СТРУЙНЫЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ СМЕСИТЕЛЬ

Полезная модель относится к смесительным устройствам для обессоливания и защелачивания нефти, преимущественно при малых расходах по нефти и воде, и может быть использована в нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности.
Известен смеситель по изобретению RU 1375305, который имеет корпус с патрубками ввода смешиваемых компонентов и кольцевые коллекторы с тангенциально направленными отверстиями и тангенциально направленными соплами, ориентированными в противоположную сторону относительно отверстий.
Известен также смеситель по изобретению RU 2189851, включающий цилиндрический корпус с входными и выходным патрубками. В корпусе последовательно по направлению движения потока установлены встречно направленные вихревая камера смешиваемого компонента с тангенциальными каналами и вихревая камера рабочего агента с тангенциальными каналами, которая выполнена в виде цилиндра с цилиндрическими отверстиями или в виде гиперболоида вращения. На выходе из корпуса выполнена успокоительная камера в виде набора пластин.
Недостаточная интенсивность процесса перемешивания смешиваемого компонента и рабочего агента в конструкциях аналогов объясняется тем, что значительная часть энергии затрачивается на внутреннее трение в неперемешанных потоках. В зоне контакта вращающихся потоков, направленных навстречу друг другу, трение оказывает тормозящее влияние на всю их массу, обусловленное различной вязкостью жидкостей, что снижает эффективность перемешивания. Процесс перемешивания при слабой его интенсивности характеризуется нестабильностью и неустойчивостью равновесия противодействующих потоков, а продукты химической реакции смешиваемых жидкостей залипают на внутренней поверхности корпуса.
Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является струйный гидравлический смеситель, содержащий цилиндрический корпус в виде трубы с входными и выходным патрубками, в котором последовательно по направлению движения потока установлены вихревая камера смешиваемого компонента (нефти), вихревая камера рабочего агента (воды) и успокоительная камера в виде пластин. Вихревые камеры нефти и воды выполнены встречно направленными в виде тел вращения с тангенциальными каналами, выполняющими роль начальных завихрителей потоков. На выходе вихревой камеры воды установлена насадка в виде втулки, на внутренней поверхности которой выполнены продольно направленные радиальные пазы (полезная модель RU 159236, оп. 10.02.2016, МПК B01F 5/00, В01В 3/08) - прототип.
Конструкция прототипа, по сравнению с аналогами, позволяет увеличить интенсивность диспергирования взаимодействующих фаз и равномерность их распределения с получением гомогенной структуры смеси без дополнительных затрат энергии. Однако, при малых расходах нефти его эффективность, также как аналогов, значительно снижается в результате изменения режима течения с турбулентного на ламинарный.
В установках по обессоливанию нефти на промыслах не всегда удается поддерживать хорошие расходы, а чтобы сохранить турбулентное течение при малых расходах необходимо уменьшить критическое число Рейнольдса.
Задача, положенная в основу полезной модели, заключается в создании смесителя, обеспечивающего эффективное перемешивание при любых расходах по нефти и воде.
Технический результат заключается в достижении интенсивного диспергирования взаимодействующих фаз, равномерности их распределения и получении гомогенной структуры смеси без дополнительных затрат энергии при любых расходах по нефти и воде.
Технический результат достигается тем, что в струйном гидравлическом смесителе, содержащем цилиндрическую трубу с входными и выходным патрубками, в которой последовательно по направлению движения потока размещены вихревая камера нефти, вихревая камера воды и успокоительная камера, согласно полезной модели, вихревые и успокоительная камеры образованы корпусом, установленным соосно в цилиндрической трубе и закрепленным в ней на выходе успокоительной камеры, выполненной в виде диффузора. Вихревая камера нефти выполнена в виде встречно направленного потоку полого конического тела с продольными щелями, а вихревая камера воды выполнена в виде кольцевой полости в корпусе с соплами для впрыска воды в корпус. Для усиления эффекта турбулизации коническое тело вихревой камеры может быть выполнено эксцентрическим.
Полезная модель поясняется выполнением смесителя с сопровождающими чертежами:
Фиг. 1 - общий вид смесителя;
Фиг. 2 - вихревая камера воды, разрез А-А на фиг. 1.
Струйный гидравлический смеситель содержит цилиндрическую трубу 1, в которой соосно установлен корпус, образующий последовательно размещенные по направлению движения потока вихревую камеру нефти в виде полого эксцентрического конического тела 2 с продольными щелями 3, вихревую камеру воды в виде кольцевой полости 4 и сопел 5 в корпусе, и успокоительную камеру в виде диффузора 6, закрепленного на выходе в трубе 1. Входной патрубок 7 нефти и выходной патрубок 8 смеси расположены на оси трубы 1, а входной патрубок 9 воды расположен перпендикулярно ей.
Работа смесителя осуществляется следующим образом.
Поток нефти подается в трубу 1 через патрубок 7 и, сталкиваясь с эксцентрическим коническим телом 2, приобретает начальную турбулентность, а, проходя по щелям 3, приобретает вихревое движение в эксцентрическом коническом теле 2. Щели 3 уменьшают критическое число Рейнольдса и способствуют турбулизации нефти. Подаваемый через патрубок 9 поток воды проходит по кольцевой полости 4, закручивается и впрыскивается в камеру смешения корпуса через сопла 5. Струи воды из сопел 5 закручивают и разделяют поток нефти, возникают соударение струй и центростремительные ускорения с различным вектором, возрастает турбулентность, повышается температура и массообмен между потоками. Закручивание струй воды приводит к интенсивной турбулизации потока нефти, интенсивному перемешиванию, дроблению и испарению воды, т.к. при данном течении происходит повышение температуры, которое приводит к увеличению испаряемости воды и более интенсивному обессоливанию нефти. На границе соударения струй вследствие преодоления сил вязкости возникают турбулентные пульсации местных скоростей, которые вызывают пульсации температуры. Кинетическая энергия от продольных пульсаций к поперечным передается посредством пульсации давления. Возникают мгновенные градиенты давления, вызывающие движение жидкости в направлении, перпендикулярном исходному движению, что также повышает эффективность процесса перемешивания. Изменение вязкости при изменении температуры на границе взаимодействия струй нефти и воды способствует усилению турбулентных пульсаций местных скоростей. Указанные процессы приводят к турбулизации потоков нефти и воды, что способствует диспергированию воды, интенсивному обессоливанию нефти и ее защелачиванию (при введении добавок в воду). Далее смесь, перемещаясь к выходу из корпуса, проходит через диффузор 6, затормаживается, нагревается, домешивается, стабилизируется и выдается из смесителя через выходной патрубок 8.
Технический результат достигается за счет части потенциальной энергии потоков без дополнительных затрат энергии при любом выполнении щелей в виде части кривых второго порядка (гиперболы, параболы, эллипса, окружности).