ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОР И СПОСОБ СЕПАРАЦИИ Российский патент 2013 года по МПК B04B1/08 B04B13/00 

Настоящее изобретение относится к центробежному сепаратору в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы изобретения и способу управления радиальным уровнем граничного слоя в центробежном сепараторе в соответствии с ограничительной частью п.6 формулы изобретения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ И ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Центробежный сепаратор в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы изобретения и способ управления радиальным уровнем граничного слоя в центробежном сепараторе в соответствии с ограничительной частью п.6 формулы изобретения известны из публикации WO 00/37177 A1, в которой описано управляющее оборудование для центробежного сепаратора, предназначенного для разделения легкой жидкости, обладающей относительно низкой плотностью, и тяжелой жидкости, обладающей относительно высокой плотностью, в смеси, содержащей обе эти жидкости. Жидкости могут представлять собой, например, нефть и воду. Управляющее оборудование предназначено для центробежного сепаратора, содержащего ротор, способный вращаться вокруг оси вращения и образующий впускной канал для упомянутой смеси, а также разделительную камеру, сообщающуюся с впускным каналом и имеющую радиально внутреннюю зону и радиально внешнюю зону, при этом упомянутые зоны выполнены с возможностью содержать в процессе сепарации отделенную легкую жидкость и отделенную тяжелую жидкость соответственно.

Центробежный сепаратор такого типа может иметь выпуски, выполненные несколькими различными способами, для разделенных жидкостей. Таким образом, ротор может быть оборудован так называемыми переливными выпусками для обеих жидкостей или переливным выпусками для одной жидкости и выпусками другого типа для другой жидкости. Выпуск такого другого типа может быть образован, например, невращающимся так называемым элементом очистки или соплами, расположенными в окружающей стенке ротора. Сопла, как правило, используются тогда, когда подаваемая смесь содержит не только упомянутые две жидкости, но и довольно большое количество твердых веществ, которые тяжелее этих двух жидкостей. Отделенные твердые вещества совместно с частью отделенной тяжелой жидкостью, таким образом, могут выводиться через сопла, расположенные по периферии ротора, тогда как отделенная легкая жидкость выводится из центральной части ротора через переливной выпуск или элемент очистки. В этих случаях ротор может также образовывать пространство, которое сообщается с радиально внешней зоной камеры разделения таким образом, что в ходе процесса разделения оно содержит отделенную тяжелую жидкость (но не отделенную легкую жидкость). Избыточное количество отделенной тяжелой жидкости, которое не покинуло разделительную камеру через упомянутые сопла, таким образом, может быть выведено из ротора через это пространство.

Другой тип центробежного сепаратора, в котором твердые вещества, как и две различные жидкости, могут быть отделены, представляет собой так называемую декантирующей центрифугу. В центробежном сепараторе такого вида в роторе имеется так называемый шламовый конвейер, выполненный с возможностью перемещения отделенных твердых веществ вдоль окружающей стенки ротора к шламовому выпуску. Шламовое выпуск часто расположен на том уровне в роторе, который в радиальном направлении совпадает с уровнем расположения выпусков для разделенных жидкостей.

В ходе процесса разделения в сопловой центрифуге вышеописанного вида или в декантирующей центрифуге, имеющей шламовый конвейер, может оказаться сложным поддерживать граничный слой, образующийся в роторе между разделенными жидкостями, на заданном радиальном уровне. Это обусловлено тем, что через шламовый выпуск ротора вместе с твердыми веществами часто выводится неконтролируемое количество отделенной тяжелой жидкости в единицу времени. Если это неконтролируемое количество тяжелой жидкости превысит количество тяжелой жидкости, поступающей в единицу времени в ротор вместе со смесью, которую требуется в нем обработать, граничный слой в камере разделения, существующий между легкой жидкостью и тяжелой жидкостью, переместится радиально в наружном направлении, при этом отделенная легкая жидкость, в конечном счете, будет потеряна совместно с выходом отделенных твердых веществ, когда последние выводятся из ротора через шламовый выпуск.

Конкретной операцией по разделению, в которой это приводит к проблемам, является удаление песка и воды из нефти в связи с извлечением нефти из так называемых нефтеносных песков. В этом случае сопловые центрифуги используются, по меньшей мере, на двух этапах разделения.

На первом этапе сепарирования смесь нефти, воды, растворителя и остатков песка вводится в сопловую центрифугу и, вдобавок к смеси, в центрифугу подается некоторое количество воды. Подаваемая вода добавляется для обеспечения того, чтобы образовавшийся в разделительной камере ротора промежуточный слой между нефтью и водой не смещался радиально в наружном направлении. Такое радиальное перемещение промежуточного слоя в противном случае могло бы произойти после нескольких часов работы, поскольку упомянутые сопла изнашиваются из-за вытекающего песка, а значит, высвобождают большее количество воды в единицу времени, чем в начале процесса сепарации. После первого этапа сепарации нефть по-прежнему содержит не только растворитель, но и остатки песка и воды. Эта нефть выводится из центральной части ротора через элемент очистки и перекачивается в другую сопловую центрифугу, чтобы пройти второй этап сепарации.

