УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОАГУЛЯЦИИ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ЧАСТИЦ ЖИДКОСТИ И ГАЗА

Полезная модель относится к области магнитной коагуляции ферромагнитных частиц в потоке жидкости или газа и может быть использована, например, в нефтегазодобывающей промышленности для очистки воды и газа от механических примесей.
Ферромагнитные частицы механических примесей, в частности, различные модификации полисульфидов, оксидов железа, содержащиеся в перекачиваемых по трубопроводам жидкости и газе, способствуют интенсификации коррозии металла труб, стабилизации водонефтяных эмульсий. Такие методы удаления ферромагнитных частиц, как отстаивание, циклонирование и фильтрование не всегда достигают требуемого эффекта. Коагуляция ферромагнитных частиц в потоке жидкости и газа позволяет повысить эффективность их удаления отстаиванием или фильтрованием без увеличения тонкости фильтровальной ячейки и, тем самым, не увеличивая гидравлическое сопротивление.
Известно устройство для магнитной обработки жидкости [Патент №2053202 РФ, C02F 1/48, 1996.], состоящее из корпуса с центральным обтекаемым телом и магнитной системой. Между корпусом и центральным телом имеется кольцевой канал. Кольцевой канал разделен на ряд винтовых каналов с помощью винтовых перегородок, установленных попарно. В пазах перегородок установлены постоянные магниты. Винтовые каналы служат для увеличения пути, проходимого обрабатываемой жидкостью.
Недостатком устройства является высокие металлоемкость и трудоемкость его изготовления и сложность очистки.
Известно [Патент РФ №2410332, C02F 1/48, 2011.], что изменяя параметры магнита и режим течения можно добиться условий, когда и частицы с низкой магнитной восприимчивостью будут удерживаться на магните, а управление процессом накопления частиц на поверхности точечных постоянных магнитов осуществляется путем изменения режима течения потока жидкости или газа у поверхности точечных постоянных магнитов.
Наиболее близким является устройство для коагуляции ферромагнитных частиц жидкости и газа [Патент №71976 РФ, C02F 1/48, 2008.], включающее корпус, внутри которого размещены перегородки в виде пластин с закрепленными на них точечными постоянными магнитами, перегородки в виде пластин установлены параллельно входящему потоку жидкости. Пластины и установленные магниты залиты антикоррозионной фиксирующей композицией.
Недостатком устройства является невозможность создания эффективной коагуляции ферромагнитных частиц в устройстве или в потоке после прохождения устройства, так как при прохождении устройства ферромагнитные частицы могут не осесть или не закрепиться на магнитной поверхности.
Задача полезной модели - простота конструкции и эффективная коагуляция ферромагнитных частиц.
Поставленная задача решается тем, что устройство для коагуляции ферромагнитных частиц жидкости и газа включает корпус, внутри которого размещены пластины с закрепленными на них точечными постоянными магнитами. Концы, установленных параллельно пластин, выполнены загнутыми по винтовой поверхности, либо по цилиндрической поверхности, либо под углом в виде двух пересекающихся плоскостей, причем загиб выполнен со стороны входа, либо на выходе, либо одновременно на входе и на выходе потока из устройства. Пластины могут быть установлены под углом к оси устройства, направляя поток к оси устройства либо к периферии. В корпусе устройства на входе перед пластинами, либо на выходе после пластин, либо
одновременно на входе и на выходе может быть установлен турбулизатор потока.
Варианты устройства представлены на фиг.1-3, где
1 - корпус;
2 - пластина;
3 - точечные постоянные магниты;
4 - турбулизатор потока.
На фиг.1 представлено устройство с параллельно расположенными пластинами и вариантами исполнения загибов пластин:
исполнение 1 - загиб пластин выполнен по винтовой поверхности;
исполнение 2 - загиб пластин выполнен по цилиндрической поверхности;
исполнение 3 - загиб пластин выполнен под углом в виде двух пересекающихся плоскостей.
На фиг.2 представлено устройство с пластинами, расположенными под углом к оси устройства.
На фиг.3 представлено устройство с пластинами, расположенными под углом к оси устройства, и турбулизаторами потока в виде лопастей винта на входе и на выходе потока жидкости или газа из устройства.
Устройство действует следующим образом. Устройство посредством фланцев на корпусе 1 устанавливается на трубопровод. При прохождении через корпус 1 поток либо жидкости, либо газа направляется к рабочим поверхностям пластин 2, где установлены постоянные магниты 3. При прохождении потока через магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами 3, находящиеся в потоке ферромагнитные частицы намагничиваются и могут либо осаждаться на поверхностях точечных магнитов вследствие действующей на них магнитной силы, где осажденные частицы укрупняются и, достигая определенных размеров, срываются с магнита; либо, если частицы не осаждаются на поверхности магнитов, то коагулируют между собой за счет турбулентных пульсаций. Стрелками показано направление движения потока жидкости или газа. Агломераты ферромагнитных частиц не распадаются вследствие действия сил со стороны магнитного поля, вызванного остаточной намагниченностью ферромагнитных частиц, и в дальнейшем либо отстаиваются, либо отфильтровываются.
