УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ НЕФТЕПРОДУКТА ПУТЕМ ВЫПАРИВАНИЯ ВОДЯНЫХ КАПЕЛЕК
DEVICE FOR OIL PRODUCT DEHYDRATION BY WATER DROP EVAPORATION

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами.
Известна модульная СВЧ-установка для обезвоживания и обессоливания нефти, (см. RU 2338775 C1, 20.11.2008). Данное техническое решение содержит два многогодовых круглых волновода, расположенных параллельно и соединенных между собой переходом, возбуждаемых СВЧ-генераторами, каждый из которых подключен к рупорным излучателям, установленным на волноводах. Внутри каждого волновода расположена труба-коалесцентор из радиопрозрачного материала, содержащая полосы из гофрированного полиэтилена или дугового радиопрозночного материала. Модуль коалесцентров представляет собой последовательно соединенные через переходы трубы из стали с теплоизоляцией, с расположенными внутри каждой трубы полосами из гофрированного полиэтилена. Модуль коалесцентров подключается к модулю СВЧ-обработки через взрывозащищенную задвижку с электрическим приводом. Согласно этому известному техническому решению при воздействии электромагнитного поля на эмульсию из-за того, что молекулы воды обладают дипольными моментами, а нефть нет, глобулы воды сильнее нагреваются, чем нефть. Благодаря этому в контролируемой среде создается температурный градиент, способствующий в дальнейшем разрушению нефтяной и водной фаз.
Недостатком этого известного технического решения является конструктивно-технологическая сложность процесса обработки нефтяной эмульсии и разделения водной и нефтяной фаз при нефтеподготовке.
m
m
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятое автором за прототип устройство, реализующее способ обезвоживания водонефтяных эмульсий воздействием электромагнитного поля (RU 2400523 C2, 27.09.2010). Принцип работы данного устройства, предусматривающего оценку тангенса угла диэлектрических потерь для эмульсии при воздействии на нее электромагнитного поля, заключается в определении частоты, соответствующей максимальному значению тангенса угла диэлектрических потерь, в вычислении частот электромагнитного поля, при которых тангенс угла диэлектрических потерь для эмульсии будет равен 0,7 максимального значения тангенса угла диэлектрических потерь для эмульсии, и в воздействии на данную эмульсию дополнительно электромагнитным полем заданной частоты. После отслоения определенного количества воды подбирают другую частоту воздействия. Строят зависимость частоты f, соответствующей максимальному значению тангенса угла потерь при отслоении, от концентрации воды в эмульсии и по данной кривой определяют то количество воды, после очередного отслоения которой f не будет находиться в интервале разности частот, при которых тангенс угла диэлектрических потерь будет равен 0,7 максимального значения тангенса угла диэлектрических потерь для эмульсии до отслоения.
Недостатком этого устройства можно считать сложность процесса обезвоживания водонефтяной эмульсии, связанную с определением максимального значения тангенса угла диэлектрических потерь для эмульсии путем варьирования частот воздействующего на обрабатываемую эмульсию электромагнитного поля.
Техническим результатом заявляемого технического решения является упрощение процесса обезвоживания нефтепродукта, протекающего по трубопроводу.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для выпаривания водяных капелек из нефтепродукта, протекающего по магистральному трубопроводу, содержащем источник энергии электромагнитного поля, соединенный выходом с элементом ввода энергии электромагнитного поля в контролируемую среду, введены подогреваемый отрезок трубопровода, снабженный первым и вторым радиопрозрачными диэлектрическими окнами, термопара, приваренная к наружной поверхности подогреваемого отрезка трубопровода, и регистратор температуры, причем выход термопары подключен ко входу регистратора температуры.
Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что молекулы водяных капелек в отличие от молекул нефтепродукта, обладают дипольными моментами, и это их свойство при внутреннем подогреве нефтепродукта электромагнитным полем обеспечивает перемешивание молекул водяных капелек, приводящее к увеличению температуры - преобразованию энергии электромагнитного излучения в тепловую энергию капелек воды.
Наличие в заявляемом способе совокупности перечисленных существующих признаков позволяет решить задачу выпаривания водяных капелек из нефтепродукта, протекающего по магистральному трубопроводу, на основе внутреннего подогрева контролируемой среды электромагнитным полем одной частоты и преобразования электромагнитной энергии в тепловую энергию капелек воды за счет их дипольного сдвига с желаемым техническим результатом, т.е. упрощением процесса обезвоживания нефтепродукта.
На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит источник 1 энергии электромагнитного поля, соединенный выходом с элементом ввода электромагнитных колебаний в нефтепродукт 2, подогреваемый отрезок трубопровода 3, снабженный первым и вторым радиопрозрачными диэлектрическими окнами, термопару 4 и регистратор температуры 5. На чертеже цифрой 6 обозначен магистральный трубопровод.
Известно, что в потоке нефтепродукта, содержащего воды менее пяти процентов, образуются водяные капельки, перемещающиеся вместе с нефтепродуктом. На выпаривание водяных капелек, возникающих в таких случаях, направлено предлагаемое техническое решение.
