Кавитационное устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов Российский патент 2023 года по МПК F17D1/16 F15D1/02 

Изобретение относится к технической области транспортных трубопроводов, в частности, к трубопроводному транспорту для снижения вязкости перекачиваемых по трубопроводу нефти и нефтепродуктов.

Нефть перекачивается из подземного слоя на устье скважины насосным агрегатом, а затем транспортируется на комбинированную станцию по сборному трубопроводу. Большая часть нефти, добываемой из пласта, в основном является тяжелой нефтью. Из-за ее высокой вязкости и плохой текучести, после извлечения нефти из пласта, температура поверхности ниже подземной температуры во время транспортировки в сборном трубопроводе, а потому и вязкость такой тяжелой нефти увеличивается, в результате чего безопасная эксплуатация оборудования сопряжена с большими рисками вследствие высоких гидравлических напряжений.

В известном уровне техники известны такие приемы для снижения вязкости нефти, как применение химических агентов, а также использование нагрева, но эти способы имеют проблемы высокого энергопотребления, высокой стоимости и нестабильного эффекта, а после добавления химических агентов, последующая очистка продукта будет являться более сложной. Также из уровня техники известны устройства для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов, конструкция которых включает, помимо кавитационных узлов, еще и магнитные элементы (см, например, Патенты Китая CN 211574780 U, CN 214840148 U, CN 214840147 U, CN 109469827 A). Известные устройства являются довольно эффективными. Однако, наличие дополнительных узлов усложняет конструкцию устройств и снижает их технологичность.

Также из уровня техники известны кавитационные тепловые генераторы, которые могут быть использованы во всех отраслях народного хозяйства для получения значительного количества тепловой энергии, в частности для подогрева (непосредственно в трубопроводах) вязких жидкостей типа нефти с целью снижения ее вязкости и улучшения реологических свойств. Из патента РФ №2131094 известен такой генератор, содержащий ускоритель движения жидкости в виде проточной камеры с патрубком подвода, конфузором и патрубком отвода обработанной жидкости, причем внутри проточной камеры установлены суперкавитирующие лопатки, закрепленные на ступице. Упомянутые лопатки по наружной поверхности охвачены коаксиальным цилиндром, на наружной поверхности которого расположена другая группа суперкавитирующих лопаток с противоположным направлением закручивания потока, при этом внутренняя группа суперкавитирующих лопаток закреплена на ступице, а тормозное устройство выполнено в виде прерывателя потока с приводом, расположенным за рабочим элементом по ходу потока, патрубок отвода соединен с аккумулятором тепла, выход которого соединен с потребителями тепла и сетевым насосом, выход которого соединен через корпус с патрубком подвода.

Недостатком указанного известного устройства является то, что оно имеет сложную конструкцию, а также значительное число управляющих элементов. Это приведет к значительному удорожанию и к увеличению сроков изготовления устройства при его серийном производстве. К тому же, наибольший эффект обработки продукта достигается только при совпадении частот пульсаций кавитационной каверны за рабочим элементом в проточной камере и пульсаций давления, вызванных прерывателем потока, т.е. при резонансе частот, что не всегда достижимо в известном генераторе. Следовательно, в остальных случаях будут возникать значительные энергетические потери, которые неизбежно приведут к снижению коэффициента полезного действия (КПД) установки.

Из патента РФ №2047814 известно устройство для транспортирования вязких структурированных жидкостей по трубопроводу, конструктивные особенности которого следующие. В трубопроводе установлен полый корпус переменного сечения, содержащий последовательно размещенные конфузор, цилиндрический участок и безотрывный диффузор. В корпусе соосно установлен рассекатель потока с жестко укрепленными на нем направляющими лопатками. Рассекатель выполнен в виде тела вращения с изогнутой лобовой частью, цилиндрической средней частью и выпуклой конической хвостовой частью. Лопатки установлены в виде гидродинамической конфузорной решетки из цилиндрической части рассекателя. Соотношение площади сечения свободной части корпуса и площади сечения проходной части конфузорной решетки составляет не менее 1,5-2,0.

