Устройство для обезвоживания и обессоливания водонефтяных и водомасляных эмульсий

 

Полезная модель предназначена для разделения водонефтяных и водомасляных эмульсий и может быть использована при обезвоживании и обессоливании нефтяных эмульсий в местах добычи и подготовки нефти, а также в местах промышленного использования масел. Технический результат - повышение эффективности и интенсивности - достигается тем, что в устройстве для обезвоживания и обессоливания водонефтяных и водомасляных эмульсий, содержащем источник вращающегося магнитного поля, выполненный в виде асинхронного двигателя, корпус с входными и выходными патрубками, внутри которого на днище расположен отрицательно заряженный сетчатый электрод, а в полости - положительно заряженный первый конусный электрод, источник высокого напряжения, создающий неоднородное электрическое поле, при этом полость корпуса разделена на зоны отстоявшейся воды, отстоя капель воды и коалесценции капель воды, а отрицательно заряженный сетчатый электрод расположен в зоне отстоявшейся воды, согласно предлагаемой модели, в него дополнительно введены положительно заряженный второй конусный электрод и положительно заряженный третий электрод, при этом положительно заряженный первый конусный электрод, дополнительно введенные положительно заряженный второй конусный электрод и положительно заряженный третий электрод установлены в полости корпуса на ферромагнитном роторе с возможностью вращения, причем конусные электроды выполнены с разными углами наклона сторон электродов и возможностью увеличения напряженности неоднородного электрического поля между конусными электродами по высоте их расположения в корпусе, вращающееся неоднородное электрическое поле создается источником высокого напряжения при вращении ферромагнитного ротора с расположенными на нем первым, вторым и третьим электродами. Устройство может содержать более двух положительно заряженных конусных электродов с разными углами наклона сторон электродов и возможностью увеличения напряженности неоднородного электрического поля между конусными электродами по высоте их расположения в корпусе. Отрицательно заряженный сетчатый электрод и входные патрубки могут быть расположены на боковой части днища корпуса с возможностью подачи эмульсии по периметру корпуса в направлении, совпадающим с направлением вращения магнитного поля и положительно заряженных электродов. Источник высокого напряжения, создающий неоднородное электрическое поле между положительно заряженными электродами, может быть выполнен в виде источника переменного напряжения. 3 з.п. ф-лы, 1ил.

Полезная модель относится к области разделения жидкостей электрическими способами, обезвоживания и деэмульсации углеводородных масел с помощью электрических или магнитных средств и может быть использована при обезвоживании и обессоливании нефтяных эмульсий (скважинной жидкости и сырой нефти) в местах добычи и подготовки нефти, на отдаленных скважинах и нефтяных морских платформах, а также в местах промышленного использования масел, например на электростанциях и котельных, терминалах, судах, станциях технического обслуживания, очистных сооружениях.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к заявляемому устройству является устройство для осуществления способа обезвоживания и обессоливания водонефтяных и водомасляных эмульсий по авторскому свидетельству СССР на изобретение 1333364, МПК В01D 17/06, С10G 33/02, 30.08.1987, включающее корпус, заряженный электрод, электрод противоположной полярности, источник магнитного поля и отстойник эмульсии, при этом заряженный электрод расположен под слоем отстоявшейся воды, а электрод противоположной полярности выполнен в виде конуса.

Недостатком известного устройства является недостаточная эффективность и интенсивность обезвоживания и обессоливания водонефтяных и водомасляных эмульсий.

Задачей полезной модели является повышение эффективности и интенсивности обезвоживания и обессоливания водонефтяных и водомасляных эмульсий.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для обезвоживания и обессоливания водонефтяных и водомасляных эмульсий, содержащем источник вращающегося магнитного поля, выполненный в виде асинхронного двигателя, корпус с входными и выходными патрубками, внутри которого на днище расположен отрицательно заряженный сетчатый электрод, а в полости - положительно заряженный первый конусный электрод, источник высокого напряжения, создающий неоднородное электрическое поле, при этом полость корпуса разделена на зоны отстоявшейся воды, отстоя капель воды и коалесценции капель воды, а отрицательно заряженный сетчатый электрод расположен в зоне отстоявшейся воды, согласно предлагаемой модели, в него дополнительно введены положительно заряженный второй конусный электрод и положительно заряженный третий электрод, при этом положительно заряженный первый конусный электрод, дополнительно введенные положительно заряженный второй конусный электрод и положительно заряженный третий электрод установлены в полости корпуса на ферромагнитном роторе с возможностью вращения, причем конусные электроды выполнены с разными углами наклона сторон электродов и возможностью увеличения напряженности неоднородного электрического поля между конусными электродами по высоте их расположения в корпусе, вращающееся неоднородное электрическое поле создается источником высокого напряжения при вращении ферромагнитного ротора с расположенными на нем первым, вторым и третьим электродами.

