PL229584B1 - Separator niejednorodnych mieszanin ciekłych - Google Patents

Abstract

Separator niejednorodnych mieszanin ciekłych zawierający zewnętrzny cylinder stanowiący korpus obudowy, króciec wlotowy oraz króćce wylotowe wody, kanał wlotowy, pokrywę, głowicę oraz komorę przelewową, a także ujęcie oleju oraz króciec wyprowadzający olej, charakteryzujący się tym, że wewnątrz cylindrycznego korpusu (1) wbudowane są co najmniej dwie przegrody kształtu cylindrycznego, środkowa (2) i wewnętrzna (3), które wewnątrz separatora tworzą trzy strefy przepływu o przeciwnych kierunkach przepływu. Głowica (6) separatora od góry posiada komorę przelewową (7) ze stycznie do niej wyprowadzonym króćcem (8) oraz króciec wlotowy (5) ze spiralnie wprowadzonym kanałem wlotowym (9). Natomiast pokrywa (10) zamykająca długość separatora i jednocześnie ograniczająca od dołu wszystkie trzy strefy przepływu posiada na wewnętrznej powierzchni pierścieniowe wyoblenia (11) i (12) oraz cylindryczną przegrodę (13). Z kolei wewnętrzna przegroda cylindryczna (3) jest w dolnym końcu dośrodkowo zaokrąglona półtorusem (20), z którego z krawędzi mniejszej średnicy wyprowadzony jest krótki cylinder (21). Ponadto w górnej części wewnętrzna przegroda cylindryczna (3) posiada dyszę pierścieniową (22) z otworem (23), wewnątrz którego umieszczony jest stożek (24) osadzony na przesuwnej rurze olejowej (25) przechodzącej przez zespół elementów dławika (26) posadowionego na pokrywie (27) komory przelewowej (7).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do rozdzielania niejednorodnych mieszanin wodno-olejowych.

Do rozdzielania ciekłych układów wielofazowych w zależności od ich trwałości i wielkości średnicy kropel fazy rozproszonej oraz różnicy gęstości pomiędzy fazą ciągłą i fazą rozproszoną, wykorzystywane są zarówno środki chemiczne, jak i różnego typu urządzenia wykorzystujące między innymi siły: grawitacji i odśrodkową. Duże krople fazy rozproszonej np. oleju w wodzie (O-W) powyżej 150-200 pm są stosunkowo łatwe do usunięcia w urządzeniach sedymentacyjnych pracujących okresowo lub ciągle.

Natomiast do wydzielania z wody mniejszych kropel oleju poniżej 70-100 pm, stosuje się urządzenia działające na zasadzie siły odśrodkowej (wykorzystania sił bezwładnościowych) w tym wirówki i hydrocyklony. Wiadomym jest, że dolna granica wielkości kropel oleju możliwa do usunięcia z wody dla wirówek najczęściej zawiera się w przedziale d rmin = 0,5 - 3 pm, natomiast dla hydrocyklonów w przedziale d rmin = 5 - 20 pm. Naturalnym dążeniem w procesie oddzielania oleju z wody jest, aby z jednej strony otrzymywać jak najczystszą wodę, to jest o minimalnej zawartości oleju, a z drugiej strony otrzymywać jak najczystszy olej, to jest o minimalnej zawartości wody i przez to, aby całkowita sprawność rozdziału osiągała jak najwyższą wartość.

Wysoką sprawność rozdziału, bliską jedności, można uzyskać stosując np. wirówki.

W hydrocyklonach natomiast, zwłaszcza w układzie jednostopniowym, wartość całkowitej sprawności rozdziału oleju od wody jest znacząco mniejsza od jedności. Zależy ona od konstrukcji hydrocyklonu i właściwości fizycznych oleju rozproszonego w wodzie oraz od zawartości wody w oddzielonym oleju.

Znany jest, z opisu patentowego PL191701 hydrocyklon charakteryzujący się tym, że między częścią cylindryczno-stożkową i cylindryczną znajduje się pierścieniowa szczelina, usytuowana we wnętrzu współosiowo osadzonego zbiornika, przy czym element cylindryczny jest przesuwnie osadzony w zbiorniku. Natomiast w dolnej części zbiornika zamontowany jest stycznie do jego pobocznicy wylotowy króciec.

