ТУРБУЛИЗИРОВАННЫЙ КАВИТАТОР-ЭМУЛЬСАТОР ТЯЖЕЛЫХ НЕФТЕПРОДУКТОВ
TURBULISED CAVITATOR-EMULSIFIER OF HEAVY OIL PRODUCTS

Изобретение относится к энергетике, а именно к устройствам для приготовления водотопливных эмульсий и суспензий, а также восстановительной обработки застарелых мазутов. Оно может быть использовано для кавитационной обработки тяжелой нефти с образованием гомогенной мелкодисперсной эмульсии (суспензии) на выходе устройства перед транспортировкой.
Известен турбулизированный кавитатор-эмульсатор тяжелых нефтепродуктов, содержащий прямоточный корпус с последовательно установленными в нем турбулизатором и кавитатором (см. патент RU 30094 U1, кл. F23K 5/00, опубл. 20.06.2003). Недостатками известного устройства являются относительно большие габариты и металлоемкость, сложность в изготовлении, высокое гидравлическое сопротивление и необходимость многократной обработки смеси для получения гомогенной эмульсии.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в повышении качества получаемой эмульсии, надежности работы и улучшении технико-экономических параметров процесса приготовления мелкодисперсной эмульсии. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что турбулизированный кавитатор-эмульсатор тяжелых нефтепродуктов, содержащий прямоточный корпус с последовательно установленными в нем турбулизатором и кавитатором, который выполнен в виде, по крайней мере, двух рядов стержней, закрепленных в стенках корпуса перпендикулярно потоку на одинаковом расстоянии между собой, причем число стержней в рядах увеличивается с увеличением поперечного сечения канала, и стержни установлены в стенках корпуса по плотной посадке. Стержни могут быть выполнены в виде цилиндров, на которых могут быть выполнены продольные лыски или пазы с противоположной по потоку стороны. Предпочтительно кавитатор выполнен в виде трех рядов стержней, причем расположенные в корпусе части стержней выполнены в виде цилиндров, при этом во втором ряду по ходу потока на цилиндрах выполнены продольные лыски с противоположной по потоку стороны, а в стержнях третьего ряда с той же стороны выполнены продольные пазы.
На фиг.1 представлено осевое сечение предлагаемого кавитатора-эмульсатора;
на фиг.2 - поперечное сечение по плоскости А-А на фиг.1;
на фиг.3 - поперечное сечение по плоскости Б-Б на фиг.1;
на фиг.4-6 изображены поперечные сечения стержней кавитатора-эмульсатора для цилиндрического варианта исполнения, а также вариантов с лыской и пазом соответственно.
Турбулизированный кавитатор-эмульсатор тяжелых нефтепродуктов содержит прямоточный корпус 1, в котором расположены турбулизатор 2 и кавитатор. Кавитатор выполнен в виде рядов стержней 3, закрепленных в стенках корпуса 1 по плотной посадке перпендикулярно потоку на одинаковом расстоянии между собой. Число стержней в рядах увеличивается с увеличением поперечного сечения канала.
Предпочтительно кавитатор выполнен в виде трех рядов стержней. Расположенные в корпусе части стержней выполнены в виде цилиндров (фиг.4). Во втором ряду по ходу потока на цилиндрах выполнены продольные лыски с противоположной по потоку стороны (фиг.5). В стержнях третьего ряда с той же стороны выполнены продольные пазы (фиг.6).
Турбулизатор 2 представляет собой коаксиальные с трубопроводом нефтепродукта участки сужения-расширения проходного сечения трубопровода, обеспечивающие многократные ускорения-торможения потока с изменением направления движения потока, что приводит к образованию вихрей. Турбулизатор 2 преобразует ламинарный режим течения высоковязкой жидкости в турбулентный, способствующий интенсивному перемешиванию разнородных компонентов жидкости перед входом в канал кавитационной обработки. Таким образом, предлагаемое устройство существенно снижает кратность обработки нефтепродукта, необходимой для получения гомогенной эмульсии. В других известных из уровня техники устройствах необходимость длительной многократной обработки связана с тем, что при наличии в нефтепродукте инородных гомогенных жидкостных включений большого объема (больших, чем объем канала кавитационной обработки) образования эмульсии не происходит, так как при этом в кавитационном канале не происходит смешивания жидкостей, образующих эмульсию. Предлагаемое устройство предварительной турбулизации обеспечивает эффективное смешивание нефтепродукта и инородных жидкостей, поскольку это перемешивание происходит в объеме, в несколько десятков раз превышающем объем канала кавитационной обработки. Установка предварительного турбулизирующего устройства лишь незначительно (не более чем на 5-10%) увеличивает общее гидравлическое сопротивление кавитатора-эмульсатора.
В предлагаемом устройстве кавитационная обработка жидкости производится в профилированных узких каналах с гладкими стенками, без дополнительных перегородок, причем оси каналов коаксиальны оси трубопровода. Предлагаемая конструкция канала - плоский канал щелевого типа с гладкими стенками. В канале предусмотрен начальный участок для ускорения потока, сужающийся по направлению потока, далее - критическое сечение с переходом в расширяющуюся часть. В начале расширяющейся части расположена первая группа стержней, вызывающих кавитацию. Оси стержней перпендикулярны плоскости щелевого канала. Предлагаемое устройство характеризуется надежным безрезьбовым закреплением вызывающих кавитацию стержней непосредственно на стенках каналов, без каких-либо перегородок. Резьбовое соединение, используемое в известных устройствах, нецелесообразно, поскольку при длительной интенсивной работе с тяжелыми нефтепродуктами резьба закоксовывается и повторно ее использовать невозможно. В предлагаемой конструкции стержни устанавливаются на плотной посадке, что обеспечивает легкую замену в случае ремонта.
Предлагаемое профилирование стержней облегчает отрыв струи потока с образованием кавитационной каверны. В то же время цилиндрическая часть стержня, обращенная к набегающему потоку, выполняется гладкой, с высоким классом чистоты обработки, это снижает гидравлическое сопротивление устройства. Известное из уровня техники применение рифленых поверхностей стержней, вызывающих кавитацию, не оправдано, т.к. для вязких жидкостей мелкие неровности поверхности способствуют лишь увеличению толщины пограничного пристеночного слоя жидкости, скорость которого невелика, кавитация в нем не развивается, а лишь увеличивается гидравлическое сопротивление устройства без повышения интенсивности кавитационной обработки. Торможение жидкости на плохо обработанных или рифленых поверхностях снижает скорость потока, увеличивает бесполезные тепловые потери и требует больших энергозатрат для ускорения жидкости с целью получения гидродинамической кавитации. Стержни в пределах одной группы расположены строго эквидистантно, что обеспечивает равномерность кавитационного воздействия на весь поток жидкости. Группы стержней расположены на строго определенном расстоянии, обеспечивающем возможность образования стоячих ультразвуковых волн в объеме протекающей через канал жидкости.