ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОР ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ НЕСМЕШИВАЮЩИХСЯ ЖИДКОСТЕЙ С РАЗЛИЧНОЙ ПЛОТНОСТЬЮ
WHIRLER SEPARATOR FOR IMMISCIBLE DIFFERENT-DENSITY FLUIDS

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано для сепарации нефти и воды.
Известен центробежный сепаратор для разделения разноплотных фракций текучих сред, включающий кожух, установленный на валу барабан, состоящий из основания и крышки, образующих на периферии шламовое пространство, разделенное по периметру барабана перегородкой на две кольцевые зоны, размещенный в барабане вставкодержатель с пакетом вставок, сопла для выгрузки разделенных тяжелых фракций и средство для отвода легкой фракции (заявка на изобретение №98105599, МПК В04В 1/08, В04В 11/02, опубл. 20.03.2000. БИ №9).
Недостатком известного устройства является конструктивная сложность и ограниченная производительность.
Известен центробежный сепаратор для разделения несмешивающихся жидкостей с использованием кинетической энергии перекачиваемого продукта. Сепаратор содержит входной патрубок с направляющим аппаратом, неподвижный корпус, устройство закручивания потока смеси жидкостей (закручивающий аппарат с лопатками и турбиной), механический разделитель (направляющие - ловушки, направленные в приемник-накопитель), выгружающий аппарат с непрерывной выгрузкой (заслонки приемника-накопителя) [Патент на полезную модель №63242, МПК B01D 21/26, опубл. 27.05.2007, БИ №14].
Недостатком данного устройства, выбранного в качестве прототипа, является сложность конструктивного исполнения и недостаточно высокое качество разделения исходного продукта, обусловленное невысоким значением центробежной силы закрученного потока.
Технический результат - упрощение конструкции сепаратора и повышение качества разделения смеси жидкостей.
Технический результат достигается тем, что в центробежном сепараторе для разделения несмешивающихся жидкостей с различной плотностью с использованием кинетической энергии перекачиваемого продукта, содержащем входной патрубок, устройство закручивания потока смеси жидкостей, механический разделитель и выгружающий аппарат с непрерывной выгрузкой, входной патрубок присоединен к сепаратору по касательной к корпусу устройства закручивания потока, выполненного в виде плоской архимедовой спирали, направляющей движение потока от периферии к центру, а разделитель потоков выполнен в виде неподвижной перегородки, снабженной поворотной лопастью с возможностью поворота ее сервоприводом, соединенным с системой управления, вход которой соединен с датчиком положения линии раздела жидкостей, при этом датчик положения линии раздела жидкостей выполнен в виде контактной гребенки, между соседними зубцами которой включены резисторы одинакового номинала, а определение положения линии раздела жидкостей производится по формуле:
где L - расстояние до границы раздела жидкостей со стороны нефти, мм;
гр
R - измеренное сопротивление гребенки, кОм;
р
R - сопротивление одного резистора, кОм;
l - расстояние между зубцами гребенки, мм.
На фиг.1 изображен общий вид сепаратора.
На фиг.2 представлена схема устройства сепаратора и движения потока смеси жидкостей.
На фиг.3 показана схема устройства датчика границы раздела жидкостей.
Объект - устройство сепарации несмешивающихся жидкостей с различной плотностью (фиг.1) содержит входной патрубок 1, присоединенный к спирали 2, в центре которой размещены труба для вывода нефти 3 и труба для вывода воды 4. Сепаратор снабжен сервоприводом 5. Между трубами 3 и 4 размещена разделительная перегородка 6 (фиг.2). Поперек потока жидкости установлен датчик положения границы раздела жидкостей 7, соединенный с входом системы управления 8, выполненного в виде, например, контроллера. Выходной вал сервопривода 5 соединен с поворотным валом 9, к которому прикреплена подвижная лопасть 10. Датчик 7 содержит гребенку электродов 11 и резисторы 12 (фиг.3).
Сепаратор работает следующим образом.
В патрубок 1 направляют поток смеси жидкостей, обладающий собственной кинетической энергией. Поток, двигаясь по каналу 2, имеющему форму плоской архимедовой спирали, подвергается воздействию центробежной силы, причем, чем ближе жидкость подходит к центру, тем большая величина центробежной силы на нее действует (фиг.2). Поскольку в потоке движутся жидкости с разной плотностью, например нефть и вода, центробежная сила действует на них по-разному. Вода, как более плотная жидкость, движется вдоль внешней стенки канала, а нефть вытесняется к внутренней стенке. При подходе к разделительной перегородке 6 жидкость представляет собой два сформированных слоя - нефти и воды.
р
в
р
в
р
р
гр
Датчик положения границы раздела жидкостей 7 выполнен в виде гребенки электродов 11 (фиг.3), размещенных в изолирующем корпусе, например пластмассовом. Электроды, расположенные в одну линию с постоянным шагом, например, l=3 мм, соединены в электрическую схему в виде линейки резисторов 12 одинакового номинала. Величина сопротивления резисторов подбирается из условия R»R, где R - величина сопротивления резистора, R - величина сопротивления минерализованной воды. Например, на расстоянии между электродами 3 мм сопротивление воды не превышает 10 Ом. Выбираем R=1 кОм. Установленная поперек потока гребенки электродов 11 имеет общее сопротивление R=R·n, где n - количество электродов, например 100, т.е. общее сопротивление всей гребенки будет 100 кОм. При взаимодействии с потоком, содержащим слой минерализованной воды и слой нефти, часть электродов гребенки 11 замыкается водой, а та часть электродов, которая омывается потоком нефти, не изменяет своего сопротивления. По изменению общего сопротивления можно судить о ширине потоков нефти и воды. Например, измеренная величина сопротивления гребенки R=21,4 кОм. Исходя из этого, а также учитывая геометрические параметры гребенки (расстояния между электродами 3 мм, длина гребенки 300 мм), можно определить положение границы раздела нефти и воды L по формуле, предварительно округлив полученную величину сопротивления до целого значения:
Ошибка определения положения границы раздела жидкостей - нефти и воды - составляет не более 0,5 l, т.е. не превышает 1,5 мм, относительная приведенная погрешность не более 0,5%.
Информация о положении границы раздела жидкостей поступает на вход системы управления 8, выход которой соединен с сервоприводом 5. Сервопривод 5 через поворотный вал 9 поворачивает лопасть 10 так, что ее острие устанавливается по границе раздела жидкостей, при этом нефть будет удаляться через трубу 3, а вода - через трубу 4.
Из приведенного примера видно, что использование архимедовой спирали с потоком жидкости, движущимся от периферии к центру, позволяет увеличить значение центробежной силы за счет уменьшения радиуса спирали у центра, что приводит к увеличению производительности сепаратора. Упрощение конструкции сепаратора обеспечивается за счет исключения вращающихся частей и использованием меньшего количества деталей и узлов, что позволяет уменьшить затраты на ее изготовление и повысить надежность функционирования. Использование предлагаемого сепаратора обеспечивает также высокое качество разделения смеси, практически полностью устраняющее попадание воды в нефть за счет увеличения центробежных сил, усиливающихся при движении смеси к центру.
Предлагаемая конструкция находит промышленное применение для подготовки товарной нефти на нефтепромыслах.