Чтобы достичь максимально возможного результата в процессе сепарации, было разработано специальное управляющее оборудование для управления процессом разделения на первом и втором этапах сепарации. Специальное управляющее оборудование описывается в качестве предшествующего уровня техники в публикации WO 00/37177 A1. Это управляющее оборудование позволяет избежать непрерывного добавления избыточной воды в смесь, вводимую в ротор центрифуги. Вместо этого вода вводится в разделительную камеру ротора, - только когда это требуется и только в необходимом количестве, - через пространство того вида, что описано выше, т.е. пространство, сообщающееся только с радиально внешней зоной камеры разделения. Вода также удаляется из ротора посредством того же пространства в те промежутки времени, когда с нефтью, которую требуется очистить, поступает избыток воды, причем этот избыток не может быть выведен из ротора через сопла шламового выпуска.

Упомянутое управляющее оборудование включает в себя сосуд высокого давления для воды, нижняя часть которого сообщается через канал с элементом для переноса жидкости, расположенным в упомянутом пространстве в роторе центробежного сепаратора, для введения воды в ротор или для выведения воды из ротора. В верхней части сосуда высокого давления поддерживается давление газа (обычно с помощью газообразного азота), при этом его величина постоянно контролируется на основе количества воды, присутствующей в данный момент в сосуде высокого давления, чтобы давление жидкости в нижней части сосуда высокого давления, а значит, в канале, через который сосуд высокого давления сообщается с упомянутым пространством в роторе центрифуги, всегда поддерживалось постоянным на заданном уровне.

Это постоянное значение давления жидкости в упомянутом канале соответствует требуемому радиальному уровню граничного слоя в разделительной камере ротора, который образован в ней между отделенной нефтью и отделенной водой. Если граничный слой перемещается радиально в наружном направлении от требуемого уровня, давление в упомянутом пространстве в роторе падает, в результате чего вода изгоняется из сосуда высокого давления в ротор через канал до тех пор, пока граничный слой не вернется на требуемый радиальный уровень. Элемент для определения уровня в сосуде высокого давления выполнен с возможностью запуска подачи дополнительной воды, когда это необходимо, в сосуд высокого давления, с тем, чтобы в нем всегда присутствовала вода.

Если граничный слой в разделительной камере ротора начинает перемещаться радиально во внутреннем направлении от требуемого уровня, давление в упомянутом пространстве в роторе увеличивается, и избыток воды изгоняется из этого пространства в сосуд высокого давления через упомянутый канал. Когда уровень жидкости в сосуде высокого давления повышается до верхнего предельного уровня, выходное отверстие в нижней части сосуда высокого давления открывается, чтобы выпустить из него воду.

Согласно публикации WO 00/37177 A1, упомянутое управляющее оборудование является дорогостоящим, сложным и громоздким. По этой причине в публикации WO 00/37177 A1 описывается менее дорогостоящее и более простое управляющее оборудование для центробежного сепаратора вышеописанного вида.

Это управляющее оборудование включает в себя устройство для подачи регулирующей жидкости, плотность которой выше плотности упомянутой легкой жидкости. Подающее устройство имеет источник давления для доставки находящейся под давлением регулирующей жидкости, а также подающий канал, который на одном своем конце соединен с источником давления с целью приема находящейся под давлением регулирующей жидкости, а на другом своем конце соединен с элементом для переноса жидкости с целью введения находящейся под давлением регулирующей жидкости в ротор. Подающее устройство выполнено с возможностью подачи регулирующей жидкости в ротор, когда это необходимо, ровно в таком количестве в единицу времени, которое требуется, чтобы граничный слой, образованный в разделительной камере между отделенной легкой жидкостью, с одной стороны, и отделенной тяжелой жидкостью или регулирующей жидкостью, с другой стороны, не мог перемещаться радиально в наружном направлении от заданного радиального уровня при подаче. Управляющее устройство также включает в себя устройство для вывода отделенной тяжелой жидкости и/или регулирующей жидкости из упомянутого пространства в роторе. Выводное устройство имеет выводной канал, выполненный с возможностью, когда в ротор поступило избыточное количество тяжелой жидкости, выведения отделенной тяжелой жидкости и/или регулирующей жидкости из ротора через упомянутый выводной канал в таком количестве в единицу времени, которое требуется, чтобы не допустить перемещения упомянутого граничного слоя радиально во внутреннем направлении от заданного радиального уровня при выпуске.

Управляющее оборудование, описанное в публикации WO 00/37177 A1, отличается тем, что выводящее устройство выполнено с возможностью выведения жидкости из упомянутого пространства в роторе иначе, чем через упомянутое подающее устройство. Данное управляющее оборудование отличается от ранее описанного управляющего оборудования тем, что источник давления в подающем устройстве не интегрирован в выводящее устройство, т.е. управляющее оборудование имеет соответствующие отдельные каналы для подачи и выпуска жидкости. Отделенную тяжелую жидкость и/или регулирующую жидкость, выводимые из ротора, таким образом, не требуется аккумулировать под повышенным давлением и сосуд высокого давления не требуется. Следовательно, не требуется также система для сжатия газа и для контролирования давления такого газа. Вместо этого источник давления может быть образован простым гидравлическим насосом, а все управление подачей регулирующей жидкости и выпуском отделенной тяжелой жидкости и/или регулирующей жидкости может выполняться посредством так называемых клапанов постоянного давления. Контейнер, необходимый для резервного количества регулирующей жидкости, может находиться не под давлением и быть общим для нескольких центробежных сепараторов.

