ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ФИЛЬТР С ПРОСТРАНСТВЕННО-ПЕРИОДИЧНОЙ СТРУКТУРОЙ ФИЛЬТРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ
ELECTROMAGNETIC FILTER WITH SPATIALLY PERIODIC STRUCTURE OF FILTRATION ELEMENTS

Изобретение относится к устройствам для очистки жидкости от ферромагнитных коллоидных частиц и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в частности для сепарации сульфида железа из потока вязкой нефти.
Известен высокоградиентный магнитный фильтр для очистки водных и газовых потоков от примесей. Фильтр содержит корпус из немагнитного материала с входным и выходным штуцерами, пористую фильтрующую матрицу из ферромагнитного материала и кольцевую магнитную систему с осевой намагниченностью на основе постоянных магнитов, расположенную снаружи корпуса. Магнитная система содержит магниты, каждый из которых обращен одноименными полюсами друг к другу, и полюсные наконечники между ними толщиной не более половины высоты магнитов. По оси фильтра размещен цилиндрический стержень из магнитно-мягкого материала с диаметром 0,3-0,5 внутреннего диаметра (см. патент РФ №2203124, МПК B01D35/06, B03C 1/00).
Однако матрица изготавливается из металлической ваты, имеющей большое гидродинамическое сопротивление. Для регенерации требуется матрицу извлекать из фильтра и промывать, затем устанавливать обратно. Это требует дополнительных временных и физических затрат.
Известен электромагнитный фильтр, включающий емкость с установленными на ее внешней поверхности электромагнитными катушками и сетку внутри емкости, поддерживающую насыпанный на нее слой ферромагнитных элементов. Сверху на этот слой, после включения электромагнита, подают очищаемую жидкость (см. авторское свидетельство №848064, МПК B03C 1/30).
К недостаткам данной конструкции следует отнести низкую производительность при фильтрации вязких сред, к которым относится, например, нефть с механическими примесями. Затруднена и его быстрая регенерация, так как промывочную жидкость надо подавать под давлением, что требует дополнительных устройств и энергозатрат, или осуществлять выгрузку - загрузку ферромагнитных элементов.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является электромагнитный фильтр, содержащий емкость из немагнитного материала с хаотичной засыпкой из мелких стальных шариков (см. патент GB №2047918, МПК B01D 35/06). После включения электромагнитов, расположенных на внешней поверхности емкости, в полостях между шариками создается высокоградиентное магнитное поле, осуществляющее фильтрацию коллоидных ферромагнитных частиц из потока жидкости, просачивающейся сквозь слой засыпки.
Этот фильтр имеет те же недостатки, что и предыдущая конструкция - низкая производительность при очистке вязких сред за счет большого гидродинамического сопротивления, затрудненная регенерация.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка электромагнитного фильтра высокой производительности с низким гидродинамическим сопротивлением, предназначенного для удаления магнитных частиц из нефти, в частности сульфида железа.
Технический результат заключается в возможности удаления из вязкой жидкости, имеющей повышенное содержание смолисто-асфальтеновых компонентов, диспергированных ферромагнитных частиц.
Поставленная задача достигается тем, что в электромагнитном фильтре, включающем цилиндрический корпус из немагнитного материала, внутри которого размещены фильтрующие элементы, и намагничивающую систему, расположенную снаружи корпуса, согласно решению фильтрующие элементы выполнены из магнитомягкого материала в виде цилиндров с фасками на торцах, которые жестко закреплены на продольных траверсах из немагнитного материала и разнесены в пространстве друг относительно друга, образуя трехмерную упорядоченную структуру, при этом продольные траверсы закреплены на поперечных потоку жидкости траверсах из немагнитного материала, образуя кассету, состоящую из двух вставляющихся с продольным сдвигом друг в друга матриц, каждая из которых представляет собой разнесенные в пространстве два кольца из немагнитного материала с набором поперечных траверс.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведен фильтр в поперечном разрезе, на фиг.2 - траверса с фильтрующими элементами, на фиг.3 - фрагмент фильтрующей кассеты, на фиг.4 - сечение А-А на фиг.3 без катушек электромагнита,
где 1 - кольца матриц;
2 - поперечные траверсы;
3 - продольные траверсы;
4 - фильтрующие элементы;
5 - внешний электромагнит;
6 - цилиндрический корпус (труба);
7 - кассета.
