УСТАНОВКА ДЛЯ СЕПАРИРОВАНИЯ НЕФТИ Российский патент 2016 года по МПК B04B5/10 B03C5/02 B01D17/06 B01D43/00 B04B9/02 

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли промышленности, связанной с переработкой нефти, в частности к электрооборудованию для сепарирования нефти и может быть использовано, например, для сепарирования нефти на нефтяных месторождениях, на судовых сепараторах для очистки нефти.

Известна сепараторная установка на базе сепаратора сл 3 (сл 1, сл 5) Калужского турбинного завода [www.oaoktz.ru] для предварительного отделения примесей и воды от нефти, для очистки топлива и масел от вредных примесей, воды и твердых частиц. Полученный продукт используют в качестве сырья, а отходы в виде масел и других полезных веществ.

Такой установка содержит сепаратор, подогреватель нефти. В свою очередь сепаратор содержит барабан, жестко связанный с валом. Вал через редуктор связан с валом электродвигателя, который через редуктор и вал передает вращательное движение барабану сепаратора.

Технологический процесс сепарирования нефти предусматривает предварительный подогрев продукта сепарирования до определенной температуры. Обычно исходный продукт (сырая нефть), имея температуру 7-10°C, проходит через подогреватель, нагреваясь до температуры сепарирования 60-70°C. После чего сырая нефть попадает в сепаратор, в результате чего получаем очищенную нефть и осадок.

Вышеописанная установка по сепарированию нефти потребляет энергию для приведения во вращение барабана сепаратора и предварительного нагрева продукта сепарирования. В процессе приведения барабана сепаратора во вращение происходит несколько преобразований энергии:

- поступающей на приводной двигатель электрической энергии - в механическую (компоненты - части двигателя, где происходит преобразование энергии: обмотка статора, магнитопровод статора, ротор двигателя, вал двигателя, муфта, соединяющая вал двигателя с валом редуктора);

- поступающей на вал редуктора механической энергии - в механическую энергию с изменением частоты и направления вращения между скрещивающимися осями (компоненты-части редуктора: зубчатые пары, «червячные пары»), возможно применение вертикально расположенного электродвигателя с передачей вращательного движения через плоскоременную передачу без изменения направления вращения;

- поступающей на вал сепаратора, на котором закреплен тарельчатый барабан, механической энергии - в механическую энергию вращающегося барабана сепаратора с тарелками.

Как известно, при любом преобразовании энергии имеют место потери, снижающие общий КПД установки, а наличие ступеней преобразования энергии снижает надежность конструкции.

Таким образом, недостатками данной сепараторной установки являются низкая ее энергоэффективность, повышенные массогабаритные показатели установки и низкая надежность установки.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является «Сепаратор для жидкости» [AC SU 1427501 A1].

Сепаратор для жидкости содержит корпус сепаратора, смонтированный в нем аксиальный статор электродвигателя с обмоткой, вокруг лобовых частей которой установлены трубки, залитые компаундом, барабан, выполненный из электропроводящего немагнитного материала, являющийся одновременно ротором электродвигателя, жестко связанный с валом.

Однако сепаратор для жидкости имеет ряд недостатков, а именно: низкие энергетические показатели установки, завышенные массогабаритные показатели.