Хотя управляющее оборудование, таким образом, упростилось, оно по-прежнему имеет определенные недостатки. Оборудование включает в себя двойной комплект составных частей в виде соответствующих отдельных подающего и выводящего каналов, имеющих клапаны постоянного давления. Таким образом, существует потребность в дальнейшем упрощении управляющего оборудования для центробежного сепаратора.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача настоящего изобретения заключается в создании центробежного сепаратора и способа первоначально описанного типа, использующих простое, экономичное и компактное управляющее оборудование.

Данная задача решается с помощью первоначально описанного центробежного сепаратора, отличающегося тем, что источник давления представляет собой насос с переменной скоростью, при этом упомянутое средство определения уровня граничного слоя выполнено с возможностью сообщения со средством управления скоростью насоса, так что соответственно подача и выпуск жидкости в упомянутом пространстве осуществляются в таком количестве в единицу времени, чтобы граничный слой в разделительной камере находился в пределах упомянутых заданных внутреннего и внешнего радиальных уровней.

Используемая регулирующая жидкость, например, может представлять собой тяжелую жидкость (воду). В изобретении, таким образом, не требуется, чтобы регулирующая жидкость присутствовала в иной форме, чем тяжелая жидкость, хотя это также возможно. Единственное требование заключается в том, чтобы плотность регулирующей жидкости была выше плотности легкой жидкости.

Задача также решается с помощью первоначально описанного способа, отличающегося тем, что жидкость поступает в упомянутое пространство и выводится из него с помощью насоса с переменной скоростью работы, используемого в качестве упомянутого источника давления, при этом скорость работы насоса регулируется на основе уровня граничного слоя, распознанного в разделительной камере, так что соответственно подача и выпуск осуществляются в таком количестве в единицу времени, чтобы граничный слой в разделительной камере оставался в пределах упомянутых заданных внутреннего и внешнего радиальных уровней.

Изобретение отличается от первого из описанных ранее известных видов управляющего оборудования тем, что отделенную тяжелую жидкость и/или регулирующую жидкость не требуется аккумулировать под повышенным давлением, т.е. не требуется сосуда высокого давления, оборудованного системами для сжатия газа и для контролирования давления такого газа.

Изобретение отличается от второго из описанных ранее известных видов управляющего оборудования тем, что не требуются ни отдельный выводящий канал, ни упомянутые клапаны постоянного давления. Согласно изобретению подача и выпуск регулирующей жидкости происходит через один и тот же канал. Канал, оборудованный насосом с переменной скоростью, таким образом, выполнен с возможностью обеспечения потока жидкости в обоих направлениях, т.е. как в направлении подачи, так и в направлении выпуска через насос. Регулирование скорости насоса исключает необходимость в упомянутых клапанах постоянного давления, поскольку управление скоростью само по себе выполнено с возможностью регулирования давления жидкости в упомянутом канале таким образом, что расход регулирующей жидкости, соответственно подаваемой и выводимой, в единицу времени таков, что упомянутый граничный слой остается в упомянутых заданных пределах граничного слоя.

Следующая задача настоящего изобретения заключается в создании центробежного сепаратора, имеющего управляющее оборудование, которое простым и эффективным образом регулирует упомянутый уровень граничного слоя в разделительной камере.

Следующая задача настоящего изобретения заключается в создании центробежного сепаратора, имеющего управляющее оборудование, которое простым и эффективным образом определяет уровень граничного слоя в разделительной камере.

Следующая задача настоящего изобретения заключается в создании центробежного сепаратора, имеющего управляющее оборудование, которое простым и эффективным образом управляет насосом для доставки находящейся под давлением регулирующей жидкости.

Эти дополнительные задачи решаются в рамках вариантов осуществления, определяемых ниже согласно пунктам 2-5 и 7-10 формулы изобретения, соответственно.

По одному варианту осуществления настоящего изобретения насос представляет собой реверсивный насос. Работа насоса в реверсивном режиме обеспечивает возможность откачки жидкости из упомянутого пространства в направлении выпуска, что позволяет достичь более быстрого управления, когда уровень граничного слоя находится в пределах внутреннего заданного уровня. Следует отметить, однако, что насос не обязательно должен быть реверсивным для выпуска регулирующей жидкости. Насос может представлять собой, например, ротационный насос с переменной скоростью, к примеру, центробежный насос, выполненный с возможность обеспечения обратного тока жидкости. Уровень граничного слоя в разделительной камере зависит от скорости работы насоса, при этом снижение скорости работы насоса (или временное прекращение работы насоса) приведет к перемещению граничного слоя радиально в наружном направлении в результате того, что давление жидкости в разделительной камере превысит встречное давление насоса, что приведет к выпуску жидкости из упомянутого пространства.

По следующему варианту осуществления изобретения упомянутое средство управления насосом содержит преобразователь частоты. Преобразователь частоты предоставляет возможность регулировать скорость работы насоса энергосберегающим и простым способом.

