УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, касается особенностей конструктивного выполнения устройства для магнитной активации жидких сред, в частности сырой нефти или воды, и может быть использовано для предотвращения комплексных органических и минеральных отложений на наземном и подземном оборудовании, для разрушения эмульсий, а также для снижения коррозионной активности обрабатываемой жидкости.
Из заявки WО 95/11198 А1, С 02 F 1/48, Е 21 В 37/00, 27.04.1995 известно устройство для магнитной обработки жидкости, предназначенное для установки на поверхности трубопровода для жидкости и содержащее герметичный немагнитный корпус, в котором размещены постоянные магниты, индуцирующие аксиальное магнитное поле, а магнитопроводы, по существу, отсутствуют. При этом данное устройство не предназначено для его установки внутри трубопровода для обрабатываемой жидкости.
Из патента RU 2098604 С1, Е 21 В 37/00, С 02 F 1/48, 26.12.95 известно устройство для магнитной обработки жидких сред, содержащее цилиндрический корпус, вдоль оси симметрии которого установлены радиально намагниченные кольцевые постоянные магниты, создающие магнитное поле, направление магнитных силовых линий которого перпендикулярно направлению движения обрабатываемой жидкости по трубопроводу.
Однако в данном устройстве проходное отверстие для обрабатываемой жидкости значительно сужено, а внутреннее проходное отверстие
отсутствует, что исключает возможность установки устройства снаружи (вне) трубопровода для обрабатываемой жидкости.
Из патента RU №2085507 C1, C 02 F 1/48, 27.07.1997 известно устройство для магнитной обработки жидкости, содержащее ферромагнитную трубу и попарно установленные на ее внешней поверхности составные кольцевые постоянные магниты, имеющие радиальную намагниченность, которые охвачены герметичным ферромагнитным экраном. При этом пары кольцевых постоянных магнитов установлены по длине ферромагнитной трубы на расстоянии, не менее утроенной ширины одного кольцевого магнита, а главные поверхности каждого их последних сопряжены с внешней поверхностью ферромагнитной трубы.
Существенным недостатком данного устройства является отсутствие действия силы Лоренца на электрически заряженные компоненты обрабатываемой жидкости, поскольку направления ее движения и аксиальных силовых линий магнитного поля параллельны. Кроме того, ограничена область применения данного устройства, поскольку невозможен его монтаж внутри трубопровода для обрабатываемой жидкости.
Из патента RU №2127708 C1, C 02 F1/48, 20.03.1999 известно устройство для магнитной обработки жидкости, принятое за прототип, содержащее ферромагнитную трубу и установленные на ее внешней поверхности радиально намагниченные, разъемные вдоль оси кольцевые постоянные магниты, с одного торца каждого из которых без зазора установлены дополнительные ферромагнитные кольца, при этом к оси ферромагнитной трубы обращены внутренние одноименные полюсы кольцевых постоянных магнитов, а их внешние полюсы зашунтированы ферромагнитными пластинами, которые установлены равномерно без зазора по внешней поверхности кольцевых постоянных магнитов. Данное
устройство обладает простотой его монтажа и демонтажа без остановки технологического процесса в труднодоступных условиях.
Магнитные поля, создаваемые данным устройством, направлены в основном параллельно направлению движения обрабатываемой жидкости по трубопроводу. При этом, однако, существенные недостатки данного устройства состоят в невозможности установки устройства внутри трубопровода, а также неполное использование магнитных потоков постоянных магнитов, поскольку к постоянным магнитам с их торцов примыкают магнитопроводы. Такое расположение магнитопроводов приводит к постепенному изменению направления намагниченности магнитов и потере работоспособности устройства.
Технический результат, на достижение которого направлено настоящее изобретение, состоит в повышении эффективности обработки движущихся жидких сред, а также в увеличении ресурса работы предлагаемого устройства при одновременном расширении области его использования.
