Устройство для очистки и разделения неустойчивых водонефтяных эмульсий

(51) 01 17/028 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ центробежного сепаратора, имеющего горизонтальный цилиндрический корпус, снабженный магнитной системой в виде наружной многовитковой катушки,и состоящий из эжекторной камеры смешения и разгонной камеры,соединенных патрубком в виде сопла Лаваля,емкость сепаратора-фазоразделителя с патрубками отвода газообразной и жидких фаз, включающую вертикальную перегородку, разделяющую емкость сепаратора-фазоразделителя на первую зону и вторую зону, разгонная камера центробежного сепаратора соединена с первой зоной емкости сепаратора-фазоразделителя патрубком для ввода эмульсии в виде сопла Лаваля, причем оно снабжено цилиндрическим фазоразделителем с концентрически выполненными трубчатыми элементами с боковыми окнами для выхода эмульсии и нижним шламосборником с патрубком для удаления шлама, а патрубок ввода эмульсии из второй зоны сепаратора-фазоразделителя в цилиндрический фазоразделитель образован напорной магистралью подачи эмульсии,снабженной напорным и струйным насосами, в последний встроен подающий патрубок для эжектирования ингибитора защиты от солеотложений. Изобретение позволяет повысить эффективность разделения неустойчивых водонефтяных эмульсий и предотвратить солеотложение в нефтяном оборудовании.(72) Нурсеитов Абат Акмуканович Поветкин Виталий Васильевич Карим Медет Сапиулы Кушербаев Жанболат Серикович Байшуаков Аскар Абжамиевич(73) Байшуаков Аскар Абжамиевич Поветкин Виталий Васильевич Карим Медет Сапиулы(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ И РАЗДЕЛЕНИЯ НЕУСТОЙЧИВЫХ ВОДОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ(57) Изобретение относится к устройствам для разделения эмульсий несмешивающихся жидкостей,а именно к сепараторам-фазоразделителям, и может быть использовано для разделения эмульсий,образующихся в результате нефтедобычи,нефтепереработки, при транспортировке газа. Устройство для очистки и разделения неустойчивых водонефтяных эмульсий, включает патрубок ввода исходной водонефтяной эмульсии,патрубок ввода тяжелого компонента и патрубок ввода деэмульгатора, соединенные с загрузочным патрубком, узел ввода эмульсии, соединенный с загрузочным патрубком,образованный из Изобретение относится к устройствам для разделения эмульсий несмешивающихся жидкостей,а именно к сепараторам-фазоразделителям, и может быть использовано для разделения эмульсий,образующихся в результате нефтедобычи,нефтепереработки, при транспортировке газа. Известно устройство для разделения неустойчивых эмульсий, образующихся при работе вакуумной установки перегонки нефтяного сырья,включающее емкость сепаратора-фазоразделителя,содержащую узел ввода исходной смеси-эмульсии с патрубком ввода и патрубками отвода газообразных и жидких фаз. Узел ввода выполнен в виде конденсирующей зоны сепаратора-фазоразделителя,отделенного от остального его внутреннего пространства вертикальной сильфонной перегородкой, разделяющей емкость на зоны. Первая зона является конденсирующей, а другая,сообщенная с ней через верхний переточный канал,образованный между верхним срезом сильфонной перегородки и внутренней поверхностью емкости,снабжена газоотделяющими элементами,выполненными в виде наклонных полок со сливом эмульсии в сторону сильфонной перегородки и расположенными над коалесцирующими элементами, выполненными в виде пакета плоских пластин, установленных с наклоном относительно продольной оси сепаратора-фазоотделителя (Пат.2110556, кл. 10 33/06, 01 10/028, 17/04,3/10, оп. 1008 г.). Недостатком устройства является невысокая эффективность разделения,связанная с недостаточной скоростью введения эмульсии, кроме того, устройство не обеспечивает очистку эмульсий от твердых примесей. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для очистки и разделения неустойчивых водонефтяных эмульсий,включающее патрубок ввода исходной водонефтяной эмульсии, патрубок ввода тяжелого компонента, образующего первоначальный слой эмульсии и патрубок ввода деэмульгатора, жестко соединенные между собой и с верхним концом загрузочного патрубка,выполненного с возможностью совместного ввода эмульсии,тяжелого компонента и деэмульгатора. Узел ввода эмульсии, соединенный с загрузочным патрубком,образован из центробежного сепаратора,выполненного с возможностью образования коалесцирующей зоны разделения эмульсии, имеет горизонтальный цилиндрический корпус,снабженный магнитной системой в виде наружной многовитковой катушки, и состоит из эжекторной камеры смешения и разгонной камеры, соединенных патрубком в виде сопла Лаваля. Емкость сепаратора-фазоразделителя имеет патрубки отвода газообразной и жидких фаз и сильфонную перегородку, разделяющую