По следующему варианту осуществления изобретения упомянутое средство определения уровня граничного слоя в разделительной камере содержит датчик давления, выполненный с возможностью определения изменения давления жидкости в упомянутом пространстве, само же давление жидкости зависит от уровня свободной поверхности жидкости в упомянутом пространстве. Поскольку данное пространство сообщается с возможностью переноса жидкости с разделительной камерой посредством своей радиально внешней зоны, уровень граничного слоя в разделительной камере будет оказывать влияние на расположение свободной поверхности жидкости в данном пространстве. Если граничный слой перемещается радиально в наружном направлении, свободная поверхность жидкости в данном пространстве также будет перемещаться радиально в наружном направлении, и наоборот. Если свободная поверхность жидкости в данном пространстве перемещается радиально в наружном направлении, давление жидкости в данном пространстве падает (на заданном радиальном уровне). Таким образом, уровень граничного слоя в разделительной камере легко определить посредством свободной поверхности жидкости в упомянутом пространстве. По альтернативному варианту может обеспечиваться устройство для определения радиального положения свободной поверхности жидкости в упомянутом пространстве. В любом случае операция определения такого рода относится к определению радиального положения граничного слоя, образованного в разделительной камере.

По следующему варианту осуществления изобретения упомянутый канал сообщается с возможностью передачи давления жидкости с упомянутым пространством посредством элемента для переноса жидкости, при этом датчик давления выполнен с возможностью определения изменения давления жидкости в канале между насосом и элементом для переноса жидкости. В этом случае давление жидкости в канале является мерой радиального уровня свободной поверхности жидкости в упомянутом пространстве.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Ниже изобретение описывается подробнее путем описания варианта осуществления со ссылкой на фиг.1, где схематично показано продольное сечение ротора, образующего часть центробежного сепаратора, а также управляющее оборудование согласно изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На Фиг.1 показан представленный в качестве примера варианта осуществления изобретения центробежный сепаратор, содержащий ротор, имеющий нижнюю часть 1 и верхнюю часть 2, причем эти части соединены друг с другом посредством запорного кольца 3. Ротор расположен на самой верхней части вертикального приводного вала 4, соединенного с нижней частью 1 ротора и способного вращаться вокруг оси R вращения.

В роторе имеется распределитель 5, разделяющий внутреннее пространство ротора на центральную впускную камеру 6 и кольцевую разделительную камеру 7, проходящую вокруг распределителя. Распределитель 5 опирается на центральный участок нижней части 1 ротора посредством проходящих в радиальном и аксиальном направлениях крыльев (не показаны), распределенных вокруг оси R вращения ротора. Впускная камера 6 сообщается с разделительной камерой 7 посредством каналов 8, расположенных между упомянутыми крыльями. Стационарная впускная труба 9 проходит сверху по оси в ротор и открыта во впускную камеру 6. В разделительной камере 7 блок конических разделительных дисков 10 удерживается на месте в аксиальном направлении между верхней частью 2 ротора и нижней частью распределителя 5. Каждый разделительный диск 10, как и нижняя часть распределителя, имеет на своей внешней периферии множество углублений 11, распределенных вокруг оси вращения R и расположенных в линию друг с другом в осевом направлении. Хотя в раскрытом варианте осуществления содержатся разделительные диски и распределитель с углублениями на своей наружной периферийной кромке, следует отметить, что существуют также роторы, имеющие разделительные диски с распределителем, который имеет углубления или отверстия в которых находятся радиально внутри его наружной периферийной кромки (т.е. отверстия находятся на малом расстоянии во внутреннем направлении на конической поверхности разделительного диска), при этом углубления или отверстия также распределены вокруг оси R вращения и расположены в линию друг с другом в осевом направлении.

У самой радиально наружной части разделительной камеры 7 нижняя часть 1 ротора содержит ряд сопел 12, распределенных вокруг оси вращения R ротора. Каждое сопло 12 имеет сквозной канал, через который жидкость и тонкоизмельченные твердые вещества могут быть выведены из разделительной камеры 7.

Верхняя часть 2 ротора содержит центральную кольцевую крышку 13, которая своей внутренней поверхностью ограничивает кольцевую выпускную камеру 14, открытую радиально внутрь в направлении оси вращения ротора. Наружная сторона стационарного впускного патрубка 9 служит опорой для выпускного элемента 15 в виде диска очистки, который проходит радиально наружу в выпускную камеру 14.

Радиально внутренняя зона 7a разделительной камеры 7 сообщается с выпускной камерой 14 посредством переливного отверстия 16, образованного кольцеобразным фланцем, удерживаемым верхней частью 2 ротора и расположенным на его внутренней стороне. Переливное отверстие 16 не является обязательным для работы ротора и при необходимости может отсутствовать. По альтернативному варианту может отсутствовать выпускной элемент 15, при этом жидкость, вытекающая из разделительной камеры 7, может выводиться из ротора напрямую.

Кольцевое пространство 17, границы которого установлены в нижней части 1 ротора, открыто радиально внутрь в направлении оси вращения R ротора. Пространство 17 сообщается с радиально внешней зоной 7b разделительной камеры 7 посредством каналов 18 и 19, а также множества трубок 20, распределенных вокруг оси вращения R. Вместо трубок 20 ротор, разумеется, может быть оборудован другим средством для создания упомянутого соединения между радиально внешней зоной 7b и кольцевым пространством 17. Например, ротор может быть оснащен каналами, встроенными в нижнюю часть 1 ротора, при этом каналы образуют продолжение каналов 18 и 19. По альтернативному варианту трубки 20 могут быть заменены отдельной пластиной, расположенной в нижней части 1 ротора и оборудованной каналами, соединенными с каналами 18 и 19 роторной части, которые при этом создают упомянутое соединение между радиально внешней зоной 7b и кольцевым пространством 17.