Недостатком указанного устройства является то, что конструктивно конфузор предназначен для разгона потока и снижения давления. Но лопастные элементы, установленные в зоне критического сечения корпуса, наоборот, тормозят поток и увеличивают давление, т.е. совершают работу в обратном направлении, что может привести к невозможности достижения требуемого снижения вязкости.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов, содержащее цилиндрический корпус, в котором последовательно размещены завихритель, выполненный в виде направленного внутрь корпуса и плотно вставленного в него тефлонового конуса с центральным отверстием и спиральными бороздами на поверхности, сопло Лаваля, выточенное в цилиндрическом корпусе, и трубка вывода низковязкой фракции, закрепленная по оси корпуса в его торце и введенная в расширяющуюся часть сопла Лаваля. При этом на поверхности расширяющейся части сопла Лаваля выполнены тормозящие ребра, а в боковой стенке цилиндрического корпуса отверстие для вывода вязкого остатка (Патент РФ №132159). Известное устройство предназначено для использования в нефтедобывающей промышленности при транспортировке нефти на терминалах. Технический результат данного объекта - экономия электроэнергии. Однако и это известное устройство не лишено недостатков, а именно: несмотря на то, что в известном устройстве присутствует завихритель и в корпусе выполнено сопло Лаваля, невозможно обеспечить соответствие фракционного состава продукта в начальном и конечном виде, так как вязкий остаток, в котором содержатся важные химические элементы, выводятся наружу и не принимает участия в дальнейшей транспортировке, что не может обеспечить требуемые значения состава продукта для его дальнейшей переработки. И в то же время этот вязкий остаток невозможно ввести снова в нефтепродукт, т.к. за счет этого повысится вязкость. То есть известное устройство не может обеспечить снижение вязкости всего оригинального нефтепродукта, который перекачивается по трубопроводу или добывается из пласта, а способно снижать вязкость только низкокипящей части этого продукта.

Технический результат, достигаемый предлагаемым техническим решением, заключается в обеспечении значительного снижения вязкости при различных температурах всего прокачиваемого продукта без потерь его химических свойств и изменения его фракционного состава, при одновременном обеспечении выделения воды из связанного состояния в свободное. Высокая эффективность обеспечивается при работе устройства с нефтями различной первоначальной вязкости.

Поставленный технический результат достигается предлагаемым кавитационным устройством для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов, включающим цилиндрический корпус, на одном конце которого расположен вход жидкости, на другом конце расположен выход жидкости, с размещенными последовательно внутри корпуса от входа жидкости к выходу жидкости завихрителем и соплом Лаваля, при этом новым является то, что устройство дополнительно снабжено делителем потока с расположенными внутри него, по меньшей мере, двумя гидравлическими каналами, выполненными с возможностью гидравлического соединения с входом в завихритель, при этом завихритель выполнен в виде секционного механизма, разделенного на секции количеством более двух посредством пластин удлиненной формы, стационарно закрепленных по одной стороне на оси, проходящей по всей длине завихрителя, с угловым смещением относительно друг друга, причем пластины выполнены с дугообразным изгибом и установлены с возможностью частичного перекрывания зоны секции между соседними пластинами, при этом устройство дополнительно снабжено камерой смешения, размещенной между завихрителем и соплом Лаваля.

В преимущественном варианте выполнения:

- делитель выполнен в виде усеченного конуса, обращенного вверх меньшим основанием, и с расположенными внутри него, по меньшей мере, двумя гидравлическими каналами, направление которых совпадает с углом наклона конуса.

- делитель выполнен в виде цилиндрического узла с расположенными внутри него, по меньшей мере, двумя гидравлическими каналами.

- завихритель выполнен в виде четырехсекционного механизма.