ее на первую зону и вторую зону, сообщенную с ней каналом,образованным верхним срезом перегородки и поверхностью емкости. В первой зоне выполнена вертикальная перегородка, не доходящая до дна,образующая нижним срезом с дном емкости и с 2 сильфонной перегородкой нижний горизонтальный и средний вертикальный канал. Емкость сепараторафазоразделителя во второй коалесционной зоне имеет газоотделяющие элементы в виде наклонных полок и коалесцирующие элементы в виде пакета плоских пластин. Разгонная камера центробежного сепаратора соединена с первой зоной сепараторафазоразделителя патрубком для ввода эмульсии в виде сопла Лаваля, установленного параллельно продольной оси с возможностью подачи эмульсии под прямым углом к вертикальной перегородке,расположенной на расстоянии 6-8 диаметров критического диаметра сопла (Пат.22219, кл. 01 17/028, 17/04, оп. 15.01.2010 г.). Недостатком указанного устройства является не полное отделение газообразных и твердых фракций в коалесционной зоне из-за трудности образования стабильного ламинарного потока эмульсии на коалесцирующих наклонных пластинах, что снижает качество выходящего продукта. Задачей изобретения является создание устройства для очистки и разделения неустойчивых водонефтяных эмульсий, позволяющего повысить эффективность разделения. Кроме того,техническим результатом предлагаемого технического решения является также предотвращениесолеотложений в нефтяном оборудовании. Для достижения технического результата устройство для очистки и разделения неустойчивых водонефтяных эмульсий, включающее патрубок ввода исходной водонефтяной эмульсии, патрубок ввода тяжелого компонента,образующего первоначальный слой эмульсии и патрубок ввода деэмульгатора, жестко соединенные между собой и с верхним концом загрузочного патрубка,выполненного с возможностью совместного ввода эмульсии, тяжелого компонента и деэмульгатора,узел ввода эмульсии, соединенный с загрузочным патрубком, и образованный из центробежного сепаратора,выполненного с возможностью образования коалесцирующей зоны разделения эмульсии и имеющего горизонтальный цилиндрический корпус, снабженный магнитной системой в виде наружной многовитковой катушки,и состоящий из эжекторной камеры смешения и разгонной камеры, соединенные патрубком в виде сопла Лаваля, емкость сепаратора-фазоразделителя с патрубками отвода газообразной и жидких фаз,включающий вертикальную перегородку,разделяющую емкость сепаратора-фазоразделителя на первую зону и вторую зону, сообщенную с ней через нижний горизонтальный переточный канал,образованный между нижним срезом перегородки и внутренней поверхностью емкости, при этом разгонная камера центробежного сепаратора соединена с первой зоной емкости сепараторафазоразделителя патрубком для ввода эмульсии в виде сопла Лаваля, установленного параллельно продольной оси с возможностью подачи эмульсии под прямым углом к вертикальной перегородке,расположенной на расстоянии 6-8 диаметров критического диаметра сопла, согласно изобретения снабжено установленным вертикально цилиндрическим фазоразделителем с концентрически выполненными трубчатыми элементами, имеющими боковые окна для выхода эмульсии и нижним шламосборником с патрубком для удаления шлама,а патрубок ввода эмульсии из второй зоны емкости сепаратора-фазоразделителя в цилиндрический фазоразделитель образован напорной магистралью подачи эмульсии, снабженной напорным и струйным насосами, причем в последний встроен подающий патрубок для эжектирования ингибитора защиты от солеотложений. Предлагаемое устройство для разделения неустойчивых водонефтяных эмульсий представлено на чертежах. На фиг.1 схематично представлен общий вид устройства. На фиг.2 - первая камера центробежного сепаратора, разрез по А-А. На фиг.3 - разрез струйного насоса. Предлагаемое устройство для разделения неустойчивых водонефтяных эмульсий содержит емкость сепаратора-фазоразделителя 1 с патрубками отвода газообразной и жидких фаз 2, 22, 23,включающую вертикальную перегородку 11,разделяющую емкость 1 на первую зону и вторую зону, сообщенную с ней через нижний горизонтальный переточный канал 21,образованный между нижним срезом перегородки 11 и дном емкости. Узел ввода эмульсии 5, образован из центробежного сепаратора 9, выполненного с возможностью образования коалесцирующей зоны разделения эмульсии и имеет горизонтальный цилиндрический корпус, составленный из двух камер 17 и 18, соединенных между собой патрубком 19, образованным из сопла Лаваля. Первая камера 17 выполнена в виде эжекторной камеры смешения,вторая 18 - разгонная камера, соединена с первой зоной емкости сепаратора-фазоразделителя 1 посредством патрубка для ввода эмульсии,образованного из выходного сопла Лаваля,установленного параллельно продольной