В пространство 17 проходит стационарной элемент 21 для переноса жидкости, выполненное с возможностью ввода жидкость в пространство 17 или вывода жидкость из этого пространства.

Вертикальная штриховая линия 22 в разделительной камере 7 представляет в ней определенный радиальный уровень.

Центробежный ротор применим для обработки смеси нефти и воды, а также твердых веществ, находящихся в них во взвешенном состоянии. Смесь подается в ротор через впускную трубу 9 и проходит из впускной камеры 6 в разделительную камеру 7 через каналы 8. Смесь распределяется посредством распределительных каналов, образованных углублениями 11 в разделительных дисках, в ряде промежуточных пространств между разделительными дисками 10, в которых различные компоненты смеси отделяются друг от друга. Отделенная нефть перетекает радиально внутрь и далее выводится из ротора через выпускную камеру 14 и выпускной элемент 15, в то время как отделенные твердые вещества и вода выводятся из ротора через сопла 12.

Если количество воды и нефти, которые выводятся из ротора соответственно через сопла 12 и выпускной элемент 15, равно количеству воды и нефти, которые содержатся в смеси, поступающей в ротор, граничный слой между отделенной нефтью и отделенной водой пребывает в состоянии равновесия. Такое состояние равновесия схематично показано на Фиг.1 как соответствующее радиальному уровню 22 в разделительной камере 7. Предполагается, что в состоянии равновесия описанного вида свободные поверхности жидкостей самоустанавливаются в различных камерах и пространствах ротора на радиальных уровнях, обозначенных на Фиг.1 малыми треугольниками. Если состояние равновесия соответствует требуемому заданному радиальному уровню, не происходит никакой корректировки радиального уровня 22 граничного слоя, т.е. через элемент 21 для переноса жидкости жидкость не выводится из ротора и не вводится в ротор. Однако следует отметить, что радиальное положение уровня 22, показанное на Фиг.1, не соответствует ни положению равновесия, достигаемому на практике, ни требуемому заданному радиальному уровню. Чтобы достичь по возможности наилучших результатов сепарации, требуемый заданный радиальный уровень может находиться где-то в другом месте в разделительной камере (например, на уровне распределительных каналов, образованных углублениями 11 в разделительных дисках, или незначительно за их пределами в радиальном направлении). Кроме того, предполагается, что отделенные твердые вещества выводятся через сопла 12, не блокируя их для вывода отделенной воды.

В зависимости от износа сопел 12 и/или изменения количества воды и нефти в смеси, подаваемой в ротор, на практике, однако, невозможно, не используя специального управляющего оборудования, поддерживать упомянутый граничный слой между нефтью и водой в разделительной камере 7 на требуемом заданном уровне, который в дальнейшем будем считать радиальным уровнем 22, показанным на чертеже. Управляющее оборудование такого вида подсоединяется к элементу 21 для переноса жидкости и выполнено с возможностью либо подавать через последнее в ротор поддающееся изменению количество регулирующей жидкости (например, воды), если упомянутый граничный слой в роторе стремится переместиться радиально в наружном направлении от уровня 22, либо удалить поддающееся изменению количество воды из ротора, если упомянутый граничный слой в роторе стремится переместиться радиально во внутреннем направлении от уровня 22.

Управляющее оборудование содержит устройство, имеющее источник давления в виде насоса 23 с переменной скоростью, а также канал 24, соединенный на одном своем конце с насосом 23, а на другом своем конце - с элементом 21 для переноса жидкости. Насос 23 соединен с так называемым частотно-регулируемым приводом, а именно с преобразователем 25 частоты, предназначенным для регулирования скорости работы насоса 23, при этом преобразователь 25 частоты сообщается с датчиком 26 в виде датчика P давления, выполненным с возможностью определения изменения давления жидкости в канале между насосом 23 и элементом 21 для переноса жидкости.

Элемент 21 для переноса жидкости может быть различным в рамках данного изобретения. Будучи представленным в стационарном исполнении, т.е. невращающимся, как показано на чертеже, оно может предпочтительно содержать кольцеобразный диск, охватывающий ось вращения R ротора и продолжающийся в пространство 17. Элемент для переноса жидкости может образовывать один или несколько кольцевых каналов, проходящих вокруг оси вращения R ротора (см. SE76670). В любом случае каналы направлены в жидкость, присутствующую в пространстве 17. Вращение ротора порождает давление жидкости, величина которого зависит от положения свободной поверхности жидкости, подвергаемой вращению вместе с ротором в пространстве 17. Положение поверхности жидкости в пространстве 17 само по себе подвержено влиянию любого смещения радиального положения 22 граничного слоя в разделительной камере 7, образованного между отделенной нефтью и отделенной водой. Таким образом, если граничный слой в разделительной камер 7 перемещается в радиально наружном направлении, свободная поверхность жидкости в пространстве 17 также перемещается в радиально наружном направлении, вследствие чего давление в канале 24 падает. При перемещении граничного слоя радиально внутрь давление в канале 24 повышается.