- дугообразные пластины завихрителя перекрывают зону секции на 70-90% расстояния между соседними пластинами.

- дугообразные пластины завихрителя выполнены с изгибом, спрофилированным в соответствии с внутренней поверхностью корпуса.

- устройство дополнительно снабжено переходником между делителем и завихрителем с выполненными в нем каналами, обеспечивающими гидравлическую связь полостей каналов делителя с входом в секции завихрителя.

- камера смешения выполнена в виде втулки с гладкой внутренней поверхностью или в виде втулки с выполненными на внутренней боковой стенке спиральными или продольными канавками.

- в конструкции гидравлических каналов движения потока жидкости отсутствуют устройства торможения или прерывания потока.

- в устройстве отсутствуют подвижные или вращающиеся элементы.

Указанный технический результат обеспечивается за счет следующего.

Наиболее перспективным методом воздействия на нефть и вязкие нефтепродукты в современных реалиях является использование упругих механических колебаний, которые приводят к разрушению структуры нефтяных ассоциатов и тем самым снижают вязкость нефти. Данный метод обеспечивает исключительно высокую интенсивность технологического процесса, не достижимую с помощью других методов.

Нефть - высокомолекулярная, гетерогенная жидкость, молекулы которой при атмосферном давлении и нормальной температуре сложно ориентированы. При приложении к нефти внешнего давления молекулы поляризуются, противодействуя внешним силам и сохраняя равновесие системы. Если внешнее давление резко снять, то внутренние силы начнут разрывать макромолекулы на более мелкие составляющие, причем, плотность продукта при этом уменьшается. Этот принцип положен в основу обработки нефти и нефтепродуктов с целью изменения их структуры.

Кавитация - это образование разрывов сплошности жидкости в результате местного спада давления. Если снижение давления происходит вследствие больших локальных скоростей в потоке движущейся капельной жидкости, то кавитация считается гидродинамической, а если вследствие прохождения в жидкости акустических волн, - акустической.

Эффект кавитации сопровождается микровзрывами, ультразвуком, а также механическими срезами и соударениями при воздействии сотен режущих пар, двигающихся навстречу друг другу с высокой линейной скоростью. Величина этой скорости составляет несколько десятков метров в секунду, что дает возможность разрезать диспергируемые вещества на мельчайшие микрочастицы. Фактически это микроимпульсы. За одну минуту - сотни тысяч микроимпульсов.

Нефть и вязкие нефтепродукты не обладают вязкостью, подчиняющейся законам Ньютона, Пуазейля, Стокса, так как длинные беспорядочно расположенные молекулы парафина и смол образуют некоторую гибкую решетку, в которой располагается раствор. Таким образом, кавитация влияет на изменение структурной вязкости, т.е. на разрыв Ван-дер-ваальсовых связей.

Нефть может иметь различную вязкость при комнатной температуре (например, от 200 мПа*с до величины 820 мПа*с при температуре 20°С).

Для реализации указанного кавитационного технологического процесса разработано и испытано предлагаемое кавитационное устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов, которое обладает большой производительностью, возможностью получения ультразвукового излучения большой мощности и концентрации его в ограниченном пространстве.