Устройство может содержать более двух положительно заряженных конусных электродов с разными углами наклона сторон электродов и возможностью увеличения напряженности неоднородного электрического поля между конусными электродами по высоте их расположения в корпусе.

Отрицательно заряженный сетчатый электрод и входные патрубки могут быть расположены на боковой части днища корпуса с возможностью подачи эмульсии по периметру корпуса в направлении, совпадающим с направлением вращения магнитного поля и положительно заряженных электродов.

Источник высокого напряжения, создающий неоднородное электрическое поле между положительно заряженными электродами, может быть выполнен в виде источника переменного напряжения.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором схематично изображен общий вид предлагаемого устройства для обезвоживания и обессоливания водонефтяных и водомасляных эмульсий.

Цифрами на чертеже обозначены:

1 - корпус с входными и выходными патрубками,

2 - источник вращающегося магнитного поля,

3 - отрицательно заряженный сетчатый электрод,

4 - первый положительно заряженный конусный электрод,

5 - второй положительно заряженный конусный электрод,

6 - третий положительно заряженный электрод,

7 - зона отстоявшейся воды,

8 - зона отстоя капель воды,

9 - зона коалесценции капель воды,

10 - ферромагнитный ротор.

Устройство для обезвоживания и обессоливания водонефтяных и водомасляных эмульсий содержит корпус 1 с входными и выходными патрубками, источник 2 вращающегося магнитного поля, источник высокого напряжения (на чертеже условно не показан). Внутри корпуса 1 на днище расположен отрицательно заряженный сетчатый электрод 3, а в полости - положительно заряженный первый конусный электрод 4. Полость корпуса 1 разделена на зоны 7, 8 и 9, соответственно, отстоявшейся воды, отстоя капель воды и коалесценции капель воды. Отрицательно заряженный сетчатый электрод 3 расположен в зоне 7 отстоявшейся воды.

Отличием устройства для обезвоживания и обессоливания водонефтяных и водомасляных эмульсий является то, что в него дополнительно введены положительно заряженный второй конусный электрод 5 и положительно заряженный третий электрод 6. Источник высокого напряжения создает неоднородное электрическое поле между электродами 4, 5 и 6.

Положительно заряженный первый конусный электрод 4, дополнительно введенные положительно заряженный второй конусный электрод 5 и положительно заряженный третий электрод 6 установлены в полости корпуса 1 на ферромагнитном роторе 10 с возможностью вращения. Конусные электроды 4 и 5 выполнены с разными углами наклона сторон электродов (с меняющимся от электрода к электроду углом наклона стороны конуса) и возможностью увеличения напряженности неоднородного электрического поля между конусными электродами по высоте их расположения в корпусе 1. Источник 2 вращающегося магнитного поля выполнен в виде асинхронного двигателя, статорные обмотки которого создают вращающееся магнитное поле. Вращающееся неоднородное электрическое поле создается источником высокого напряжения при вращении ферромагнитного ротора 10 с расположенными на нем первым 4, вторым 5 и третьим 6 электродами.

Устройство может содержать более двух положительно заряженных конусных электродов 4 и 5 с разными углами наклона сторон электродов и возможностью увеличения напряженности неоднородного электрического поля между конусными электродами по высоте их расположения в корпусе 1.

Отрицательно заряженный сетчатый электрод 3 и входные патрубки могут быть расположены на боковой части днища корпуса 1 с возможностью подачи эмульсии по периметру корпуса 1 в направлении, совпадающим с направлением вращения магнитного поля и положительно заряженных электродов 4, 5 и 6.

Источник высокого напряжения, создающий неоднородное электрическое поле между положительно заряженными электродами 4, 5 и 6, выполнен в виде источника переменного напряжения.

Устройство для обезвоживания и обессоливания водонефтяных и водомасляных эмульсий работает следующим образом.