Если давление в канале 24 падает ниже заданного первого значения, соответствующего внешнему заданному радиальному уровню (на некотором расстоянии за пределами уровня 22 в наружном направлении) граничного слоя между нефтью и водой в пространстве 17, скорость работы насоса 23 увеличивается, чтобы повысить давление в канале 24 и закачать воду в пространство 17 и далее через каналы 18, 19 и трубки 20 в разделительную камеру 7. Степень увеличения скорости будет зависеть от того, насколько упало давление в канале 24, при этом количество воды, прокачиваемое в единицу времени, будет таким, чтобы граничный слой между нефтью и водой в разделительной камере оставался в пределах упомянутого внешнего заданного уровня расположения в радиальном направлении.

Наоборот, если давление в канале 24 возрастает выше заданного второго значения, соответствующего внутреннему заданному радиальному уровню (на некотором расстоянии за пределами уровня 22 во внутреннем направлении) граничного слоя между нефтью и водой в пространстве 17, скорость работы насоса 23 снижается (либо насос может даже работать в режиме реверса), чтобы снизить давление в канале и тем самым вывести (или откачать) воду из пространства 17. Далее вода будет перетекать через насос 23 в противоположном направлении (по отношению к направлению подачи, описанному выше). Степень снижения скорости (либо насос может даже работать в режиме реверса) будет зависеть от того, насколько возросло давление в канале 24, при этом количество воды, выводимое (или прокачиваемое) в единицу времени, будет таким, чтобы граничный слой между нефтью и водой в разделительной камере 7 оставался за пределами упомянутого внутреннего заданного уровня расположения в радиальном направлении.

Управляющее оборудование может также содержать контейнер 27 для регулирующей жидкости (воды), поддерживаемой в требуемом количестве и при требуемой температуре. Для этой цели контейнер 27 оборудован впускным трубопроводом, выпускным трубопроводом, поплавком, клапанами, управляемыми поплавком, а также нагревательным устройством (не показанным на Фиг.1). Такой контейнер сам по себе известен из публикации WO 00/37177 A1 (см. Фиг.6). Насос 23 выполнен с возможностью использования контейнера 27 в качестве резервуара для регулировочной жидкости, так что регулировочная жидкость как подается в контейнер 27, так и выводится из контейнера 27 при регулировании уровня 22 граничного слоя в разделительной камере 7. Регулировочная жидкость, подаваемая в контейнер 27, таким образом, может использоваться многократно.

Для переноса воды из пространства 17 или в пространство 17 может использоваться любой пригодный насос, при условии, что насос выполнен с возможностью обеспечения потока в обоих направлениях. Такие насосы хорошо известны специалисту в данной области техники, а потому здесь не описываются.

Таким же образом датчик 26 давления для определения давления в канале может быть заменен иным средством для определения уровня граничного слоя. Вместо упомянутого определения давления может обеспечиваться средство для определения радиального положения свободной поверхности жидкости в пространстве 17. Возможно также применение иных опосредованных средств определения граничного слоя, которые распознают, по меньшей мере, один параметр, относящийся к положению промежуточного слоя, и которые на основе упомянутого параметра или параметров рассчитывают или как-то иначе определяют радиальное положение промежуточного слоя. Во всех случаях операция по определению такого вида относится к определению радиального положения промежуточного слоя, образованного между нефтью и водой в разделительной камере 7. В случае необходимости, разумеется, существует также возможность создания средства для непосредственного определения радиального положения промежуточного слоя.

Управляющее оборудование по изобретению, несомненно, будет функционировать совместно с герметизированным ротором центрифуги, т.е. ротором центрифуги, в котором пространство 17 должно быть полностью заполнено жидкостью и сообщаться с внутренним пространством стационарного элемента для переноса жидкости, уплотненного относительно способного вращаться ротора центрифуги.

Изобретение не ограничивается раскрытым вариантом осуществления и может иметь вариации и модификации в объеме притязаний формулы изобретения, изложенной ниже.