оси с возможностью подачи эмульсии под прямым углом к вертикальной перегородке 11. Патрубок ввода эмульсии 14, патрубок ввода тяжелого компонента 15,образующего первоначальный слой эмульсии и патрубок ввода деэмульгатора 16 жестко соединены между собой и жестко соединены с верхним концом загрузочного патрубка 13, выполненного с возможностью совместного ввода эмульсии, тяжелого компонента и деэмульгатора и размещенного на входе в первую камеру 17 центробежного сепаратора 9. Наружная поверхность корпуса центробежного сепаратора 9 снабжена многовитковой катушкой 20, образующей магнитную систему. Вертикальная перегородка 11 закреплена на расстоянииот патрубка 10 для ввода эмульсии в емкость сепаратора-фазоразделителя 1, образованного из сопла Лаваля, равном по величине 6-8 диаметрам критического диаметра сопла 10 . Магнитная система 20 корпуса центробежного сепаратора 9 выполнена с возможностью создания переменного магнитного поля(например,переменного магнитного поля с частотой 25 Гц). Эмульсия из второй зоны емкости сепараторафазоразделителя через патрубок 22 и напорную магистраль 25 через вентиль 3, напорный насос 4,под давлением направляется в струйный насос 8, в котором всасывается через патрубок 28 ингибитор для ликвидации солеотложений в нефтяном оборудовании и транспортных магистралях. Обогащенная ингибитором эмульсионная смесь поступает в установленный вертикально цилиндрический фазоразделитель 26 и затем через окна 32 и 33 в концентрически расположенных трубчатых элементах 30 и 31, через канал 34 отводится наружу. В нижней части цилиндрического фазоразделителя расположен шламосборник 35 с отводом шлама по каналу 27 и опорный вентиль 29. Избыток тяжелой фракции из узла ввода эмульсии 5 отводят по линии 24 с регулировочным краном (не показан) или через патрубок 23. Предлагаемое устройство для разделения неустойчивых водонефтяных эмульсий работает следующим образом. Устройство предназначено для разделения эмульсий образующихся в результате добычи или переработки нефтяного сырья. Осуществляют совместную подачу через патрубки 14, 15, 16 для ввода водонефтяной эмульсии 14, для ввода тяжелого компонента 15,образующего первоначальный слой эмульсии (вода) и ввода деэмульгатора 16 исходной смеси в загрузочный патрубок 13, через который поток исходной смеси поступает в первую эжекторную камеру смешения 17 центробежного сепаратора 9 узла ввода эмульсии 5 и закручивается в виде вихря,где начинается процесс предварительной сепарации под воздействием центробежных сил с разделением потока на центральную часть легкого компонента,который концентрируется в приосевой зоне вихря, и периферийную часть тяжелого компонента с укрупнением капель компонентов эмульсии. Затем поток смеси сужается и далее расширяется в патрубке 19, образованном из сопла Лаваля, и выбрасывается с большой скоростью во вторую разгонную камеру 18 центробежного сепаратора 9. Затем через патрубок 10, образованный из выходного сопла Лаваля, поток поступает в первую зону емкости сепаратора-фазоразделителя 1 и,ударяясь о неподвижную перегородку 11,тормозится до нулевой скорости. При этом происходит гашение кинетической энергии потока с появлением пульсаций в разделяемой эмульсии. Винтовое закручивание эмульсии с центробежном сепараторе с увеличением его скорости и дальнейшим мгновенным торможением способствует интенсивному разделению эмульсии на твердую, жидкую и газообразные фракции,способствуя дальнейшей сепарации и повышению объемной производительности устройства. Очистку эмульсии от твердых примесей осуществляют под воздействием магнитной системы 20, уложенной на наружной поверхности корпуса центробежного сепаратора 9 и деэмульгатора, который вводят в узел ввода эмульсии 5 через патрубок 16 и загрузочный патрубок 13 в смеси с исходной эмульсией и водой(тяжелый компонент). Ввод деэмульгатора в узел ввода 5 в сочетании с воздействием магнитной системы 20 изменяет вязкость и дисперсность водонефтяной эмульсии,ускоряя ее разделение на твердую, жидкую и газообразную фракции. При этом в разделяемом потоке эмульсии возникают центры кристаллизации асфальтосмолопарафиновых отложений (твердая фракция), предотвращая их дальнейшее отложение на стенках устройства, главным образом в первой эжекторной камере 17 центробежного сепаратора 9,отвод которых производят через патрубок для отвода твердой фракции (не показан). В первой зоне емкости сепараторафазоразделителя 1 газы, в виде пузырьков,поступающие вместе с эмульсией в узел ввода эмульсии 5 под воздействием генерируемых колебаний, всплывают в виде пузырьков, которые пульсируют и увеличиваются в размерах под воздействием колебаний, передаваемых жидкой фазой разделяемой эмульсии,оказывая флотирующее и коалесцирующее воздействие на дисперсную