Пусть нефтепродукт с водяными капельками перемещается по металлическому магистральному трубопроводу. В данном случае для выпаривания водяных капелек из перемещающегося по трубопроводу нефтепродукта может быть использовано взаимодействие электромагнитного поля с молекулами воды. Этот эффект взаимодействия лежит в основе работы предлагаемого технического решения.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. С выхода источника энергии электромагнитного поля 1 высокочастотная энергия с помощью элемента ввода энергии 2, установленного над первым прозрачным диэлектрическим окном, смонтированным в одном из сечений боковых стенок (вдоль стенок) отрезка трубопровода, поступает в нефтепродукт с водяными капельками. Предварительно подогреваемый отрезок трубопровода 3 врезается обоими концами в металлический магистральный трубопровод 6, по которому перемещается контролируемый нефтепродукт.
Суть работы данного устройства, как уже было отмечено выше, сводится к внутреннему подогреву нефтепродукта с водяными капельками с последующим увеличением температуры и фиксации факта о возникновении водяного пара в отрезке трубопровода. Известно, что молекулы водяных капелек в отличие от молекул нефтепродукта, обладают дипольными моментами (полярные молекулы). При воздействии электромагнитного поля определенной частоты на указанные молекулы последние приобретают молекулярный дипольный сдвиг. В силу этого энергия электромагнитных колебаний поля приведет к постоянному сдвигу молекул, выстраиванию их согласно силовым линиям поля. Так как в рассматриваемом случае электромагнитное поле переменное, то молекулы воды периодически будут менять направление. Молекулы сталкиваются, ударяются друг о друга, передавая энергию соседним молекулам в данном материале. Так как температура - это средняя кинетическая энергия молекул в материале, значит такое перемешивание молекул по определению увеличит температуру материала (нефтепродукта с водяными капельками). Контроль увеличения температуры в данном материале за счет внутреннего подогрева в отрезке трубопровода (преобразование высокочастотной энергии в тепловую энергию), производится термопарой 4, приваренной к наружной поверхности отрезка трубопровода 3. А регистрация температуры осуществляется посредством регистратора температуры 5. При достижении определенной температуры в материале, приводящей к образованию пара, можно говорить о начале процесса выпаривания водяных капелек из нефтепродукта. В данном техническом решении наблюдение за паровыми пузырями (выпариванием), осуществляется визуально - с помощью второго прозрачного диэлектрического окна, смонтированного в другом сечении боковых стенок (поперек стенок) отрезка трубопровода.
В предлагаемом устройстве одним из важных моментов является правильный выбор диаметра подогреваемого отрезка трубопровода. Как известно, одну из величин частот электромагнитного поля, при которой водяные капельки преобразуются в паровые, может составить 2450 МГц. С учетом данной частоты можно рассчитать длину волны, равной 12 см. В соответствии с этим подогреваемый отрезок трубопровода в этом случае можно рассматривать как круглый волновод, имеющий критическую частоту распространения электромагнитной волны по отрезку трубопровода. Другими словами, если диаметр трубопровода меньше 12 см, то электромагнитная волна не будет распространяться по такому трубопроводу (при больше 12 см ограничение по распространению будет отсутствовать). Эта особенность круглых волноводов может быть использована для уменьшения потери теплоты в отрезке волновода. Для этого при врезании подогреваемого отрезка трубопровода в магистральный трубопровод необходимо, чтобы диаметр магистрального трубопровода составлял менее 12 см. Такой геометрический размер магистрального трубопровода, по которому перемещается нефтепродукт с водяными капельками, даст возможность ограничить распространение электромагнитной волны из области подогреваемого отрезка трубопровода по магистральному трубопроводу, т.е. обеспечить внутренний подогрев только в пределах отрезка трубопровода. Это в свою очередь позволит уменьшить тепловые потери при воздействии электромагнитного поля на контролируемую среду.
В общем случае выбор диаметра подогреваемого отрезка трубопровода следует осуществить в зависимости от диаметра магистрального трубопровода таким образом, чтобы диаметр отрезка трубопровода был больше диаметра магистрального трубопровода. В силу этого на основе подбора частоты электромагнитного поля с учетом выбранного диаметра отрезка трубопровода и мощности электромагнитной энергии можно обеспечить эффективный внутренний подогрев контролируемого материал (нефтепродукта с водяными капельками). Кроме того, при стыковке подогреваемого отрезка трубопровода с магистральным трубопроводом может быть использован теплоизолирующий материал, ограничивающий передачу тепла из отрезка трубопровода в магистральный трубопровод.
Таким образом, согласно данному техническому решению на основе проведения внутреннего подогрева нефтепродукта электромагнитным полем одной частоты, содержащего водяные капельки, можно обеспечить упрощение процесса обезвоживания нефтепродукта, протекающего по магистральному трубопроводу.
Предлагаемое устройство успешно может быть использовано при промысловой подготовке нефтепродукта к переработке в различных отраслях промышленности.