Группа изобретений относится к центробежному сепаратору и способу управления радиальным уровнем граничного слоя, образованного в разделительной камере центробежного сепаратора. Центробежный сепаратор содержит ротор, который ограничивает разделительную камеру, сообщающуюся с впуском для смеси жидкостей и имеющую радиально внутреннюю зону и радиально внешнюю зону, причем эти зоны содержат отделенную легкую жидкость и отделенную тяжелую жидкость. Жидкости образуют между собой граничный слой в разделительной камере. Ротор имеет пространство, сообщающееся с радиально внешней зоной разделительной камеры так, что в процессе работы пространство содержит отделенную тяжелую жидкость. Ротор содержит управляющее оборудование, включающее средство определения уровня граничного слоя в разделительной камере и устройство для подачи регулирующей жидкости в радиально внешнюю зону разделительной камеры. При этом устройство имеет источник давления, выполненный в виде насоса с переменной скоростью, для доставки находящейся под давлением регулирующей жидкости, а также канал для подачи регулирующей жидкости. Канал соединен на одном своем конце с источником давления, а на другом своем конце соединен с элементом для переноса жидкости для введения регулирующей жидкости. Устройство для подачи регулирующей жидкости выполнено с возможностью выведения жидкости из радиально внешней зоны разделительной камеры через тот же канал, используемый для подачи регулирующей жидкости. Средство определения уровня граничного слоя связано со средством управления скоростью работы насоса. Способ управления радиальным уровнем граничного слоя содержит этапы, на которых вращают ротор, при этом жидкая смесь подается через впуск в ротор, после чего разделяют жидкости под воздействием центробежной силы в разделительной камере. При этом под действием центробежной силы жидкости образуют между собой граничный слой на упомянутом уровне внутри разделительной камеры. После этого подают отделенную тяжелую жидкость во время вращения ротора в пространство, сообщающееся с упомянутой радиально внешней зоной разделительной камеры так, что тяжелая жидкость заполняет это пространство радиально во внутреннем направлении и образует свободную поверхность жидкости, имеющую радиальный уровень, который соответствует радиальному уровню граничного слоя в разделительной камере. После этого определяют уровень граничного слоя в разделительной камере. Затем подают по необходимости регулирующую жидкость в радиально внешнюю зону разделительной камеры через пространство, сообщающееся с радиально внешней зоной разделительной камеры. Плотность регулирующей жидкости выше плотности упомянутой легкой жидкости, при этом регулирующая жидкость подается в пространство, сообщающееся с радиально внешней зоной разделительной камеры, через канал для подачи регулирующей жидкости. При этом регулирующая жидкость подается в таком количестве в единицу времени, которое требуется, чтобы предотвратить перемещение граничного слоя, образованного в разделительной камере между отделенной легкой жидкостью с одной стороны и отделенной тяжелой жидкостью или регулирующей жидкостью с другой стороны радиально в наружном направлении от внешнего заданного радиального уровня. После этого выводят по необходимости жидкость из радиально внешней зоны разделительной камеры в таком количестве в единицу времени, которое требуется, чтобы, когда в разделительную камеру поступил избыток тяжелой жидкости, предотвратить перемещение граничного слоя радиально во внутреннем направлении от заданного внутреннего радиального уровня. Техническим результатом является повышение эффективности регулирования границы раздела фаз. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Центробежный сепаратор для отделения легкой жидкости, имеющей относительно низкую плотность, и тяжелой жидкости, имеющей относительно высокую плотность, от жидкой смеси, содержащей эти две жидкости, а также твердые вещества, взвешенные в ней, при этом центробежный сепаратор содержит
ротор (1, 2), способный вращаться вокруг оси (R) вращения и имеющий впуск (6, 9) для упомянутой смеси жидкостей, при этом ротор (1, 2) ограничивает разделительную камеру (7), сообщающуюся с упомянутым впуском (6, 9) и имеющую радиально внутреннюю зону (7а) и радиально внешнюю зону (7b), причем эти зоны выполнены с возможностью в процессе работы центробежного сепаратора содержать отделенную легкую жидкость и отделенную тяжелую жидкость соответственно, при этом жидкости образуют между собой граничный слой (22) в разделительной камере (7), при этом ротор имеет пространство (17), сообщающееся с упомянутой радиально внешней зоной (7b) разделительной камеры так, что в процессе работы упомянутое пространство (17) содержит отделенную тяжелую жидкость, заполняющую пространство радиально во внутреннем направлении и образующую свободную поверхность жидкости на уровне, соответствующем радиальному уровню граничного слоя (22) в разделительной камере, и
управляющее оборудование, содержащее
средство (26) определения уровня (22) граничного слоя в разделительной камере (7),
устройство (21, 23, 24) для подачи регулирующей жидкости в радиально внешнюю зону (7b) разделительной камеры через упомянутое пространство (17), причем плотность регулирующей жидкости выше плотности легкой жидкости, при этом устройство имеет источник (23) давления для доставки находящейся под давлением регулирующей жидкости, а также канал (24) для подачи регулирующей жидкости, при этом канал соединен на одном своем конце с источником (23) давления для приема находящейся под давлением регулирующей жидкости, а на другом своем конце соединен с элементом (21) для переноса жидкости для введения находящейся под давлением регулирующей жидкости в упомянутое пространство (17), при этом устройство выполнено с возможностью, когда это необходимо, подачи регулирующей жидкости лишь в таком количестве в единицу времени, которое требуется, чтобы предотвратить перемещение граничного слоя (22), образованного в разделительной камере (7) между отделенной легкой жидкостью с одной стороны и отделенной тяжелой жидкостью или регулирующей жидкостью с другой стороны, радиально в наружном направлении от внешнего заданного радиального уровня, при этом
упомянутое устройство (21, 23, 24) для подачи регулирующей жидкости также выполнено с возможностью выведения жидкости из радиально внешней зоны (7b) разделительной камеры через тот же канал (24), используемый для подачи регулирующей жидкости, при этом указанное устройство выполнено с возможностью, когда в разделительную камеру поступил избыток тяжелой жидкости, выведения через элемент (21) для переноса жидкости, по меньшей мере, одной из отделенной тяжелой жидкости и регулирующей жидкости из упомянутого пространства (17) в таком количестве в единицу времени, которое требуется, чтобы предотвратить перемещения упомянутого граничного слоя (22) радиально во внутреннем направлении от заданного внутреннего радиального уровня, отличающийся тем, что
источник (23) давления представляет собой насос с переменной скоростью, при этом упомянутое средство (26) определения уровня граничного слоя выполнено с возможностью сообщения со средством (25) управления скоростью работы насоса так, что соответственно подача и выпуск жидкости в упомянутом пространстве (17) происходят в таком количестве в единицу времени, чтобы граничный слой (22) в разделительной камере (7) находился в пределах упомянутых заданных внутреннего и внешнего радиальных уровней.

