциклона каскадно установлены несколько электромагнитных систем, причем каждая последующая система в каскаде обладает большей частотой вращения магнитного поля, при этом каждая из электромагнитных систем снабжена ферромагнитным ротором, свободно посаженным на ось вращения и образующим со статором коаксиальный щелевой зазор, а эвакуация дисперсионной и дисперсной фаз осуществляется соответственно через тангенциально расположенные в нижней цилиндрической части корпуса отводные каналы и винтовые канавки на диаметральной периферии роторов.

Уменьшение магнитных потерь и организация в зоне разделения эмульсии тонкослойного ламинарного потока осуществляется с помощью роторов из ферромагнитных материалов, устанавливаемых в полостях статоров с образованием между ними коаксиальных щелевых зазоров. При этом тангенциальная составляющая скорости винтового движения потока будет определяться средним радиусом щелевого зазора r_cp, частотой вращения магнитного поля n_МП и коэффициентом скольжения потока β: V_t=2π·r_ср·n_МП·β, т.е. будет определять время нахождения дисперсной частицы в зоне разделения эмульсии. С другой стороны, центробежная сила Р_Ц, действующая на дисперсную частицу, определяется как Р_Ц=2/3·π·d³·(n_МП·β)²·r_ср·(ρ-ρ₀), где d - диаметр дисперсной частицы, а (ρ-ρ₀) - разность плотностей дисперсной частицы и дисперсионной среды. Таким образом, центробежная сила будет возрастать в квадратичной зависимости с увеличением частоты вращения магнитного поля.

Эвакуация дисперсионной среды (воды) из зоны разделения эмульсии осуществляется посредством тангенциального расположения в нижней части статора последнего каскада отводных каналов, а дисперсной фазы (нефти) - винтовыми канавками на роторах.

Вихревые токи, возникающие в магнитопроводах статоров и роторов, нейтрализуются их набором из шихтованных пластин, а выделяющееся тепло утилизируется для термического разрушения глобул эмульсии и снижения ее вязкости.

Интегральное и одномоментное действие названных факторов интенсифицирует процесс разделения и повышает качество сепарирующей способности гидроциклона.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое устройство отличается от прототипа каскадной установкой нескольких электромагнитных систем, каждая из которых создает вращающееся магнитное поле с большей частотой вращения и имеет ферромагнитные роторы, образующие со статорами аксиальные щелевые зазоры для уменьшения магнитных и тепловых потерь и организации в зоне разделения эмульсии тонкослойного ламинарного потока, а для эвакуации дисперсионной и дисперсной фаз используются соответственно тангенциально расположенные в нижней цилиндрической части корпуса отводные каналы и винтовые канавки на диаметральной периферии роторов.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид напорного гидроциклона, а на фиг.2 - его поперечные сечения.

Напорный гидроциклон для сепарации водонефтяных эмульсий содержит вертикально установленный цилиндроконический корпус 1 с тангенциально расположенными в его верхней части входными патрубками 2, статоры 3 электромагнитных систем с размещенными в их пазах обмотками 4, ось 5, закрепленную на крышке 7 гидроциклона со свободно посаженными на неё роторами 6, тангенциально размещенные в нижней цилиндрической части корпуса отводные каналы 8 для эвакуации отделенной дисперсионной среды (воды), сборный коллектор 9, патрубок 10 для периодического сброса шлама и патрубок 11 для отбора дисперсной фазы (нефти).

Напорный гидроциклон работает следующим образом. Через входные патрубки 2 водонефтяная эмульсия под напором p₁ подается на вертикальную цилиндрическую стенку цилиндроконического корпуса 1 и закручивается, образуя вихревой поток, движущийся в нижнюю часть гидроциклона. При дальнейшем движении потока он попадает в зону действия вращающихся магнитных полей каскадно установленных электромагнитных систем, которые, взаимодействуя с электропроводящей дисперсионной фазой, сообщают потоку дополнительное количество движения. При этом каждая последующая система в каскаде обладает большей частотой вращения магнитного поля, что многократно увеличивает фактор разделения и приближает его к значениям, достигаемым в центрифугах.