Для достижения задачи полезной модели устройство выполнено в следующих вариантах:
Вариант 1. Устройство по варианту 1 представлено на фиг.1. Пластины 2 расположены параллельно оси устройства и концы пластин 2 выполнены загнутыми по винтовой поверхности (вид Б, исполнение 1), либо по цилиндрической поверхности (вид Б, исполнение 2), либо под углом в виде двух пересекающихся плоскостей (вид Б, исполнение 3), причем загиб выполнен со стороны входа в устройство, либо со стороны выхода из устройства, либо одновременно со стороны входа и выхода потока жидкости или газа. При прохождении потока жидкости или газа вдоль пластин через загнутые края поток меняет направление, что способствует большей турбулизации потока. При установке пластин с загнутыми концами в начале устройства за счет увеличения турбулизации потока уменьшается или устраняется ламинарный слой у поверхности пластин и, соответственно, у поверхности магнитов. Известно, что в ламинарном слое велика сила сопротивления потока, которая препятствует закреплению частицы на магнитной поверхности за счет магнитной силы, в результате частицы уносятся потоком, поэтому не укрупняются на магнитной поверхности. Таким образом, снижение толщины ламинарного слоя или его устранение способствует креплению частиц на магнитной поверхности, их взаимодействию и формированию агломерата (коагуляции) из частиц, который и будет срываться с магнитной поверхности за счет силы сопротивления потока. При загнутых пластинах либо в начале устройства, либо в конце устройства, либо одновременно со стороны входа и выхода потока жидкости или газа поток турбулизируется и за счет увеличения турбулентных пульсаций увеличивается вероятность столкновения намагниченных в магнитном поле частиц, за счет чего и происходит их турбулентная коагуляция в потоке.
Вариант 2. Устройство по варианту 2 представлено на фиг.2. Пластины 2 расположены под углом к оси устройства, что способствует направлению потока жидкости или газа к оси устройства либо к периферии. Концы пластин могут быть выполнены загнутыми по винтовой поверхности, либо по цилиндрической поверхности, либо под углом в виде двух пересекающихся плоскостей, причем загиб может быть выполнен со стороны входа в устройство, либо со стороны выхода из устройства, либо одновременно со стороны входа и выхода потока жидкости или газа. Направление потока к оси или к периферии устройства увеличивает вероятность турбулентной
коагуляции.
Вариант 3. Устройство по варианту 3 представлено на фиг.3 Пластины 2 расположены параллельно или под углом к оси устройства, концы пластин могут быть выполнены загнутыми по винтовой поверхности, либо по цилиндрической поверхности, либо под углом в виде двух пересекающихся плоскостей, причем загиб выполнен со стороны входа в устройство, либо со стороны выхода из устройства, либо одновременно со стороны входа и выхода потока жидкости или газа и установлен турбулизатор 4 потока жидкости, например, в виде лопастей винта на входе, либо на выходе, либо одновременно на входе и на выходе потока жидкости или газа из устройства, что способствует увеличению турбулентности потока жидкости при прохождении его через устройство.
Коагуляция частиц позволяет использовать фильтровальные установки с большей ячейкой, что позволяет не повышать гидравлическое сопротивление фильтра.
Пример эксплуатации устройства. На дожимной насосной станции нефтепромысла было установлено устройство для коагуляции ферромагнитных частиц на водоводе системы поддержания пластового давления с целью повышения эффективности удаления механических примесей фильтрованием, позволяющее улучшить качество закачиваемых вод в пласт. Устройство было установлено между резервуаром с пластовой водой и системой фильтров грубой и тонкой очистки. После установки устройства изменилась периодичность очистки фильтров грубой и тонкой очистки и приемной сетки насосов с 7 суток до 3 суток.
Отбор проб воды производился на выходе из резервуара перед устройством, после устройства до фильтров грубой и тонкой очистки и после фильтров грубой и тонкой очистки.
Анализ проб показал, что содержание механических примесей в сточной воде после фильтра снижается на 23%.
Механические примеси собирались на приемном фильтре насосов, нагнетающих воду в скважины. На приемном фильтре насосного агрегата отфильтровывалось 64% всех примесей. Следовательно, коагуляция механических примесей протекает не только в устройстве, но и в потоке жидкости или газа после устройства.
Таким образом, заявляемое устройство более эффективно способствует коагуляции и, следовательно, дальнейшему удалению ферромагнитных частиц из потока жидкости и газа.
Источники информации:
1. Патент РФ №2053202, C02F 1/48, 1996.
2. Патент РФ №2410332, C02F 1/48, 2011.
3. Патент РФ №71976, C02F 1/48, 2008.