Благодаря тому, что предлагаемое устройство снабжено завихрителем заявленной конструкции, обеспечивается повышенная скорость завихрения потока, причем в процессе завихрения поток прижимается к стенкам в каждой секции завихрителя, т.е. к периферии дугообразных пластин. Это происходит за счет следующего. В делителе поток нефти уже разделяется на несколько потоков за счет наличия в нем, по меньшей мере, двух каналов. Далее, попадая в секции завихрителя, поток снова дробится, т.к. количество секций будет больше количества гидравлических каналов делителя. А благодаря дугообразной форме пластин (в преимущественном варианте пластины выполнены с изгибом, спрофилированным в соответствии с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса) скоростной поток нефти в каждой секции будет подвержен уже криволинейному движению, т.е. движению с ускорением (http://avmag.ru/physics/index.php/mechanics/kinematika/curvilinear-movement/). При этом поток будет стремиться продолжить прямолинейное движение, в результате чего концентрация частиц жидкости (нефти или нефтепродуктов) возле дугообразных пластин будет возрастать, а значит, будет возрастать в этой области давление и температура. А учитывая, что дугообразные пластины частично перекрывают зону секции (в преимущественном варианте, например, на 70-90% расстояния между соседними пластинами), то поток нефти в этой области и будет завихряться с повышенной скоростью, нежели он поступил в завихритель из делителя. И таких завихренных потоков будет несколько, определяемых количеством секций в завихрителе. В результате этого процесса силы инерции потока становятся доминирующими над вязкими силами. Образующиеся при этом пузырьки скапливаются в центре потоков, закрученных завихрителем, обеспечивая кавитационный эффект.

Наличие расположенной далее по ходу потока камеры смешения обеспечивает столкновение потоков нефти из секций завихрителя, которое сопровождается микровзрывами, а также механическими срезами и соударениями при воздействии сотен частиц жидкости, двигающихся навстречу друг другу с высокой линейной скоростью.

А если на внутренних стенках камеры смешения выполнить спиральные или продольные канавки (в преимущественном варианте), то число соударения частиц жидкости увеличится.

При выходе из камеры смешения поток попадает в сопло Лаваля, в сужающейся части которого происходит падение давления до соответствующего давлению парообразования, и низкокипящие фракции, входящие в состав нефтепродуктов, вскипают и частично распространяются вверх. При этом происходит разрыв и нарушение сплошности потока. Образующаяся пустота заполняется паром, выделившимся из жидкости. Воздух, вовлекаемый в поток, облегчает возникновение кавитации. А учитывая, что потоки нефти при прохождении предлагаемом устройстве были разделены в делителе, потом еще в большей степени разделены в секциях завихрителя, то кавитационное воздействие в этом случае резко возрастает, что обеспечивает эффективное снижение вязкости нефти и нефтепродуктов, проходящих через заявляемое устройство, а также одновременно обеспечивая выделение воды из связанного состояния в свободное. Причем далее при выходе из сопла Лаваля поток нефти достигает максимальной скорости, в результате чего образуются ударные волны, которые порождают вслед за ними акустические волны ультразвукового диапазона, что еще в большей степени будут усиливать эффект снижения вязкости нефти и выделение воды.

Исходя из вышеизложенного, генерация продукта происходит за счет вихревого движения жидкости в вихревой трубе (завихрителе), а также за счет эффективных способов его разрушения. Возбуждение продукта происходит не только взаимодействием жидкости с неподвижными элементами устройства, но и в значительной степени взаимодействием между собой вихревых потоков.

Направление возбуждения не рассеивающее, т.е. не центробежное, а центростремительное (за счет того, что конструкция пластин в завихрителе дугообразная и за счет разницы в количестве каналов в делителе и завихрителе), что позволяет концентрировать возбуждение в потоке и таким образом интенсифицировать протекание техпроцесса.

Многократное «трение» наружных слоев-вихрей друг о друга по спиралеобразной траектории в завихрителе (благодаря конструкции дугообразных пластин) вызывает широкий спектр колебаний, способствующий более качественной обработке продукта.

При этом для достижения эффекта снижения вязкости не требуется вывод тяжелых фракций из потока, т.к. они в условиях предлагаемого устройства уже не будут оказывать влияния на процесс снижения вязкости, а значит продукт, получаемый на выходе, будет без потерь его химических свойств и изменения его фракционного состава.

Следует подчеркнуть, что указанная совокупность признаков в формуле находится в конструктивном единстве для предлагаемого технического решения, и исключение хотя бы одного из них нарушит это единство, т.к. представляет собой один объект в виде единой конструкции, конструктивные элементы которой соединены, сочленены между собой и в соединении обеспечивают реализацию предлагаемым устройством общего функционального назначения при эксплуатации, т.е. снижение вязкости нефти и нефтепродуктов, а также высвобождение связанной воды.