Данный технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство для магнитной обработки движущихся жидких сред, содержащее герметичный корпус, в котором установлены радиально намагниченные постоянные магниты и магнитопроводы, согласно данному изобретению, может располагаться как внутри, так и снаружи (вне) трубопровода для обрабатываемой жидкости, при этом герметичный корпус выполнен с внутренним проходным отверстием в виде двух коаксиальных цилиндров разного диаметра, по торцам которых установлены заглушки, каждый постоянный магнит и магнитопровод опирается на герметичный корпус и выполнен в форме сектора с углом раскрытия 90°-120°, с диаметром внешней дуги, равным внутреннему диаметру внешнего цилиндра герметичного корпуса, и с диаметром внутренней дуги, равным наружному диаметру внутреннего цилиндра герметичного корпуса, при этом постоянные магниты расположены попарно диаметрально противоположно относительно продольной оси симметрии герметичного корпуса, а также симметрично с обеих сторон магнитопроводов по продольной оси симметрии герметичного
корпуса, постоянные магниты каждой пары имеют встречное направление намагниченности и опираются на поверхность герметичного корпуса полюсами противоположной полярности, а постоянные магниты разных пар, размещенные по разные стороны от магнитопроводов, но по одну сторону от продольной оси симметрии герметичного корпуса, опираются на его поверхность полюсами одноименной полярности.
При этом согласно изобретению, размеры L1 каждого из постоянных магнитов, L2 каждого из магнитопроводов и расстояния L3 между ними по продольной оси симметрии герметичного корпуса соответствуют следующим соотношениям:
L1=(1-0,7)D1;
L2=(0,3-0,5)D1;
L3=(1-0,7)D1
при условии D2-D1=(2-0,5) см,
где: D1 - внутренний диаметр внутренней трубы, м.;
D2 - наружный диаметр внешней трубы, м.
Внутренний и внешний цилиндры герметичного корпуса могут быть выполнены в виде отрезков труб круглого сечения из ферромагнитного, или диамагнитного, или парамагнитного материала, в частности из сталей и сплавов.
Кроме того, устройство может быть снабжено центрирующими опорами для его установки внутри трубопровода для обрабатываемой жидкости коаксиально, при этом внешняя и внутренняя поверхности цилиндров герметичного корпуса должны быть снабжены покрытием из неферромагнитных материалов, а наружный диаметр D2 внешнего цилиндра
герметичного корпуса связан с внутренним диаметром D3 трубопровода для обрабатываемой жидкости соотношением:
0<D3-D2<(1/2D3)
Устройство может быть выполнено также с возможностью установки снаружи (вне) трубопровода для обрабатываемой жидкости, при этом внутренний диаметр D1 внутреннего цилиндра герметичного корпуса совпадает с наружным диаметром D4 трубопровода для обрабатываемой жидкости, а цилиндры герметичного корпуса выполнены из ферромагнитных материалов, или в качестве внутреннего цилиндра герметичного корпуса может быть использован трубопровод для обрабатываемой жидкости.
Кроме того, согласно данному изобретению, свободное пространство в герметичном корпусе может быть заполнено веществом, например, цементным камнем, обеспечивающим необходимую устойчивость конструкции устройства к деформации и дополнительную защиту постоянных магнитов и магнитопроводов от воздействия внешней среды.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез предлагаемого устройства, на фиг.2 - поперечное сечение устройства, на фиг.3 - возможный вариант размещения устройства внутри трубопровода для обрабатываемой жидкости, на фиг.4 - возможный вариант размещения устройства снаружи (вне) трубопровода для обрабатываемой жидкости.
Устройство для магнитной обработки жидкости содержит герметичный корпус 1, состоящий из двух коаксиальных цилиндров, в частности из отрезков труб разного диаметра, по торцам которых установлены заглушки (на чертежах не показаны), а также размещенные в герметичном корпусе 1 радиально намагниченные постоянные магниты 2 и магнитопроводы 3.
Постоянные магниты 2 и магнитопроводы 3 выполнены в форме секторов с углами раскрытия 90°-120°
Рекомендуемое количество постоянных магнитов в устройстве находится в пределах 8-18 штук.
Устройство может быть снабжено центрирующими опорами 4. Свободное пространство в герметичном корпусе устройства может быть заполнено веществом, обеспечивающим необходимую устойчивость конструкции к деформации и защиту постоянных магнитов и магнитопроводов от внешних воздействий, например, цементным камнем.