2. Центробежный сепаратор по п.1, отличающийся тем, что насос (23) представляет собой реверсивный насос.

3. Центробежный сепаратор по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что упомянутое средство (25) управления насосом содержит преобразователь частоты.

4. Центробежный сепаратор по п.1, отличающийся тем, что упомянутое средство (26) определения уровня граничного слоя в разделительной камере содержит датчик давления, выполненный с возможностью определения изменения давления жидкости в пространстве (17), причем указанное давление жидкости зависит от уровня свободной поверхности жидкости в этом пространстве.

5. Центробежный сепаратор но п.4, отличающийся тем, что канал (24) сообщается с возможностью передачи давления жидкости с пространством (17) посредством элемента (21) для переноса жидкости, при этом датчик (26) давления выполнен с возможностью определения изменения давления жидкости в канале (24) между насосом (23) и элементом (21) для переноса жидкости.

6. Способ управления радиальным уровнем граничного слоя (22), образованным в процессе работы между легкой жидкостью, имеющей относительно низкую плотность, и тяжелой жидкостью, имеющей относительно высокую плотность, в центробежном сепараторе, предназначенном для отделения упомянутых жидкостей от жидкой смеси, содержащей упомянутые жидкости, а также твердые вещества, взвешенные в ней, при этом способ содержит этапы, на которых:
вращают принадлежащий центробежному сепаратору ротор (1, 2) вокруг оси (R) вращения, при этом упомянутая жидкая смесь подается через впуск (6, 9) в ротор и подвергается в нем вращению,
разделяют упомянутые жидкости под воздействием центробежной силы в разделительной камере (7), которая ограничена ротором и которая сообщается с упомянутым впуском, при этом под действием центробежной силы эти жидкости образуют между собой упомянутый граничный слой (22) на упомянутом уровне внутри разделительной камеры, имеющей радиально внутреннюю зону (7а) и радиально внешнюю зону (7b), причем эти зоны под воздействием вращения ротора содержат отделенную легкую жидкость и отделенную тяжелую жидкость соответственно,
подают отделенную тяжелую жидкость во время вращения ротора в пространство (17), сообщающееся с упомянутой радиально внешней зоной (7b) разделительной камеры так, что тяжелая жидкость заполняет пространство (17) радиально во внутреннем направлении и образует свободную поверхность жидкости, имеющую радиальный уровень, который соответствует радиальному уровню граничного слоя в разделительной камере (7),
определяют уровень граничного слоя в разделительной камере,
подают по необходимости регулирующую жидкость в радиально внешнюю зону (7b) разделительной камеры через упомянутое пространство (17), причем плотность регулирующей жидкости выше плотности упомянутой легкой жидкости, при этом регулирующая жидкость подается в пространство (17) через канал (24), который соединен на одном своем конце с источником (23) давления для приема находящейся под давлением регулирующей жидкости, а на другом своем конце соединен с элементом (21) для переноса жидкости для введения находящейся под давлением регулирующей жидкости в упомянутое пространство (17), при этом регулирующая жидкость подается лишь в таком количестве в единицу времени, которое требуется, чтобы предотвратить перемещение граничного слоя (22), образованного в разделительной камере между отделенной легкой жидкостью с одной стороны и отделенной тяжелой жидкостью или регулирующей жидкостью с другой стороны радиально в наружном направлении от внешнего заданного радиального уровня, и
выводят по необходимости жидкость из радиально внешней зоны (7b) разделительной камеры через упомянутое пространство (17) посредством элемента (21) для переноса жидкости и того же канала (24), используемого для подачи регулирующей жидкости, по меньшей мере, одну из: отделенной тяжелой жидкости и регулирующей жидкости, выводят в таком количестве в единицу времени, которое требуется, чтобы, когда в разделительную камеру поступил избыток тяжелой жидкости, предотвратить перемещения упомянутого граничного слоя (22) радиально во внутреннем направлении от заданного внутреннего радиального уровня,
отличающийся тем, что
указанная жидкость подается в упомянутое пространство (17) и выводится из него с помощью насоса (23) с переменной скоростью, используемого в качестве источника давления, при этом скорость насоса регулируется на основе уровня граничного слоя, определенного в разделительной камере, так, что соответственно подача и выпуск происходит в таком количестве в единицу времени, чтобы упомянутый граничный слой (22) в разделительной камере находился в пределах упомянутых заданных внутреннем и внешнем радиальных уровнях.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что жидкость подается в упомянутое пространство (17) и выводится из него с помощью реверсивного насоса (23).

8. Способ по п.6 или 7, отличающийся тем, что управление насосом (23) осуществляется с помощью преобразователя (25) частоты.

9. Способ по п.6, отличающийся тем, что определение уровня (22) граничного слоя осуществляется с помощью измерения давления (26) в пространстве (17), при этом измерение давления определяет изменение давления жидкости, зависящее от уровня свободной поверхности жидкости в этом пространстве.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что измерение давления осуществляется в упомянутом канале (24) между насосом (23) и элементом (21) для переноса жидкости, при этом указанный канал сообщается с возможностью передачи давления жидкости с пространством (17).