Таким образом, предлагаемое изобретение характеризуется совокупностью взаимообусловленных признаков, которые все участвуют в обеспечении достижения технического результата, т.к. этот результат проявляется только при использовании этого технического решения в целом.

Кроме того, любые определения, использующиеся в настоящей заявке, следует рассматривать как поясняющие, но не как ограничивающие настоящее изобретение.

Кроме того, следует отметить, что в преимущественном варианте исполнения этого устройства для получения оптимального эффекта возможны следующие конструктивные дополнения к нему:

- делитель может быть выполнен в виде усеченного конуса, обращенного вверх меньшим основанием, и с расположенными внутри него, по меньшей мере, двумя гидравлическими каналами, направление которых совпадает с углом наклона конуса, или может быть выполнен в виде цилиндрического узла с расположенными внутри него, по меньшей мере, двумя гидравлическими каналами.

- оптимальным технологическим вариантом выполнения завихрителя является вариант в виде четырехсекционного механизма (но не ограничиваясь только этим).

- пластины дугообразной формы у завихрителя в оптимальном варианте могут перекрывать продольно зону секции, преимущественно, на 70-90% расстояния между соседними пластинами, в этом случае завихрения потока будут более выраженными (но, не ограничиваясь только этим оптимальным вариантом, т.к. технический результат будет достигаться и при других вариантах, что подтверждено ниже в таблице).

- устройство может быть дополнительно снабжено переходником между делителем и завихрителем с выполненными в нем каналами, обеспечивающими гидравлическую связь полостей каналов делителя с входом в секции завихрителя и точечную подачу разделенного потока на дугообразные пластины завихрителя.

Предлагаемое устройство имеет достаточно простую конструкцию, малые габариты, что позволяет применять его не только в трубопроводах, но и в составе насосных установок для добычи нефти. При этом устройство не требует какого-либо дополнительного обслуживания.

Также в конструкции гидравлических каналов движения потока жидкости в предлагаемом устройстве отсутствуют устройства торможения или прерывания потока, характерные для большинства известных устройств этого назначения, что обеспечивает высокие скорости движения потока жидкости, а значит обеспечивает максимальное воздействие на разбивание макромолекул нефти, что и приводит к снижению ее вязкости.

Кроме того в заявляемом устройстве отсутствуют подвижные или вращающиеся элементы, что повышает его эксплуатационную надежность.

Заявляемому устройству присуща конструктивная простота, которая позволяет специалисту в данной области техники, исходя из предшествующего уровня техники, осуществить данное устройство в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения.

Использование предлагаемого устройства при обработке нефти позволяет решать следующие задачи:

- снижение нагрузок на подвижные части глубинно насосного оборудования;

- предотвращение образований отложений на стенках насосно-компрессорных труб (НКТ);

- снижение вязкости нефтепродукта при его транспортировке;

- снижение вязкости промежуточного слоя в резервуарах и хранилищах.

- обеспечение сохранения его химических характеристик и фракционного состава, что является важным, т.к. в конечном итоге продукт не должен терять своих химических свойств и быть пригодным для дальнейшей переработки,

- обеспечение снижения процента связанной воды в обрабатываемом продукте (жидкости: нефть и нефтепродукты), что позволит в дальнейшем облегчить процесс его переработки.

Отличительными показателями заявляемого устройства являются:

- объемный нагрев обрабатываемого продукта;

- принудительная циркуляция;

- высокий КПД (до 94%);

- высокий коэффициент преобразования - 2,0;

- автономность;

- экономическая и пожарная безопасность.