Полученное потоком дополнительное количество движения в основном передается его дисперсионной фазе и, частично, за счет сил вязкостного трения и винтовых канавок на роторах, - непроводящей дисперсной фазе, которая вмещается в нижнюю часть корпуса с некоторым отставанием.

На выходе из последней, по ходу электромагнитной системы каскада водная фаза потока приобретает частоту вращения n_i>n₁, и под действием угловой составляющей скорости своего движения эвакуируется под напором p₂>p₁ через тангенциально расположенные в нижней цилиндрической части гидроциклона отводные каналы 8 в сборный коллектор 9 и далее в накопительную ёмкость (на чертеже не показана).

Меньшая скорость перемещения непроводящей компоненты потока увеличивает время ее нахождения в поле центробежных сил, а термическое воздействие вихревых токов способствует разрушению глобул эмульсии и снижению ее вязкости. Совокупное действие указанных факторов обеспечивает повышенное качество сепарации.

Отделенная нефть поступает в коническую часть корпуса 1 и, достигнув окрестности его вершины, меняет направление своего движения на обратное, и под напором р₃<р₂ отбирается через патрубок 11 в накопительный резервуар (на чертеже не показан).

Заявляемый напорный гидроциклон может быть использован в промысловых установках по обезвоживанию и обессоливанию нефти, в резервуарных парках нефтебаз для сепарации подтоварных вод, в составе очистных сооружений нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов, при очистке железнодорожных цистерн нефтеналивных маршрутов, танков морских и речных судов, обеспечивает интенсификацию процесса разделения и повышение качества сепарации водонефтяных эмульсий.

Источники информации

1. А.с. №159151, БИ 24, 1963.

2. А.с. №148762, БИ 13, 1962.

Изобретение относится к нефтяной и нефтехимической промышленности и может быть использовано при подготовке товарной нефти и в составе очистных сооружений при ее транспортировке, хранении и переработке. Напорный гидроциклон содержит вертикальный цилиндроконический корпус, на котором каскадно установлены несколько электромагнитных систем для создания вращающегося магнитного поля. Каждая последующая система в каскаде обладает большей частотой вращения магнитного поля. Каждая из электромагнитных систем снабжена ферромагнитным ротором, свободно посаженным на ось вращения и образующим со статором коаксиальный щелевой зазор. Эвакуация дисперсионной и дисперсной фаз осуществляется соответственно через тангенциальные отводные каналы и винтовые канавки на диаметральной периферии роторов. Технический результат состоит в интенсификации процесса разделения водонефтяной эмульсии и повышении качества сепарации. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Напорный гидроциклон для сепарации водонефтяных эмульсий, содержащий вертикально установленный цилиндроконический корпус с тангенциально расположенными в его верхней цилиндрической части входными патрубками для подачи под напором и закрутки эмульсии, патрубок для отбора нефти, установленный в крышке корпуса, дренажный патрубок для спуска шлама, установленный в нижней части корпуса, электромагнитную систему для создания вращающегося магнитного поля, отличающийся тем, что на цилиндроконической части корпуса гидроциклона каскадно установлены несколько электромагнитных систем, причем каждая последующая система в каскаде обладает большей частотой вращения магнитного поля.2. Напорный гидроциклон для сепарации водонефтяных эмульсий по п.1, отличающийся тем, что каждая из электромагнитных систем снабжена ферромагнитным ротором, свободно посаженным на ось вращения и образующим со статором коаксиальный щелевой зазор.3. Напорный гидроциклон для сепарации водонефтяных эмульсий по п.2, отличающийся тем, что эвакуация дисперсионной и дисперсной фаз осуществляется соответственно через тангенциально расположенные в нижней цилиндрической части корпуса отводные каналы и винтовые канавки на диаметральной периферии роторов.