Напорный гидроциклон для сепарации водонефтяных эмульсий

Напорный гидроциклон для сепарации водонефтяных эмульсий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Источники информации

1. А.с. №159151, БИ 24, 1963.

2. А.с. №148762, БИ 13, 1962.

1. Напорный гидроциклон для сепарации водонефтяных эмульсий, содержащий вертикально установленный цилиндроконический корпус с тангенциально расположенными в его верхней цилиндрической части входными патрубками для подачи под напором и закрутки эмульсии, патрубок для отбора нефти, установленный в крышке корпуса, дренажный патрубок для спуска шлама, установленный в нижней части корпуса, электромагнитную систему для создания вращающегося магнитного поля, отличающийся тем, что на цилиндроконической части корпуса гидроциклона каскадно установлены несколько электромагнитных систем, причем каждая последующая система в каскаде обладает большей частотой вращения магнитного поля.

2. Напорный гидроциклон для сепарации водонефтяных эмульсий по п.1, отличающийся тем, что каждая из электромагнитных систем снабжена ферромагнитным ротором, свободно посаженным на ось вращения и образующим со статором коаксиальный щелевой зазор.

3. Напорный гидроциклон для сепарации водонефтяных эмульсий по п.2, отличающийся тем, что эвакуация дисперсионной и дисперсной фаз осуществляется соответственно через тангенциально расположенные в нижней цилиндрической части корпуса отводные каналы и винтовые канавки на диаметральной периферии роторов.