Предлагаемое устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 представлена общая компоновка устройства в разрезе; на фиг. 2 - конструкция завихрителя в предлагаемом устройстве; на фиг. 3 - график изменения характеристик потока жидкости при прохождении его через сопло Лаваля; сопоставительные значения вязкости до и после обработки в предлагаемом устройстве в зависимости от различной температуры на фиг. 4 (для Нефти 1) и фиг. 5 (для Нефти 2); фиг. 6 - фотография двух емкостей, левая из которых содержит нефть (Нефть 3) до обработки в предлагаемом устройстве, а правая - нефть (Нефть 3) после пропускания через предлагаемое устройство.

Заявляемое устройство содержит цилиндрический корпус 1, диаметр которого может составлять 50-300 мм (при размещении устройства в скважине диаметр может составлять величину 50-100 мм), на одном конце которого расположен вход обрабатываемой жидкости (нефти или нефтепродуктов), на другом конце расположен выход этой жидкости. Внутри корпуса 1 последовательно размещены от входа обрабатываемого продукта к выходу делитель 2 потока, завихритель 3, камера смешения 4 (может быть выполнена в виде втулки) и сопло Лаваля 5. Делитель 2 потока содержит расположенные внутри него, по меньшей мере, два гидравлических канала 6, выполненных с возможностью гидравлического соединения с входом в завихритель 3. Причем указанный делитель 2 потока может быть выполнен в виде усеченного конуса (Фиг. 1), обращенного вверх меньшим основанием, и с расположенными внутри него, по меньшей мере, двумя гидравлическими каналами 6, направление которых может совпадать с углом наклона конуса, или, например, в виде цилиндрического узла (на чертежах не показан) с расположенными внутри него, по меньшей мере, двумя гидравлическими каналами 6. Причем устройство может быть дополнительно снабжено переходником 7 (например, в виде втулки) между делителем 2 и завихрителем 3 с выполненными в нем каналами 8, обеспечивающими гидравлическую связь полостей каналов 6 делителя 2 с входом в секции завихрителя 3. При этом завихритель 3 выполнен в виде секционного механизма, разделенного на секции 9, количество которых более двух (т.е. количество этих секций всегда должно быть больше количества каналов в делителе), посредством пластин 10 удлиненной формы, стационарно закрепленных по одной стороне на оси, проходящей по всей длине завихрителя, с угловым смещением относительно друг друга, причем указанные пластины имеют дугообразный изгиб 11. Причем пластины 10 с дугообразным изгибом 11 частично перекрывают секции 9. В преимущественном варианте исполнения (но не обязательно) это перекрытие зоны секции может составлять 70-90% расстояния между соседними пластинами 10.

Принцип работы предлагаемого устройства следующий.

Устройство посредством корпуса 1 встраивается в трубопровод. Поток нефти (нефтепродукта) подается на вход корпуса 1 в каналы 6 делителя 2 потока. Далее поток подается или в каналы 8 переходника 7 или непосредственно в секции 9 завихрителя 3, в которых за счет наличия пластин 10 с дугообразным изгибом 11 изменяется направление протока, он завихряется, прижимаясь к стенкам секции 9. Затем завихренные потоки попадают в камеру смешения 4, где сталкиваются друг с другом. Если на внутренних стенках камеры смешения выполнить канавки (спиралевидные или продольные) (на чертеже не показаны), то число столкновений только увеличится (но устройство успешно работает и без этих канавок). На выходе из камеры смешения 4 поток попадает в сужающуюся часть сопла Лаваля 5, где происходит резкое падение давления и рост скорости. Иллюстрация к этому процессу, происходящему в сопле Лаваля, и доказательство происходящих явлений приведены на Фиг. 3, на которой показаны: С - скорость потока; Р - давление; Т - температура; КР - критическое сечение сопла. Начавшееся за счет этого процесса в завихрителе 3 снижение вязкости нефти продолжается далее в сопле Лаваля 5, на выходе которого поток будет достигать максимальной скорости, благодаря чему образуются ударные волны, которые в свою очередь будут порождать акустические волны ультразвукового диапазона, следом за фронтом ударных волн. В результате конформационного изменения молекул нефти первоначальная вязкость обрабатываемого продукта может быть снижена в 1,5 - 100 раз (данные по снижению вязкости получены экспериментальным путем на нефтях различной первоначальной вязкости).

