СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОДОНЕФТЯНОЙ ЭМУЛЬСИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF SEPARATING WATER-OIL EMULSION AND DEVICE TO THIS END

Предлагаемое изобретение относится к способам для разделения двух- или трехфазных потоков жидкостей, находящихся под давлением, и может быть использовано в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности.
Известен электродегидратор для внутритрубного разрушения нефтяной эмульсии, включающий высокопотенциальный электрод, размещенный в корпусе, снабженным водосборником, в котором размещены вертикальные перегородки с переточными отверстиями, установленные с возможностью перемещения по горизонтали, а высокопотенциальный электрод выполнен с покрытием из диэлектрика и расположен по оси корпуса (см. авт.свид. СССР № 539586 по кл. B01D 17/06 за 1976 г.).
Известна установка для очистки сточных вод от нефтепродуктов и механических примесей, содержащая отстойник с перегородками, отсек для накопления нефтепродукта, патрубки для подачи сточной воды, отвода очищенной воды и нефтепродуктов, регуляторы уровней нефтепродукта и воды, верхние кромки перегородок расположены на одном уровне, при этом последняя перегородка выполнена глухой снизу и образует отсек для очищенной воды, а отсек очищенной нефти образован последней глухой перегородкой снизу, патрубок для подачи сточной воды размещен открытым концом вверх на уровне нижней кромки первой перегородки, а патрубок для отвода очищенной воды расположен в нижней части отстойника перед последней перегородкой и соединен с гидрозатвором и снабжен распылителем (см. патент РФ № 2118197 по кл. B01D 17/028 за 1998 г.).
Недостатком этого способа является то, что смесь движущаяся под давлением в замкнутом корпусе, преимущественно в трубе, не подвергается процессу отстаивания, так как все компоненты смеси не подвержены гравитации и не разделяются по плотности под действием силы инерции.
Также известен способ разделения смесей, заключающийся в том, что поток смеси движется внутри корпуса, например трубы, в которой концентрично установлены трубчатые электроды, снабженные штырями, увеличивающимися в сторону выхода нефти, а подводящая трубка выполнена из диэлектрика и снабжена электродом, размещенным по ее оси (см. авт.свид. СССР № 573169 по кл. B01D 17/06 за 1977 г.).
Известен аппарат для разделения водонефтяной эмульсии, содержащий горизонтальный корпус с патрубками ввода водонефтяной эмульсии и вывода нефти и воды, установленные в корпусе коалесцирующий блок, вертикальные перегородки и электродную систему, включающую размещенные по высоте горизонтальные заземленный и высокопотенциальный электроды. Одна из перегородок размещена между патрубком ввода водонефтяной эмульсии и электродной системой так, что верхний край этой перегородки установлен с зазором к верхней образующей корпуса, а нижний край размещен выше горизонтальной оси аппарата. Нижняя перегородка размещена между электродной системой и патрубком вывода нефти. Верхний край этой перегородки размещен выше уровня высокопотенциального электрода, а нижний край установлен с зазором к нижней образующей корпуса. Патрубки вывода нефти и воды размещены на середине длины корпуса, а патрубки ввода эмульсии, коалесцирующие блоки, вертикальные перегородки и электроды установлены симметрично относительно патрубков вывода нефти и воды (см. патент на изобретение РФ № 2250127 по кл. B01D 17/06 за 2005 г.).
Недостатком данных способов очистки нефти от воды является то, что они не разрушают мелкие составляющие смеси, которые не коалесцируются с другими и не очищаются от воды, а проходят вместе с ней и присутствуют в ней, что снижает качество очистки смеси.
Технической задачей предлагаемого аппарата является то, что он может быть применен для разделения водонефтяной эмульсии непосредственно при ее движении под давлением.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в аппарат разделения водонефтяной эмульсии, содержащим замкнутый корпус, внутри которого движется под давлением поток эмульсии, преимущественно нефти и воды, электродную систему с заземленным и высокопотенциальным электродами, поток смеси дополнительно подвергается магнитной обработке, выполненную в виде 2N соленоидов, расположенную вне замкнутого корпуса и в совокупности образует зону изменяющегося магнитного поля, проходящего через всю площадь поперечного сечения корпуса, а каждая пара соленоидов расположена на противоположных сторонах корпуса.
Кроме того, количество пар соленоидов по длине корпуса может быть по меньшей мере две, а коалесцирующий блок выполнен в виде двух сеток, установленных в цилиндрическом корпусе с зазором между сетками по длине корпуса.
В аппарате для разделения водонефтяной эмульсии, содержащем цилиндрический корпус с патрубками ввода эмульсии и вывода нефти и воды, электродную систему с заземленным и высокопотенциальным электродом, коалесцирующий блок, цилиндрический корпус в зоне электродной системы выполнен из немагнитного материала, электрическая система выполнена в виде соленоидов и установлена вне цилиндрического корпуса и создает переменное магнитное поле во всем внутреннем объеме корпуса.
Кроме того, соленоиды выполнены в виде сегментов, образующие которых выполнены аналогично образующей корпуса, а длина сегментов зависит от характера коагуляции и скорости движения потока внутри корпуса.