Расположение статора электродвигателя под нижней торцовой поверхностью барабана сепаратора позволяет выделяемое в барабане тепло частично использовать для подогрева продукта сепарирования. Подогрев продукта сепарирования за счет нагрева части барабана вихревыми токами происходит в нижней части барабана сепаратора, расположенной над торцовой поверхностью аксиального статора электродвигателя. Следует отметить, что, при существующей конструкции барабана сепаратора, сепарируемая жидкость находится в нижней части барабана сравнительно непродолжительное время. В связи с чем нагрев продукта сепарирования происходит, сравнительно, непродолжительное время за счет соприкосновения продукта сепарирования с нагреваемой торцовой поверхностью барабана сепаратора. Кроме того, следует отметить, что благоприятное воздействие на продукт сепарирования электромагнитного поля, создаваемого аксиальным статором, также незначительно. Незначительность воздействия электромагнитного поля, создаваемого аксиальным статором, на продукт сепарирования объясняется тем, что «основная часть» этого электромагнитного поля рассеивается в днище барабана и в сравнительно узком слое сепарированной жидкости. Также следует отметить, что, с механической точки зрения, наличие в конструкции только аксиального статора приводит к тому, что из-за действия электромагнитных сил барабан сепаратора «проседает» вдоль вертикальной оси, оказывая разрушающее действие на опорный подшипник и создавая угрозу механического соприкосновения вращающегося барабана и аксиального статора. Увеличение же воздушного зазора между аксиальным статором и вращающимся барабаном-ротором приводит к снижению энергетических показателей (КПД и cos φ) электропривода сепаратора и всей установки по сепарированию. Кроме того, увеличение воздушного зазора между аксиальным статором и вращающимся барабаном потребует увеличение (а фактически завышение) мощности статора электродвигателя и, как следствие, увеличение (а фактически завышение) массогабаритных показателей установки сепарирования.

Задача изобретения - совершенствование конструкции установки для сепарирования нефти.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение энергоэффективности установки для сепарирования нефти, снижение массогабаритных показателей, повышение надежности.

Технический результат достигается тем, что установка для сепарирования нефти содержит подогреватель нефти и сепаратор, включающий корпус, электропривод, состоящий из электродвигателя, имеющего статор, содержащий аксиальную часть, с сердечником и обмоткой, в лобовых частях которой размещены замоноличенные компаундом трубки для охлаждения статора и подогрева нефти, и закрепленный в подшипниках ротор из электропроводящего, немагнитного материала, выполненный в виде барабана сепаратора, при этом статор электродвигателя дополнительно содержит цилиндрическую часть, а обмотки двух частей статора соединены последовательно.

На фиг. 1 показана установка для сепарирования нефти.

Установка для сепарирования нефти (фиг. 1) содержит: корпус 1 сепаратора, смонтированный в нем статор электродвигателя, состоящий из двух частей (цилиндрическая часть 2-1, аксиальная часть 2-2), с сердечником и обмоткой 3 двух частей статора, вокруг лобовых частей которой установлены трубки 4, залитые компаундом 5, барабан сепаратора 6, являющийся одновременно ротором электродвигателя, жестко связанный с валом 7, подогревателя нефти 15, соединительных трубок 16 и 17. Вал 7 установлен в подшипниковых опорах 8 и 9. Барабан сепаратора 6 состоит из основания 10 с центральной трубкой, разделительных тарелок 11, крышки 12, тарелкодержателя 13, затяжного кольца 14. Соединительная трубка 16 соединяет подогреватель нефти 15 с входом трубок 4, а соединительная трубка 17 соединяет выход трубок 4 с внутренней частью барабана сепаратора 6.

При подаче питания на обмотку 3 цилиндрической 2-1 и аксиальной частей 2-2 статора возникает вращающееся магнитное поле, которое наводит вихревые токи в барабане 6, являющегося одновременно ротором электродвигателя Взаимодействие вращающегося магнитного поля, созданного в частях статора 2-1 и 2-2, и магнитного поля, созданного вихревыми токами в барабане (массивном роторе) 6, приводит к возникновению вращающегося момента, в результате чего барабан 6 приходит во вращение, совместно с валом 7. Исходная нефть подается в подогреватель нефти 15, где частично происходит подогрев исходной нефти до определенной температуры. После подогревателя нефти 15, частично подогретая нефть по соединительной трубке 16 подается на вход трубок 4. Проходя по трубкам 4, нефть дополнительно подогревается за счет тепловыделения в обмотках 3 цилиндрической 2-1 и аксиальной 2-2 частей статора и в магнитопроводах цилиндрической 2-1 и аксиальной 2-2 частей статора. Подогреваясь в трубках 4, нефть одновременно охлаждает магнитопроводы цилиндрической 2-1 и аксиальной частей 2-2 статора и обмотку 3 двух частей статора 2. При выходе из трубок 4 нефть по соединительной трубке 17 подается в барабан (массивный ротор) 6, где она поступает через центральную трубку в днище барабана, а затем в каналы тарелкодержателя 13. Находясь в нижней части барабана 6, нефть дополнительно подогревается как за счет тепловыделения в торцовой и цилиндрической частях барабана 6, приобретая тем самым необходимую для сепарирования температуру. Находясь в нижней части барабана 6, нефть подвергается воздействию электромагнитного поля как с аксиальной, так и с цилиндрической частей статора, что способствует улучшению процесса сепарирования. Сам процесс сепарирования нефти происходит в разделительных тарелках 11. Продукты сепарирования (в т.ч. очищенная нефть) выводятся из барабана сепаратора.