Указанные результаты подтверждаются стендовыми испытаниями предлагаемого устройства.

При проведении испытаний использовали следующие образцы:

- четыре образца нефти,

- образец нефтепродукта - масло Нигрол (вязкость равна 4494 мПа*с), Вязкость определяли при температуре 20°С вибрационным вискозиметром марки SV-10. Полученные данные приведены в таблице 1.

Снижение вязкости наблюдалось во всех опытах и для всех образцов при использовании устройств с различной конструкцией завихрителя.

Также в ходе испытаний определяли вязкость Нефти 1 и Нефти 2 при пропускании через предлагаемое устройство и при различных температурах. Вязкость образцов до и после обработки заявляемым устройством проводили в лабораторных условиях согласно утвержденной методике. Исследования проводились путем предварительного нагрева и дальнейшего охлаждения образцов в термостате. Значения вязкости получены с использованием ротационного вискозиметра. Сопоставительные значения вязкости в зависимости от различной температуры приведены на Фиг. 4 (для Нефти 1) и Фиг. 5 (для Нефти 2).

Данные, приведенные на Фиг. 4 и Фиг. 5, показывают, что обработка нефтесодержащих продуктов предлагаемым устройством позволяет достичь значительного снижения вязкости, в том числе при различной температуре.

Также в лабораторных условиях определяли содержание и наличие связанной воды в образцах пропускаемой через предлагаемое устройство продукции. Содержание воды в образцах нефти определяли с помощью азеотропной перегонки по методу Дина-Старка. Этот метод заключается в отгонке воды и растворителя от нефтепродуктов с последующим их разделением в градуированном приемнике на два слоя. Данные, полученные в ходе указанных испытаний, приведены в таблице 2.

Данные, приведенные в таблице 2, показывают, что в результате обработки нефти и нефтепродуктов в предлагаемом устройстве часть воды, находящаяся в связанном состоянии и не отделяющаяся в процессе отстоя, переходит в свободное состояние, что позволит в дальнейшем значительно облегчить процесс технологической подготовки нефти без применения дополнительного оборудования.

Указанный положительный эффект иллюстрируется также фотографией (Фиг. 6), на которой приведены две емкости, левая из которых содержит нефть (Нефть 3) до обработки в предлагаемом устройстве, а правая - нефть (Нефть 3) после пропускания через предлагаемое устройство. Как видно на указанной иллюстрации, в правой емкости наблюдается большое количество отделившейся воды, что дополнительно подтверждает данные, приведенные в таблице 2.

Также в ходе испытаний определяли у образцов: Нефть 1, Нефть 2, Нефть 3 и Нефть 4, температуру насыщения парафином. Данный показатель определяет температуру, при которой парафин, растворенный в нефти, переходит из жидкого состояния в твердое (кристаллизуется). Значения температуры насыщения нефти парафином производились согласно методике проведением касательных к участкам графиков логарифмических вязкостей, где происходит реологическое изменение продукта (перпендикуляр, опущенный от точки пересечения касательных к оси температур является значением температуры насыщения нефти парафином). Полученные данные приведены в таблице 3.

Данные, приведенные в таблице 3, показывают, что заявляемое устройство успешно разбивает длинные углеводородные цепочки, в том числе парафина и смол, и за счет этого обеспечивает значительное снижение вязкости. Парафины и смолы после прохождения через предлагаемое устройство переходят в твердую фазу при меньших температурах (Нефть 1 и Нефть 4) или совсем не переходят в нее (Нефть 2 и Нефть 3). Это позволяет снизить расход химических реагентов для обработки нефти от отложений парафина или использовать для этой цели (для предотвращения отложений парафина на нефтепромысловом оборудовании), например, греющие кабели меньшей длины (снизить их стоимость) или отказаться от этих греющих кабелей вообще.