Одновременно включают насос подачи эмульсии, привод вращения ферромагнитного ротора 10 с электродами 4, 5 и 8, питание источника 2 вращающегося магнитного поля и источника высокого напряжения, создающего вращающееся неоднородное электрическое поле между положительно заряженными электродами 4, 5 и 6. В начале работы патрубки для удаления воды, газа и нефти закрыты. Открывают боковой нижний патрубок для подачи эмульсии, и эмульсия поступает в корпус 1. Далее эмульсия пропускается сквозь отрицательно заряженный сетчатый электрод 3, расположенный в зоне 7 под слоем отстоявшейся воды, имеющей тот же отрицательный электрический потенциал и выполняющей роль заряженного электрода. Проходя сквозь отрицательно заряженный электрод 3 капли воды эмульсии заряжаются, попадают в зону 7 отстоявшейся воды, где эмульсия теряет наиболее крупные капли воды, обессоливается и, получая дополнительный заряд, так как слой воды имеет отрицательный потенциал, попадает в межэлектродное пространство зоны 8 отстоя капель воды, расположенное между поверхностью третьего, положительно заряженного, электрода 6 и поверхностью слоя воды. В зоне 8 отстоя капель воды на эмульсию воздействуют вращающиеся неоднородное электрическое и магнитное поля. Далее эмульсия перемещается по направлению ко второму 5 и первому 4 положительно заряженным конусным электродам, на которых, в зоне вращающихся магнитного и неоднородного электрического полей, осуществляется нейтрализация капель путем передачи заряда электродам 4, 5 и 6, коалесценция капель воды в зоне 9 и отстой в зоне 8. Очищенная нефть (масло) скапливается в верхней части корпуса 1 и удаляется через выходной патрубок.

Рассмотрим более подробно этапы обезвоживания и обессоливания эмульсии при воздействии на нее узлов и элементов устройства.

1. Вначале эмульсия вводится в устройство через боковой патрубок и пропускается через отрицательно заряженный сетчатый электрод 1, где капли воды получают отрицательный заряд. Ввод эмульсии осуществляется по периметру корпуса 1 в направлении, совпадающим с направлением вращения магнитного поля и электродов 4, 5, 6. Это создает закрученность потока эмульсии и дополнительную центробежную силу, отбрасывающую более тяжелые капли воды к внешнему периметру корпуса 1 устройства. Далее капли воды попадают в зону 7 отстоявшейся воды, в которой улавливаются наиболее крупные капли воды. Например, при концентрации воды равной 10%, задерживается 3% воды.

2. Выше слоя отстоявшейся воды находится промежуточный слой с меньшей концентрацией воды, куда попадают более мелкие капли эмульсии, которые коалесцируют, подвергаясь одновременно обработке электромагнитными полями:

а) вращающимся магнитным полем (ВМП), создаваемым статорными обмотками асинхронного двигателя, б) вращающимся неоднородным переменным электрическим полем, создаваемым между поверхностью воды и вращающимися электродами 4, 5, 6, на которые подано переменное напряжение.

Величина напряженности неоднородного удельного электрического поля Е уд между электродами 4, 5, 6 увеличивается по высоте расположения электродов за счет уменьшения межэлектродного расстояния (сужение конусов). Это вызвано необходимостью наращивание величины напряженности удельного электрического поля Еуд для увеличения сил FD диполь-дипольных взаимодействий по мере снижения с высотой корпуса 1 концентрации воды в эмульсии и увеличения расстояния между каплями. Например, при концентрациях воды, меньших 2,9%, расстояние между капельками-диполями становится больше их шести радиусов. То есть, при малых концентрациях, силы диполь-дипольного притяжения капелек пренебрежимо малы и принцип отделения воды в электрическом поле не работает. Повышая Еуд между электродами 4, 5 и 6 с ростом высоты их расположения, создаются условия для создания сил FD между мелкими каплями при малых концентрациях.

Таким образом, в зоне вращающихся электродов 4, 5, 6 и вращающегося магнитного поля на капли действуют силы:

а) притяжения, определяемые диполь-дипольным взаимодействием между каплями-диполями, возникающие в результате действия напряжений между электродами 4, 5, 6, увеличивающихся с высотой их расположения и создающих большие электрические поля, воздействующие на капли. При этом, поскольку электроды расположены на ферромагнитном роторе 10, они вслед за ротором осуществляют вращательное движение по принципу ротора асинхронного двигателя, препятствуя своим вращательным движением формированию «цепочек» капель между электродами, шунтирующих электрический потенциал,

б) FG градиента gradE электрического поля ЕO создаваемого расширяющимися к оси вращения расстоянием между электродами.

Под действием этих сил капли будут перемещаться по градиенту gradE в зону максимальной величины поля EO где капли интенсивнее коалесцируют;

в) FL Лоренца.

Здесь перемещается не капля, а вращающееся магнитное поле (ВМП) со скоростью . Под действием сил FL заряженные мелкие капли перемещаются вниз, где их концентрация выше. Вследствие постоянного вращения капель под действием ВМП, происходит разрушение «цепочек» капель между электродами.

