Устройство для отделения твердой фазы от жидкости Советский патент 1993 года по МПК B01D21/02 B01D21/28 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано в системах сбора и подготовки нефти, газа и воды, а также в других отраслях народного хозяйства, где используются процессы отделения твердой фазы от жидкости.

Цель изобретения - повышение эффективности процессов разделения фазза«счет использования энергии жидкой фазы и организации движения потока.

Такое размещение и выполнение отдельных узлов позволяет повысить эффективность процессов разделения фаз за счет того, что поток, подаваемой в устройство системы меняет направление движения на 180°. Отделению и отстаиванию твердой фазы способствует также центробежная составляющая вынуждающей силы круговых колебаний вибровозбудителя, например, гидравлического. При этом угол вибрации, (угол между направлением вибрации и но р- мально к оси отстойника) выбирают, предпочтительно, равным углу наклона винтовой j л перегородки, который составляет 10-20° с j углом наклона витка шнека.

Такое соотношение угла вибрации и углов наклона витков винтовой перегородки и шнека обеспечит интенсификацию осаждения твердой фазы на поверхность витков шнека и сползание в бункер твердых частиц осажденных на винтовой перегородке. Кроме того, вибровоздействие, направленное против потока в винтовой перегородке, предотвратит увлечение основным потоком промежуточного слоя нефти с мельчайшими (dcp 0,37 мм) частицами песка к отводящему патрубку.

На чертеже представлена схема устрой- . ства для отделения твердой фазы от жидкости. Устройство содержит шнек 1, который размещен вертикально во внутреннем корпусе 2 отстойника, образованного цилиндрический обечайкой. Наружный корпус состоит из цилиндрической 3 и конусной 4

ел

С

00

CN

Јк

VI

N5

частей, причем цилиндрическая часть снабжена кольцом 5, к которому крепится обечайка 2. Внутренний корпус снабжен двумя подводящими патрубками 6 и 7, служащими для подачи жидкости в режиме отделения твердой фазы от жидкости, и в режиме очистки витков шнека от песка, Шнек снабжен радиально расположенными лопатками 8 и поплавком 9, жестко закрепленными ветственно в верхней и нижней его частях. Шнек содержит снизу упор 10 и установлен на наружной опоре 11, а сверху снабжен упором 12, посредством которого стыкуется с опорой 13 крышки 14, которая установлена на патрубке 15, в свою очередь закрепленным на крышке 16, снабженной патрубком сброса газа 17. В верхней части цилиндрического наружного корпуса отстойника установлен патрубок вывода жидкости 18. Внутренняя поверхность цилиндрической 3 части корпуса снабжена винтовой направляющей 19, а к наружной поверхности конусной части 4 корпуса прикреплен гидравлический вибровозбудитель 20 круговых колебаний, к которому подведен патрубок 21, соединенный с нижней конусной частью корпуса.

Устройство работает следующим образом.

Жидкость с взвешенными в ней.твер- дыми частицами (например, высоковязкая нефть с частицами песка) через патрубок б (или 7) поступает во внутренний корпус 2 отстойника и попадает на радиальные лопатки 8. По мере наполнения отстойника, состоящего из корпусов 2, 3 и 4, шнек 1 при помощи по.плавка 9, размещенного в конусной части 4, всплывает, после чего приобретает вращательное движение за счет воздействия потока жидкости по лопатке 8. При этом нижний упор шнека 10 отрывается от нижней опоры 11 и происходит касание верхней опоры 12с верхним упором 13. При подаче жидкости через патрубок 6 происходит вращение шнека по направлению потока - режим отделения твердой фазы от жидкости и отстаивание (рабочий режим),

При подаче потока через патрубок 7 происходит вращение шнека в противоположную сторону - режим смещения накопившейся на витках шнека твердой фазы в конусную часть 4.

Выведенная с помощью шнека из внутреннего цилиндрического корпуса отстойника твердая фаза устремляется вниз к конусной части 4, а жидкая фаза меняет направление движения на 180° и попадает на винтовую перегородку 19, размещенную в осадительном канале, образованном внутренней поверхностью цилиндрической части 3 наружного корпуса отстойника и внутренним корпусом.

