УСТРОЙСТВО ОБРАБОТКИ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ЖИДКОСТЕЙ

Полезная модель относится к нефтяной промышленности и может быть использована для подготовки нефти и нефтепродуктов к транспортированию по трубопроводам путем снижения их вязкости.
Для повышения эффективности перекачки нефтепродуктов по трубопроводам вязкие углеводородные жидкости подвергают обработке. Одной из известных в настоящее время технологий обработки углеводородных жидкостей с целью уменьшения их вязкости является технология, основанная на волновом воздействии на них акустическими колебаниями (излучением), в т.ч. ультразвуковым колебаниями.
В качестве устройств возбуждения звуковых волн используются такие акустические устройства, как акустические (ультразвуковые) излучатели, резонаторы, возбудители.
Известно устройство для обработки углеводородной жидкости, содержащее блок акустического возбудителя (излучатель, резонатор) в виде роторного гидродинамического возбудителя, содержащего ротор, включающий опирающийся на подшипники вал и установленное на валу рабочее колесо, при этом рабочее колесо выполнено в виде диска с периферийной кольцевой стенкой, в которой выполнен ряд выходных отверстий для жидкости, равномерно распределенных по окружности, статор, имеющий коаксиальную рабочему колесу стенку, впускное отверстие для подачи жидкости, сообщенное с полостью рабочего колеса, и выпускное отверстие для отвода жидкости, кольцевую камеру, образованную коаксиальной стенкой статора и периферийной кольцевой стенкой рабочего колеса и сообщенную с выпускным отверстием статора, и средство для привода ротора с расчетной частотой вращения (Патент на изобретение RU 2212580 С2, опубликовано 20.09.2003г.).
К недостатку известного устройства можно отнести высокую энергоемкость обработки углеводородных жидкостей, связанную с тем, что блок гидродинамического акустического возбудителя содержит ротор достаточно большой мощности.
Известно устройство для обработки высоковязкой нефти, выполненное в виде ультразвукового пьезоэлектрического модуля, соединенного с трубопроводом при помощи фланцев, содержащего цилиндрический пьезоэлемент с расположенным внутри отрезком металлической трубы, имеющим акустический контакт с пьезоэлементом, при этом диаметры цилиндрического пьезоэлемента и отрезка металлической трубы, а также резонансные частоты источника ультразвуковых колебаний соответствуют условию возбуждения цилиндрической стоячей волны в отрезке металлической трубы, заполненной нефтью (Патент на изобретение RU 2616683 С1, опубликовано 18.04.2017г.).
Недостатком известного устройства для обработки нефтепродуктов также является высокая энергоёмкость, обусловленная наличием достаточно мощного источника ультразвуковых колебаний (до 1000 Вт).
Известно устройство обработки высоковязких нефтепродуктов ультразвуковыми колебаниями, выполненное в виде акустических излучателей, погружаемых и перемещаемых внутри трубопровода для обработки, при этом излучатели выполняются, как правило, в виде стержня (патент на изобретение RU 2346206 С1, опубликовано 10.02.2009г.).
Недостатком известного акустического излучателя является недостаточная эффективность обработки нефти, связанная с размещением излучателей внутри трубопровода, что усложняет контроль за их состоянием и приводит к необходимости нарушению его целостности.
В качестве ближайшего аналога заявляемой полезной модели выбрано устройство обработки высоковязких нефтепродуктов ультразвуковыми колебаниями, выполненное в виде акустических излучателей (резонаторов), жестко закрепленных на внешней поверхности стенки трубопроводов по их длине через интервалы (Патент на изобретение RU 2570602 С1, опубликовано 10.12.2015г.)
2
Недостаток ближайшего аналога связан с тем, что осуществляется воздействие на пристеночный слой нефти с помощью вибрации стенок трубопровода, причём частота колебаний, приложенных к внешней поверхности стенок трубопровода, должна быть предварительно подобрана так, чтобы соответствовать резонансной частоте трубопровода, а интенсивность акустических колебаний должна быть порядка 10 – 20 Вт/см. Такая обработка является достаточно сложной в осуществлении и требующей большого расхода электроэнергии на обеспечение необходимой интенсивности акустических колебаний, причём количество потребляемой энергии значительно возрастает при увеличении диаметра трубопровода.
Технической проблемой, решение которой обеспечивается заявляемой полезной моделью, является создание простого устройства предварительной обработки углеводородных жидкостей, в частности нефти, позволяющего снижать их вязкость без использования внешних источников энергии. Расположение резонаторов в байпасном трубопроводе позволяет легко отключить устройство, если вязкость перекачиваемой жидкости находится в допустимых пределах.