Кроме того, ввиду наличия заряда и дипольного момента капли стремятся по направлению градиента gradB магнитного поля, который имеет вектор к периметру корпуса, то есть ближе к источнику 2 магнитного поля. Здесь капли также интенсивнее коалесцируют и оседают.

Пример конкретной обработки вращающимися магнитными (ВМП) и переменными электромагнитными (ЭМП) полями концентрированных эмульсий.

Испытывали воздействие ВМП и ЭМП на эмульсии средней концентрации, равной 50%. С помощью пропеллерной мешалки были приготовлены три образца водонефтяной эмульсии объемом 200 мл с 50%-ным содержанием воды. Температура Т эмульсии составляла 23°С. Вода с нефтью перемешивалась в течении 10 минут до получения однородной дисперсности со средним размером капель DCA, равным 6 мкм. Контрольный образец затем сравнивался с эмульсией, подвергнутой воздействию вращающихся магнитных и электрических полей.

Разделение 50%-ной эмульсии во ВМП осуществлялось на устройстве при подаче 3-х фазного напряжения 37 В с током 2 А в течение t равном 15 мин. Анализ нефтяной части расслоившейся эмульсии осуществлялся микроскопическим анализом. Он показал, что концентрация воды в нефти составляет 0,9% воды и 45,4 мг/л солей.

Удельные затраты электроэнергии составили 0,5 В·ч/дм3.

1. Устройство для обезвоживания и обессоливания водонефтяных и водомасляных эмульсий, содержащее источник вращающегося магнитного поля, выполненный в виде асинхронного двигателя, корпус с входными и выходными патрубками, внутри которого на днище расположен отрицательно заряженный сетчатый электрод, а в полости - положительно заряженный первый конусный электрод, источник высокого напряжения, создающий неоднородное электрическое поле, при этом полость корпуса разделена на зоны отстоявшейся воды, отстоя капель воды и коалесценции капель воды, а отрицательно заряженный сетчатый электрод расположен в зоне отстоявшейся воды, отличающееся тем, что в него дополнительно введены положительно заряженный второй конусный электрод и положительно заряженный третий электрод, при этом положительно заряженный первый конусный электрод, дополнительно введенные положительно заряженный второй конусный электрод и положительно заряженный третий электрод установлены в полости корпуса на ферромагнитном роторе с возможностью вращения, причем конусные электроды выполнены с разными углами наклона сторон электродов и возможностью увеличения напряженности неоднородного электрического поля между конусными электродами по высоте их расположения в корпусе, вращающееся неоднородное электрическое поле создается источником высокого напряжения при вращении ферромагнитного ротора с расположенными на нем первым, вторым и третьим электродами.

2. Устройство для обезвоживания и обессоливания водонефтяных и водомасляных эмульсий по п.1, отличающееся тем, что оно содержит более двух положительно заряженных конусных электродов с разными углами наклона сторон электродов и возможностью увеличения напряженности неоднородного электрического поля между конусными электродами по высоте их расположения в корпусе.

3. Устройство для обезвоживания и обессоливания водонефтяных и водомасляных эмульсий по п.1, отличающееся тем, что отрицательно заряженный сетчатый электрод и входные патрубки расположены на боковой части днища корпуса с возможностью подачи эмульсии по периметру корпуса в направлении, совпадающим с направлением вращения магнитного поля и положительно заряженных электродов.

4. Устройство для обезвоживания и обессоливания водонефтяных и водомасляных эмульсий по п.1, отличающееся тем, что источник высокого напряжения, создающий неоднородное электрическое поле между положительно заряженными электродами, выполнен в виде источника переменного напряжения.



 

Похожие патенты:

Полезная модель относится к добыче тяжелой нефти или минералов из подземных нефтеносных пластов

Изобретение относится к электровырабатывающей промышленности, а именно к изготовлению генераторов тока

Полезная модель относится к радиолокации, в частности к приемным устройствам, предназначенным для работы в составе активной фазированной антенной решетки (АФАР) радиолокационной станции (РЛС). Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение потенциала РЛС с АФАР (дальности обнаружения цели) путем уменьшения потерь во входных цепях, а также увеличение надежности путем уменьшения количества кабельных соединений за счет объединения в одном корпусе 32-х высокочастотных приемных каналов с одновременным интегрированием в конструкцию модуля (без промежуточных кабельных соединений) 32-х диполей, что позволяет данному модулю выполнять функцию подрешетки антенной решетки.

Полезная модель относится к области радиоэлектроники и может быть использована в качестве маскировочного средства, предназначенного для защиты движущихся объектов от систем радиолокационного обнаружения
Наверх