Разделение смеси по предлагаемому способу осуществляется следующим образом. Поток смеси движущийся внутри корпуса поступает с определенной скоростью в зону расположения постоянных магнитов. Под воздействием этого поля частицы нефти, находящиеся в дисперсном состоянии поляризуются и притягиваются в сторону расположения источника поля (поднимаются вверх или опускаются вниз). Мелкие же капли воды заряжаются под воздействием электрического поля на электродной системы и между ними образуется электрический ток, определенной силы (сила Лоренца), которые в магнитном поле действует на проводник с электрическим током, являются силами, действующими на движущиеся электрические заряды, которые и составляют электрический ток. Направление сил Лоренца определяется по правилу левой руки, а их сила определяется из формулы Ампера
F=B·l·I·sin a,
где В - индукция магнитного поля;
l - длина проводника;
I - величина электрического тока;
а - угол между направлением магнитных силовых линий и направлением электрического тока.
При больших скоростях движения потока смеси внутри корпуса некоторые, более мелкие частицы воды не успевают сместиться в заданном направлении и поэтому по длине корпуса устанавливается несколько пар соленоидов, аналогичного исполнения, принцип действия которых аналогичен описанным. Так же каждая из последующих пар соленоидов может быть установлена со смещением по образующей корпуса, что придает потоку завихрение и как следствие увеличение времени нахождения смеси в зоне действия магнитного поля.
Предлагаемая совокупность признаков обеспечивает надежность работы аппарата и высокую эффективность разделения водонефтяной эмульсии за счет воздействия магнитного поля на весь объем эмульсии одновременно, в котором за счет диполь-дипольного и кулоновского взаимодействия поляризованные частицы воды коалесцируют. Нефтяная эмульсия с диспергированными микрочастицами воды движется пересекая магнитные поля соленоидов, под воздействием магнитных полей соленоидов нефтяная эмульсия подвергается разрушению. Под воздействием магнитных полей переменной величины происходит дальнейшее усиление коалесценции капелек воды. В зоне расположения магнитных полей соленоидов из водонефтяной эмульсии отделяется не только вода, но и растворенные в воде соли, а чистая нефть отделяется от смеси и образует поток только одной фракции пленочного типа.
Устройство для разделения водонефтяной эмульсии по предлагаемому способу содержит цилиндрический корпус с патрубками ввода эмульсии и вывода нефти, воды, электродную систему с заземленным и высокопотенциальным электродом и коалесцирующий блок, цилиндрический корпус в зоне электродной системы выполнен из немагнитного материала, электрическая система выполнена в виде пар 2N соленоидов и установлена вне цилиндрического корпуса и создает переменное магнитное поле во всем внутреннем объеме корпуса, а соленоиды выполнены в виде сегментов, образующие которых выполнены аналогично образующей корпуса, а длина сегментов зависит от характера коагуляции и скорости движения потока внутри корпуса.
На фиг.1 изображен аппарат для разделения эмульсии в соответствии с предлагаемым техническим решением.
На фиг.2 - сечение по А-А фиг.1.
Аппарат для разделения водонефтяной эмульсии, представленный на графической части, содержит корпус 1, преимущественно круглой формы и выполненный преимущественно из немагнитного материала с патрубком 2 для ввода водонефтяной эмульсии 3 и патрубками 4 и 5 вывода воды 6 и нефти 7 соответственно. Внутри корпуса 1 расположены электроды 13 и 14, подключенные к источнику постоянного напряжения 15. При подаче постоянного напряжения на электроды 13 и 14 образуется электрическое поле Е.
Вне корпуса расположена электрическая система, выполненная в виде 2N сегментов 8 и 9, расположенных на противоположных сторонах корпуса 1. Каждый из сегментов 8 и 9 выполнен из сердечника 10 с намотанной на него катушкой 11, которая соединена с источником электрического тока 12. При прохождении по катушкам электрического тока I образуется магнитное поле В.
Аппарат для разделения водонефтяной эмульсии работает следующим образом.
Исходная водонефтяная эмульсия 3 через патрубок 2 поступает под давлением во внутреннюю полость корпуса 1. При прохождении всего потока эмульсии между электродами 13 и 14 частицы воды в эмульсии под воздействием электрического поля между этими электродами поляризуются, их движение представляет собой электрический ток. Заряженные частицы воды 6, как электропроводная часть эмульсии, начинают перемещения в магнитном поле, соединяются с другими каплями и образуют поток воды, который располагается в одном месте корпуса 1, преимущественно вблизи патрубка вывода воды 4 и дренируется из него. Нефтяная составляющая 7 не подвергается воздействию магнитного поля, так как не является электропроводной, вытесняется из потока эмульсии 3 и смещается к патрубку вывода нефти 5 и дренируется из него. Процесс разделения эмульсии происходит непрерывно, а скорость разделения зависит от скорости перемещения ее в магнитном поле.
Пример конкретного выполнения:
В изготовленном аппарате для разделения водонефтяной эмульсии электроды 13 и 14 были размещены на расстоянии 50 см друг от друга.
При подаче на эти электроды из источника 15 постоянного напряжения 100 В был получен электрический ток 2 А, проходящий через водонефтяную эмульсию, т.е. от электрода 13 к электроду 14.
При подаче из источника 12 на катушки 11 электрического тока 10 А внутри корпуса образовалось магнитное поле с напряженностью Н=2000 А/м, направленное от сегмента 8 к сегменту 9.
При движении в корпусе под давлением водонефтяной эмульсии от патрубка 2 вдоль оси корпуса, перемещение электропроводной части водонефтяной эмульсии влево (см. фиг.2) составило 20 см.
Использование предлагаемого устройства за счет пропуска смеси под давлением между магнитами позволит быстро и качественно производить отделение воды от нефти без дополнительного оборудования, а по сравнению с известными конструкциями устройств аналогичного назначения упростит конструкцию и снизит эксплуатационные затраты в процессе эксплуатации.