Электромагнитный фильтр состоит из кассеты 7, внутри которой размещены фильтрующие элементы 4, имеющие форму цилиндров с фасками на торцах, закрепленные на продольных траверсах 3, которые в свою очередь крепятся к поперечным траверсам 2 колец 1. Вся кассета помещена в цилиндрический корпус (трубу) 6.
Фильтрующие элементы изготовлены из магнитомягкой стали Ст 10 ГОСТ 360-76 с антикоррозийным покрытием, корпус (труба) изготовлен из немагнитной стали 08×18Н10Т ГОСТ 11068-81. Возможно применение и других материалов с соответствующими магнитными свойствами.
Промывка кассеты 7 осуществляется потоком воды при отключенном питании электромагнита 5.
Кассета 7 состоит из двух вставляющихся с продольным сдвигом друг в друга матриц, каждая из которых представляет собой разнесенные в пространстве два кольца 1 с набором поперечных потоку жидкости траверс 2, к которым крепятся продольные потоку траверсы 3 с фильтрующими элементами 4.
Таким образом, при движении внутри корпуса (трубы) жидкость проходит сквозь трехмерную упорядоченную структуру фильтрующих элементов, закрепленных со сдвигом друг относительно друга, как показано на фиг.3.
Траверсы 2, 3 и кольца 1 изготавливаются из немагнитной стали 12×18Н10Т ГОСТ 5632-72. Возможно применение и другого материала с соответствующими магнитными свойствами.
Размеры элементов и их число выбираются в зависимости от заданной пропускной способности фильтра и требуемой степени обработки жидкости и могут составлять: длина кассеты ~270 мм, диаметр фильтрующих элементов 4-5 мм, продольное расстояние между фильтрующими элементами 5-7 мм, диаметр продольных траверс 2 мм, ширина колец матриц и поперечных траверс 2 мм, длина фильтрующего элемента 7 мм, внешний диаметр колец матриц 68 мм, общее число траверс ~30-40 шт., расстояние между траверсами порядка 10 мм, общее число фокусирующих элементов ~700-800 шт.
Кассета 7 жестко фиксируется в цилиндрическом корпусе 6. Конструкция узла фиксации на чертеже не показана, может быть произвольной в зависимости от условий применения фильтрующего элемента и места его установки.
В случае фильтрации агрессивных сред на элементы конструкции наносится антикоррозийное покрытие из диамагнитного материала.
Устройство работает следующим образом. После включения внешнего электромагнита 5 фильтрующие элементы 4 намагничиваются. На противоположных концах фильтрующих элементов 4 появляются северный и южный полюса. За счет фасок и свободного пространства между фильтрующими элементами 4 в области протекания жидкости образуется неоднородное высокоградиентное магнитное поле, обеспечивающее условия для сепарации магнитных частиц и их осаждение на фильтрующих элементах 4.
При промывке фильтра электромагнит выключается, фильтрующие элементы быстро размагничиваются (0,1-0,5 с), через кассету пропускается вода, смывающая слабосцепленные с поверхностью фильтрующих элементов ферромагнитные коллоидные частицы.
Отсутствие засоряющихся механическими примесями пористых фильтрующих материалов, например, изготовленных из металлической ваты, повышает рабочий ресурс предлагаемого фильтра.
Осаждающиеся на фильтрующих элементах ферромагнитные частицы делают их поверхность шероховатой, что улучшает способность фильтра к захвату и немагнитных частиц, повышая степень очистки жидкости.
Фильтр легко промывается, что позволяет использовать его многократно.