Технический результат, получаемый при использовании заявляемой полезной модели, заключается в повышении эффективности перекачивания высоковязких нефтепродуктов по трубопроводам.
Технический результат достигается тем, что устройство обработки углеводородных жидкостей, содержащее, по меньшей мере, один акустический резонатор, согласно полезной модели по меньшей мере, один акустический резонатор выполнен с возможностью установки в байпасном трубопроводе, содержащем входное и выходное запорные устройства с возможностью соединения с основным трубопроводом, причем вход каждого акустического резонатора соединён с входным запорным устройством байпасного трубопровода, а выход каждого акустического резонатора соединён с выходным запорным устройством байпасного трубопровода.
При этом согласно полезной модели вход каждого акустического резонатора может быть выполнен с возможностью соединения с входным запорным устройством байпасного трубопровода через запорный клапан.
При этом согласно полезной модели выход каждого акустического резонатора может быть выполнен с возможностью соединения с выходным запорным устройством байпасного трубопровода через запорный клапан.
Установка акустических резонаторов позволяет уменьшить вязкость нефти путём воздействия на неё звуковых волн, которые разрушают тяжёлые углеводородные фракции (парафины, асфальтены, смолы), причём звуковые волны генерирует резонирующая пластина акустического резонатора без подвода энергии от внешних источников.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежом, пример выполнения устройства обработки углеводородных жидкостей на котором, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрируют возможность достижения заявленного технического результата. При этом приведенный пример выполнения заявленной полезной модели не ограничивают возможностей ее осуществления и не являются исчерпывающим.
В соответствии с полезной моделью в одном из вариантов ее исполнения устройство обработки углеводородных жидкостей содержит два акустических резонатора 1. Резонаторы 1 выполнены с возможностью установки в байпасном трубопроводе 2, который содержит входное запорное устройство 3 и выходное запорное устройство 4 с возможностью соединения с основным трубопроводом 5. Вход каждого акустического резонатора 1 через соответствующие запорные клапаны 6 соединён с выходом входного запорного устройства 3 байпасного трубопровода 2, а выход каждого акустического резонатора 1 через соответствующие запорные клапаны 7 соединён с входом выходного запорного устройства 4 байпасного трубопровода 2.
Основными элементами акустических резонаторов являются щелевое сопло 8 и резонаторная пластина 9. Заострённая кромка 10 резонаторной пластины 9 обращена к щелевому соплу 8. Между точками входа и выхода байпасного трубопровода 2 на основном магистральном трубопроводе 5 установлено запорное устройство 11.
Устройство обработки углеводородных жидкостей работает следующим образом.
Транспортируемая нефть подаётся по основному магистральному трубопроводу 5. Если вязкость нефти лежит в допустимых пределах, поток направляется напрямую, минуя заявляемое устройство (запорное устройство 11 открыто, а запорные устройства 3 и 4 – закрыты). При превышении вязкости допустимых значений подключается заявляемое устройство (запорное устройство 11 закрывается, а запорные устройства 3 и 4 – открываются). Нефть через запорные клапаны 6 поступает под давлением в акустические резонаторы 1. В каждом из резонаторов 1 поток поступает к щелевому соплу 8, при выходе из которого воздействует на резонаторную пластину 9. Между двумя сторонами пластины 9 возникает небольшая знакопеременная разность давлений, что приводит к возникновению акустических колебаний. Под действием этих колебаний происходит разрушение тяжёлых углеводородных фракций (парафины, асфальтены, смолы), что снижает вязкость нефти.
В качестве акустических резонаторов могут быть использованы акустические смесители. Например, акустический смеситель для смешения, гомогенизации и диспергирования жидких сред (Патент RU № 2619783 опубликовано 18.05.2017г.). В этот смеситель подаётся один компонент (нефть), поэтому в данном случае смеситель выполняет функцию акустического резонатора.
Количество акустических резонаторов 1 для конкретного устройства обработки углеводородных жидкостей должно быть таким, чтобы сумма площадей щелевых сопел 8 обеспечивала требуемый расход нефти при заданном давлении в трубопроводе. В процессе эксплуатации устройства это количество может быть изменено путём отключения каких-либо акустических резонаторов 1 с помощью соответствующих запорных кранов 6 и 7, в зависимости от вязкости нефти, транспортируемой в данный момент. Также какой-либо акустический резонатор 1 может быть временно отключен, например, по причине ремонта.