Разделение статора на две части (аксиальную и цилиндрическую) позволяет снизить колебания барабана 6 относительно его вертикальной оси, что позволяет повысить надежность всей установки.

С учетом того, что часть мощности статора электродвигателя, которую необходимо передать через воздушный зазор барабану-ротору сепаратора, «поставляется» цилиндрической частью статора, а часть - аксиальной, повышаются энергетические показатели работы электропривода и всей установки сепарирования за счет снижения потерь, которые в прототипе были обусловлены завышенной величиной воздушного зазора между аксиальной частью статора и торцовой частью барабана-ротора. Выполнение статора из двух частей позволяет, в том числе, снизить люфт («проседание») барабана вдоль его вертикальной оси за счет того, что наличие цилиндрической части статора демпфирует всю систему.

Наличие двух частей статора увеличивает поверхность соприкосновения трубок 4 с обмоткой двух частей статора и магнитопроводом двух частей статора, что, с одной стороны, позволяет увеличить предварительный нагрев продукта сепарирования, а с другой - улучшает охлаждение элементов статора, повышая их надежность и позволяя снизить установленную мощность электродвигателя, что влечет за собой снижение энергопотребления и массогабаритных показателей установки.

Таким образом, используя тепловыделения в двух элементах статора (цилиндрической и аксиальной частях) и в барабане-массивном роторе, возможно увеличить предварительный подогрев исходной нефти на 7-10% от необходимой разницы температур, на которую нужно подогреть исходную нефть, что, в свою очередь, позволяет снизить мощность подогревателя нефти 15, повысив, тем самым, общий КПД установки по сепарированию нефти.

Кроме того, охлаждение элементов цилиндрического статора 2 (обмоток и магнитопроводов) позволяет уменьшить массогабаритные показатели установки и уменьшить сечение провода обмотки 3, что также приведет к снижению общей стоимости установки для сепарирования.

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли промышленности, связанной с переработкой нефти, в частности к электрооборудованию для сепарирования нефти, и может быть использовано, например, для сепарирования нефти на нефтяных месторождениях, на судовых сепараторах для очистки нефти. Установка для сепарирования нефти содержит подогреватель нефти и сепаратор. Сепаратор содержит корпус, электропривод и закрепленный в подшипниках ротор из электропроводящего, немагнитного материала, выполненный в виде барабана сепаратора. Электропривод состоит из электродвигателя, имеющего статор, содержащий аксиальную часть с сердечником и обмоткой, в лобовых частях которой размещены замоноличенные компаундом трубки для охлаждения статора и подогрева нефти. Статор электродвигателя дополнительно содержит цилиндрическую часть, при этом обмотки двух частей статора соединены последовательно. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение энергоэффективности установки для сепарирования нефти, снижение массогабаритных показателей, повышение надежности. 1 ил.

Установка для сепарирования нефти, содержащая подогреватель нефти и сепаратор, включающий корпус, электропривод, состоящий из электродвигателя, имеющего статор, содержащий аксиальную часть с сердечником и обмоткой, в лобовых частях которой размещены замоноличенные компаундом трубки для охлаждения статора и подогрева нефти, и закрепленный в подшипниках ротор из электропроводящего, немагнитного материала, выполненный в виде барабана сепаратора, отличающаяся тем, что статор электродвигателя дополнительно содержит цилиндрическую часть, при этом обмотки двух частей статора соединены последовательно.