фазу эмульсии образуя с камерами 17,18 центробежного сепаратора 9 первичную зону коалесценции. При дальнейшем движении через нижний горизонтальный канал 21, верхний патрубок 22 эмульсия попадает через вентиль 3 в напорную магистраль 25, в которой напор, создающий насосом 4, подается в струйный насос 8, где под действием сил эжекции через канал 28 всасывается ингибитор для предотвращения солеотложений и затем обогащенная смесь эмульсии с ингибитором через выходные каналы струйного насоса 8 попадает по напорной магистрали 25 в цилиндрический фазоразделитель,где входящая смесь концентрически закручивается через выходные каналы концентрически расположенных труб и,поднимаясь вверх, через окна 32, 33 попадает в выходной канал 34, а тяжелая фракция смеси оседает в нижней зоне отложений в шламоотстойнике 35 фазоразделителя 26 и через каналы 27 и вентиль 29 удаляется наружу. Высокая эффективность разделения эмульсий обеспечивается за счет высокой скорости предварительного разделения неустойчивых водонефтяных эмульсий, образованных не только в результате переработки (перегонки нефти), но и в результате нефтедобычи, а совместная подача исходной эмульсии в сочетании с первоначальным вводом тяжелого компонента воды и деэмульгатора в узел ввода, а также магнитное воздействие магнитной системы центробежного сепаратора узла ввода позволяет осуществлять не только разделение,но и очистку неустойчивых эмульсий от твердых 4 примесей, увеличивая за счет этого ресурс работы установки. В отличие от устройства по прототипу легкая фракция эмульсии из емкости сепараторафазоразделителя через напорную магистраль и струйный насос, поступает в цилиндрический трубчатый фазоразделитель, при этом, многократно меняя движение по фазоразделителю, где происходит слияние и укрупнение капель эмульсии и окончательный процесс формирования слоев легкой фракции, который отводится через выходной патрубок и тяжелой фракции (шлама), который,через нижнюю часть шламоотстойник цилиндрического фазоразделителя,отводится наружу. Предлагаемое устройство для очистки и разделения неустойчивых водонефтяных эмульсий обеспечивает эффективное разделение по составу и природе компонентов широкого спектра неустойчивых водонефтяных эмульсий,образующихся при добыче и обработке нефтей в широком диапазоне вязкостей (например, в интервале 4,2-102,0 м Па С и плотностей,например, в интервале 8,35-9,13 кг/м 3), а также работоспособно в широком диапазоне нагрузок по производительности. По сравнению с устройством по прототипу предлагаемое устройство для очистки и разделения неустойчивых водонефтяных эмульсий позволяет повысить эффективность при эксплуатации ориентировочно в 1,5 раза. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Устройство для очистки и разделения неустойчивых водонефтяных эмульсий,включающее патрубок ввода исходной водонефтяной эмульсии, патрубок ввода тяжелого компонента, образующего первоначальный слой эмульсии и патрубок ввода деэмульгатора, жестко соединенные между собой и с верхним концом загрузочного патрубка,выполненного с возможностью совместного ввода эмульсии,тяжелого компонента и деэмульгатора, узел ввода эмульсии, соединенных с загрузочным патрубком, и образованный из центробежного сепаратора,выполненного с возможностью образования коалесцирующей зоны разделения эмульсии,имеющего горизонтальный цилиндрический корпус,снабженный магнитной системой в виде наружной многовитковой катушки,и состоящий из эжекторной камеры смешения и разгонной камеры,соединенных патрубком в виде сопла Лаваля,емкость сепаратора - фазоразделителя с патрубками отвода газообразной и жидких фаз, включающую вертикальную перегородку, разделяющую емкость сепаратора-фазоразделителя на первую зону и вторую зону, сообщенную с ней через нижний горизонтальный переточный канал, образованный между нижним срезом перегородки и дном емкости,при этом разгонная камера центробежного сепаратора соединена с первой зоной емкости сепаратора-фазоразделителя патрубком для ввода эмульсии в виде сопла Лаваля, установленного параллельно продольной оси с возможностью подачи эмульсии под прямым углом к вертикальной перегородке, расположенной на расстоянии 6-8 диаметров критического диаметра сопла,отличающееся тем,что оно снабжено установленным вертикально цилиндрическим фазоразделителем с концентрически выполненными трубчатыми элементами, имеющими боковые окна для выхода эмульсии и нижним шламосборником с патрубком для удаления шлама, а патрубок ввода эмульсии из второй зоны сепаратора-фазораз делителя в цилиндрический фазоразделитель образован напорной магистралью подачи эмульсии,снабженной напорным и струйным насосами,причем в последний встроен подающий патрубок для эжектирования ингибитора защиты от солеотложений.