Таким образом, устройство заявляемой конструкции действительно может обеспечить снижение вязкости как нефти, так и других нефтепродуктов. Причем этот процесс происходит без потерь химических свойств нефти (нефтепродуктов) и без изменения их фракционного состава. Также при этом обеспечивается снижение количества связанной воды, что позволит в дальнейшем облегчить технологический процесс переработки нефти.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту нефти и нефтепродуктов. Технический результат заключается в обеспечении снижения вязкости продукта без потерь его химических свойств и изменения его фракционного состава, при одновременном обеспечении выделения воды из связанного состояния в свободное. Заявляемое устройство содержит цилиндрический корпус 1. Внутри корпуса 1 последовательно размещены от входа обрабатываемого продукта к его выходу делитель 2 потока, завихритель 3, камера смешения 4 и сопло Лаваля 5. Делитель 2 содержит расположенные внутри него, по меньшей мере, два гидравлических канала 6, выполненных с возможностью гидравлического соединения с входом в завихритель 3. Завихритель 3 выполнен в виде секционного механизма, разделенного на секции 9, количество которых более двух, посредством пластин 10 удлиненной формы, стационарно закрепленных по одной стороне на оси, проходящей по всей длине завихрителя, с угловым смещением относительно друг друга. Причем указанные пластины 10 имеют дугообразный изгиб 11, пластины 10 частично перекрывают секции 9. В преимущественном варианте исполнения это перекрытие зоны секции завихрителя 3 может составлять 70-90% расстояния между соседними дугообразными пластинами 10. 9 з.п. ф-лы, 6 ил., 3 табл.

1. Кавитационное устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов, включающее цилиндрический корпус, на одном конце которого расположен вход жидкости, на другом конце расположен выход жидкости, с размещенными последовательно внутри корпуса от входа жидкости к выходу жидкости завихрителем и соплом Лаваля, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено делителем потока с расположенными внутри него, по меньшей мере, двумя гидравлическими каналами, выполненными с возможностью гидравлического соединения с входом в завихритель, при этом завихритель выполнен в виде секционного механизма, разделенного на секции количеством более двух посредством пластин удлиненной формы, стационарно закрепленных по одной стороне на оси, проходящей по всей длине завихрителя, с угловым смещением относительно друг друга, причем пластины выполнены с дугообразным изгибом и установлены с возможностью частичного перекрывания зоны секции между соседними пластинами, при этом устройство дополнительно снабжено камерой смешения, размещенной между завихрителем и соплом Лаваля.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что делитель выполнен в виде усеченного конуса, обращенного вверх меньшим основанием, и с расположенными внутри него, по меньшей мере, двумя гидравлическими каналами, направление которых совпадает с углом наклона конуса.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что делитель выполнен в виде цилиндрического узла с расположенными внутри него, по меньшей мере, двумя гидравлическими каналами.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что завихритель выполнен в виде четырехсекционного механизма.

5. Устройство по п. 1 или 4, отличающееся тем, что дугообразные пластины завихрителя перекрывают зону секции на 70-90% расстояния между соседними пластинами.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дугообразные пластины завихрителя выполнены с изгибом, спрофилированным в соответствии с внутренней поверхностью корпуса.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено переходником между делителем и завихрителем с выполненными в нем каналами, обеспечивающими гидравлическую связь полостей каналов делителя с входом в секции завихрителя.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что камера смешения выполнена в виде втулки с гладкой внутренней поверхностью или в виде втулки с выполненными на внутренней боковой стенке спиральными или продольными канавками.

9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в конструкции гидравлических каналов движения потока жидкости отсутствуют устройства торможения или прерывания потока.

10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в устройстве отсутствуют подвижные или вращающиеся элементы.