Цилиндры герметичного корпуса 1 могут быть выполнены из ферромагнитных, диамагнитных и парамагнитных материалов, например, сталей и сплавов. Выбор материала цилиндров определяется местом размещения устройства снаружи (вне) или внутри трубопровода с обрабатываемой жидкостью.
Размеры постоянных магнитов и магнитопроводов по продольной оси симметрии герметичного корпуса выбираются из уже приведенных выше соотношений: L1=(1-0,7)D1;
L2=(0,3-0,5) Dl;
L3=(1-0,7)D1,
при условии D2-D1=(2-0,5) см,
где D1 - внутренний диаметр внутренней трубы, м;
D2 - наружный диаметр внешней трубы, м
При размещении устройства внутри трубопровода оно устанавливается на центрирующих опорах 4 коаксиально трубопроводу для обрабатываемой
жидкости. При этом допустимо, чтобы внешний диаметр корпуса D3 устройства и внутренний диаметр трубопровода D4 находились в пределах:
0<D4-D3<(1/2D3)
Внешняя и внутренняя поверхности цилиндров герметичного корпуса 1 устройства при этом должны быть выполнены из неферромагнитных материалов (фиг.3).
При размещении устройства вне трубопровода для обрабатываемой жидкости внутренний диаметр D1 внутреннего цилиндра герметичного корпуса совпадает с наружным диаметром D4 трубопровода для обрабатываемой жидкости, то есть D1=D4, а цилиндры герметичного корпуса должны быть выполнены из ферромагнитных материалов, или в качестве внутреннего цилиндра герметичного корпуса устройства используется трубопровод для обрабатываемой жидкости (фиг.4).
На представленных чертежах (фиг.2, 3 и 4) непрерывными замкнутыми линиями со стрелками показаны направления силовых линий магнитного поля при различных способах монтажа устройства
Предлагаемое устройство для магнитной обработки жидкости обеспечивает воздействие на жидкость во всей области ее протекания вдоль данного устройства сильными (до 1-1,5 Тл) магнитными полями, не обладающими аксиальной симметрией, перпендикулярными направлению движения обрабатываемой жидкости, периодически изменяющими свою направленность на противоположную и имеющими высокие градиенты не только в направлении движения потока, но и перпендикулярно ему. Это позволяет исключить релаксационные процессы, возникающие после прекращения действия магнитного поля, приводящие, как известно, к снижению эффекта магнитной обработки. При этом обрабатываемая жидкость, находящаяся в зоне расположения магнитного устройства, постоянно подвергается действию переменного по амплитуде и градиенту
магнитного поля, а заряженные частицы жидкости постоянно подвергаются действию силы Лоренца, поскольку направление движения жидкости перпендикулярно магнитному полю, создаваемому постоянными магнитами установки. Благодаря наличию магнитопроводов, выполненных из ферромагнитных материалов с высоким коэффициентом магнитной проницаемости и расположенных между постоянными магнитами на определенном расстоянии, магнитное поле в трубопроводе для обрабатываемой жидкости между диаметрально расположенными в корпусе магнитопроводами имеет высокую напряженность, близкую к напряженности поля в трубопроводе между диаметрально расположенными постоянными магнитами. Сочетание указанных физических факторов позволяет более эффективно проводить магнитную обработку смеси нефти и воды, а также газа.
Возможность размещения предлагаемого устройства внутри или снаружи (вне) трубопровода позволяет более полно использовать магнитные потоки постоянных магнитов благодаря тому, что стенки трубопровода выполняют функции магнитопроводов. При предложенной схеме размещения магнитопроводов и постоянных магнитов исключается перемагничивания последних,
Кроме того, возможность расположения предлагаемого устройства как внутри, так и снаружи (вне) трубопровода для обрабатываемой жидкости, расширяет условия его использования, когда имеются технологические ограничения для внешнего, или внутреннего диаметра трубопровода. Благодаря наличию внутреннего проходного отверстия в устройстве не создается значительного гидродинамического сопротивления, при этом энергия магнитного поля, индуцируемого с помощью постоянных магнитов в устройстве предложенной конструкции, используется более полно.