Жидкость перемещается снизу вверх и подкручивается в направлении, противоположном вращению потока по виткам шнека в рабочем режиме (режиме разделения фаз и отстаивания). В результате вращательного движения жидкость освобождается от твердых частиц и выводится через патрубок 18. При этом из водного пространства конусной

части вода отводится через патрубок 21 и 0 попадает на гидравлический вибровозбудитель круговых колебаний 20. Следует подчеркнуть, что круговые колебания вибровозбудителя 20 в рабочем режиме шнека направлены по направлению потока 5 в витках шнека 1, способствуя тем самым, осаждению песка, и в противоположном - движению потока жидкости по винтовой перегородке 19, удерживая тем самым облегченный промежуточный слой - смесь 0 жидкости с мельчайшими фракциями песка

(dcp 0,37 мм), препятствуя подъему его по винтовой перегородке и способствуя осаждению увлеченных жидкостью мелких фракций песка на винтовой перегородке, а также

5

смещению осевших частиц в конусную часть

4, Смещение обеспечивается также углом наклона винтовой перегородки, составляющим 22,5-30°. Газ, выделившийся в процессе сепарации, удаляется через патрубок 17.

0 Был изготовлен опытный образец предлагаемого устройства.

Объем отстойника 0,6 м3, диаметр бункера 0,5 м с углом конусности 45°, диаметром корпуса шнека 0,3 м. Параметры шнека:

5 число витков п 10, шаг витка 0,15 м. Угол наклона винтовой линии шнека 14°. Угол наклона винтовой направляющей 30°, шаг винтовой направляющей 0,15 м. Устройство выполнено из жести толщиной 1 мм. Шнек

0 снабжен 8 радиальными лопатками размером 0,14 х 0,14 мм.

Эксперименты проводились на высоковязких нефтях. Температура нефти 60°С, кинематическая вязкость v 0,68 10 ч ,

5 плотность песка р 2100 кг/м3, плотность нефти рн 945 кг/м3, обводненность 20%. Содержание песка 3,2 вес.%. Размер фракций песка от 0,005 до 2 мм. Вводные и выводные патрубки d 0,06 м были снабжены

0 регулирующими вентилями.

Характеристика потока: скорость на входе в устройство 0,15 м/с. Скорость потока в шнеке 0,1 м/с. В рабочем режиме число оборотов шнека 0,8 об/с, в режиме вывода

5 твердой фазы число оборотов оказалось равным 0,5 об/с.

Параметры вибровозбудителя: частота колебаний 45-50 Гц. амплитуда колебаний - 0,2-0,3 мм.

Оценка эффективности работы предлагаемого устройства приводится по разнице содержания твердых частиц в потоке на входе и выходе. Количественная оценка твердой фа- зы (потока) определяется взвешиванием сухого остатка,

В качестве базы сравнения взято устройство для отделения твердой фазы от жидкости (прототип).

Испытания проводились на стенде.

Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице.

Из таблицы видно, что содержание пе- ска в нефти при использовании предлагаемого устройства снизилось с 3,2 до 0,22%, т.е. в 14,5 раза, а при использовании устройства-прототипа с 3,2 до 0,86, т.е. в 3,7 раза.

Причем содержание фракций песка dcp 0,075-0,17 снизилось соответственно с 9,09 до 0,81 и с 9,09 до 3,24, т.е. предложенное техническое решение в этой области эффективнее прототипа в четыре раза.

Формула изобретения Устройство для отделения твердой фазы от жидкости, содержащее цилинроконический корпус, вертикальный шнек с радиальными лопатками в верхней части и поплавком в нижней части, патрубки ввода очищаемой жидкости и вывода очищенной жидкости, о т- личающееся тем, что, с целью повышения эффективности процесса разделения фаз, оно снабжено цилиндрической обечайкой, ко- аксиально установленной в корпусе с образованием между ними осадительного канала, винтовой перегородкой, прикрепленной к внутренней поверхности цилиндрической части корпуса, и закрепленным на наружной поверхности конусной части корпуса вибровозбудителем круговых колебаний, например, гидравлическим, колебания которого направлены по направлению потока в витках шнека и против направления потока в витках винтовой перегородки, при этом шнек размещен внутри цилиндрической обечайки, патрубки ввода очищаемой жидкости расположены в верхней части обечайки, а патрубок вывода очищенной жидкости - в верхней части корпуса.

Сущность изобретения: устройство для отделения твердой фазы от жидкости содержит шнек, размещенный вертикально во внутреннем корпусе отстойника, наружный корпус состоит из цилиндрической и конусной частей. Шнек снабжен радиальными латками и поплавком, закрепленными соответственно в верхней и нижней частях. Внутренняя поверхность цилиндрической части наружного корпуса отстойника снабжена винтовой перегородкой, а к наружно й поверхности конусной части корпуса крепится вибровозбудитель круговых колебаний. При. этом подводящие патрубки расположены в верхней части внутреннего корпуса отстойника, а отводящий патрубок - в верхней части наружного корпуса. 1 ил.

Результаты стендовых испытаний по оценке эффективности предлагаемого изобретения