Коалесцирующий элемент для разделения водо-нефтяной смеси

Описание полезной модели
Полезная модель относится к коалесцирующим элементам, применяемым в устройствах очистки различных вод от нефтепродуктов, в частности к коалесцерам, производящим отделение частиц нефти от попутной воды в системах сбора и подготовки, и в системах поддержания пластового давления (ППД).
В настоящее время в нефтедобывающей промышленности, для подготовки попутно-добываемой пластовой воды в системе сбора нефти, газа и воды, применяются различные фильтры-коалесцеры. Например, согласно патентам RU / 116 147, C10G 33/06, 20.05.2012/, и RU /117 096, B01D 17/00, 20.06.2012/. В данных устройствах применяются большеразмерные плоские параллельные пластины и большеразмерные гофрированные пластины.
Известны коалесцирующие устройства, в которых применяются наборы или пакеты, собранные из малогабаритных отдельных коалесцирующих элементов.
Так известен способ разделения водонефтяной смеси по патенту /US 4897206, BO1D 23/24, 30.01.1990/, включающий подачу смеси на М-образный элемент и отвод нефтепродукта через кольцо, соединяющее симметричные половины М-образного элемента. Вода при этом отводится через два ниже расположенных отверстия, каждое из которых находится в симметричных половинах М-образного элемента.
Способ и устройство по данному патенту недостаточно эффективны, так как каждый М-образный элемент способа имеет отверстия для отвода не только нефтепродукта, но и для отвода воды.
Прототипом заявляемого элемента является М-образный элемент для разделения эмульсии по патенту RU /2 618 857, BO1D 17/02, 11.05.2017/, в котором симметричные половины М-образного элемента соединены между собой кольцом для отвода дисперсной фазы, и в котором отверстие для отвода дисперсной фазы выполнено в виде кольцевого выступа, а симметричные половины М-образного элемента выполнены цельными.
Недостатками прототипа является следующее.
V-образная впадина в верхней полке образует дополнительное сопротивление потоку жидкости, и может приводить к его турбулизации, что будет нарушать процесс коалесцирования.
Симметричность М-образного элемента прототипа для ряда режимов потока жидкости является недостатком в части повышенного гидравлического сопротивления и в возможности турбулизации потока нефтеводяной смеси. Турбулизация потока приводит к обратному эффекту – перемешиванию нефтеводяной смеси и созданию устойчивых эмульсий, которые могут возникнуть при определенном соотношении нефти и воды. Для устранения этого недостатка целесообразны наклоны боковых сторон элемента под разными углами. На практике, сторона на выходе потока должна иметь меньший наклон к горизонтали.
Также в прототипе может быть неустойчивость процесса формирования и сбора коалесцентной фазы, по всей длине профиля элемента особенно при режимах потоках жидкости близких к турбулентному. Причиной тому отсутствие отдельных, не связанных друг с другом, зон коалесценции. Этому недостатку способствует отсутствие ребер, расположенных поперек элемента и спрямляющих поток жидкости.
Сборочно-эксплуатационным недостатком элементов у прототипа является отсутствие дистанционно-центрирующих элементов/выступов – что будет приводить к неточности сборки-укладки коалесцирующих элементов в пакет.
Также недостатком прототипа является отсутствие достаточного количества и необходимого профиля канавок/углублений для сбора и формирования коалесцентной фазы под верхней полкой.
Задачи, решаемые предлагаемой полезной моделью, заключается в следующем.
Снижение гидравлического сопротивления потоку жидкости, вызываемого излишними изгибами поперечного профиля элемента.
Повышение устойчивости потока жидкости – уменьшение его турбулентности, применением разных углов наклона боковых сторон элемента, на входе и выходе потока.
Обеспечение устойчивого процесса формирования и сбора коалесцентной фазы применением ребер, упорядочивающих и спрямляющих поток жидкости и образующих зоны коалесценции.
Обеспечение сборочно-эксплуатационных условий для коалесцирующих элементов применением дистанционно-центрирующий элементов/выступов.
Также задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является создание условий для дополнительного сбора и формирования коалесцентной фазы.
Поставленная задача решается тем, что коалесцирующий элемент для разделения водонефтяной смеси, имеющий отверстия для отвода коалесцентной фазы, выполненные в виде кольцевого выступа, отличается тем, что элемент выполнен П-образной формы с боковыми сторонами, наклоненными к вертикали под углом β, где 5<β< 85 градусов, причем углы наклона боковых сторон и их длины могут быть разными, и для стабилизации потока жидкости между отверстиями и по краям элемента выполнены ребра, располагаемые вдоль организованного потока жидкости и образующие зоны колесценции, а для сборки-укладки коалесцирующих элементов в пакет на верхней грани горизонтальной полки выполнены дистанционно-центрирующие ступенчатые выступы/втулки, и для стыковки с ними на нижней грани  горизонтальной полки выполнены выступы/втулки со ступенчатыми отверстиями.
Также поставленная задача решается тем, что на верхней горизонтальной полке элемента выполнено одно или более углубление для дополнительного сбора и формирования коалесцентной фазы.
Предлагаемый коалесцирующий элемент и его работа иллюстрируются на фиг. 1-5.
На фигурах показано:
1 - П-образный коалесцирующий элемент;
2 - отверстие для отвода косалесцентой фазы;
3 – зоны коалесценции отделенной нефти;
4 - ребра;
5 - кольцевые выступы отверстий;
1
6 - β – угол наклона боковой стороны на входе жидкости в коалесцирующие элементы;
2
7 - β – угол наклона боковой стороны на выходе жидкости из коалесцирующих элементов;
1
8 - L – длина боковой стороны на входе жидкости в коалесцирующие элементы;
2
9 - L – длина боковой стороны на выходе жидкости из коалесцирующих элементов;
10 - центрирующие ступенчатые выступы на верхней грани горизонтальной полки;
11 - центрирующие ступенчатые отверстия на нижней грани горизонтальной полки;
12 – углубления.
1
2
2
1
На фиг.1 показан поперечный разрез коалесцирующего П-образного элемента 1 с применением разных углов наклона боковых сторон элемента. Где β и βуглы наклона боковых сторон. Причем для снижения гидравлического сопротивления потоку жидкости и предупреждения турбулизации потока β > β.
На фиг.2 показан пакет П-образных элементов 1, производящий коалесценцию (отделение) нефти от воды. Отделенные частицы нефти собираются под горизонтальной полкой в зоне коалесценции 3.
На фиг.3 на продольном разрезе коалесцирующего элемента показано как благодаря ребрам 4, организуются данные зоны коалесценции 3. Ребра выполнены вдоль потока жидкости ребра, благодаря своей высоте, также выполняют функции спрямления (ламинизации) потока.
На фиг.4 на продольном разрезе коалесцирующего элемента показаны на верхней грани горизонтальной полки дистанционно-центрирующие ступенчатые выступы 10, а на нижней грани горизонтальной полки показаны ступенчатые втулки 11 с отверстиями. При этом сборка пакета коалесцирующих элементов, и их нахождение в потоке жидкости становится устойчивым, благодаря вхождению выступов 10 в ступенчатые отверстия 11.
На фиг. 5, на поперечном разрезе коалесцирующего элемента, показаны дополнительные углубления 12 для дополнительного сбора и формирования коалесцентной фазы в зонах 3. Дополнительных углублений может быть одно или более, количеством определяемых шириной горизонтальной полки. Размеры (ширина) полки в свою очередь определяется режимами коалесцирования, в частности в зависимости от скорости потока жидкости. При больших скоростях потока целесообразно большее количество дополнительных углублений, которые увеличивают вероятность улавливания и коалесцирования частиц нефтепродуктов.
Применение заявляемой полезной модели позволяет получить следующие технические результаты и преимущества по сравнению с прототипом:
снизить гидравлическое сопротивления потоку жидкости, вызываемое излишними изгибами поперечного профиля элемента;
обеспечить устойчивость процесса формирования и сбора коалесцентной фазы применением ребер, упорядочивающих и спрямляющих поток жидкости и образующих зоны коалесценции;
улучшить сборочно-эксплуатационные условия для коалесцирующих элементов применением дистанционно-центрирующий элементов/выступов;
создание условий для дополнительного сбора и формирования коалесцентной фазы;
повысить устойчивость потока жидкости уменьшением его турбулентности, применением разных углов наклона боковых сторон элемента, на входе и выходе потока.