Ponadto znany jest, z opisu patentowego PL165763 hydrocyklon charakteryzujący się tym, że dolotowy króciec nadawy jest wprowadzany stycznie promieniowo pod kątem rozwartym do wnętrza głowicy górnej, której komora wewnętrzna jest ukształtowana w postaci półkuli o promieniu stanowiącym połowę średnicy nominalnej hydrocyklonu mającej w osi usytuowany wylew frakcji hydrofobowej separowanej mieszaniny. Nadciśnieniowa komora powietrzna zaopatrzona w króćce gazu ma wewnętrzną przenikalną dla gazu ściankę podzieloną na płaszczyźnie poziomej na szereg sekcji. Komora jest zaopatrzona w cylindryczny kanał zbiorczy frakcji hydrofilowej zakończony króćcem spustowym oraz ma cylindryczny występ kołowy zaopatrzony w osadzony na nim grzybek przepuszczalny gazu technologicznego, doprowadzonego do jego spodniej części doprowadzającym przewodem.

Z kolei z opisu patentowego PL165796 znany jest hydrocyklonowy separator flotacyjny charakteryzujący się tym, że jest zaopatrzony w cylindryczny króciec zasilający nadawy, wprowadzony do cylindrycznej komory górnej, zamkniętej od góry dnem, w kształcie wypukłej dennicy, w której najwyższym punkcie, w obrębie utworzonej tam poduszki powietrznej jest usytuowany wodo- i gazoszczelny przepust. W przepuście jest osadzony przesuwnie wylewowy króciec drobnoziarnistej frakcji, zakończony na zewnątrz ssącym syfonem mającym elastyczny łącznik. Króciec jest zakończony od wewnątrz ostrokątnym stożkiem separacyjnym mającym zewnętrzną krawędź wlotową usytuowaną w obrębie prowadzącego ażurowego pierścienia nieruchomego utwierdzonego do ścianki komory górnej. Komora jest dołączona do cylindrycznej górnej komory powietrznej mającej dwa króćce zasilające doprowadzenia sprężonego powietrza technologicznego. Komora ma połączenie za pośrednictwem rurowego przyłącza komory wyrównawczej i rurowego przyłącza górnego z cylindryczną komorą powietrzną. We wnętrzu komory są osadzone współśrodkowe pierścienie separacyjne umocowane osiowo-przesuwnie na długość skoku, którego wielkość jest funkcją liniową średnicy nominalnej separatora.

Znane są ze stanu techniki hydrocyklony do rozdzielania mieszanin dwóch cieczy wzajemnie nierozpuszczalnych, z których większość, oprócz różnic rozwiązania sposobu doprowadzenia zawiesiny olejowo-wodnej i odprowadzania produktów rozdziału, charakteryzuje się wysmukłą budową. Najczęściej stosunek długości L w części roboczej do średnicy D stanowiącej wielkość nominalną hydrocyklonu, zawiera się w przedziale 20-25. Wiadomo jest, że tak ustalony stosunek długości do średnicy hydrocyklonu uwarunkowany jest koniecznością zapewnienia wysokiej sprawności rozdziału

PL 229 584 B1 faz. Dlatego stosowane obecnie hydrocyklony do rozdziału dwu- lub trójfazowych mieszanin ciekłych wymagają dużej powierzchni i przestrzeni do ich zabudowy, a ich duża długość (wysokość) sprawiają trudności w montażu i obsłudze w trakcie eksploatacji. Są też niewygodne w transporcie, a w szczególności gdy zachodzi konieczność ich przemieszczania, co ma często miejsce w naftowym przemyśle wydobywczym, czyli w wiertnictwie.

Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie takiej konstrukcji separatora przeznaczonego do rozdziału wzajemnie nierozpuszczalnych mieszanin niejednorodnych składających się z dwóch faz ciekłych, który posiadałby wysoką sprawnością rozdziału poszczególnych faz mieszaniny wielofazowej.

Oprócz tego dodatkowym celem separatora według wynalazku jest również stworzenia urządzenia o niskim stosunku długości do średnicy, przy zachowaniu wysokiego poziomu sprawności rozdziału faz. Pozwoli to na zmniejszenie zapotrzebowania powierzchni lub przestrzeni do jego zabudowy oraz obniżenie kosztów inwestycyjno-eksploatacyjnych i ułatwienia w transporcie i obsłudze pojedynczego separatora lub agregatu zespolonego z kilku do kilkudziesięciu pojedynczych separatorów.

Separator niejednorodnych mieszanin ciekłych według wynalazku zawierający zewnętrzny cylinder stanowiący korpus obudowy, króciec wlotowy oraz króćce wylotowe wody, kanał wlotowy, pokrywę, głowicę oraz komorę przelewową, a także ujęcie oleju oraz króciec wyprowadzający olej charakteryzuje się tym, że wewnątrz cylindrycznego korpusu wbudowane są dwie przegrody kształtu cylindrycznego, środkowa i wewnętrzna, które wewnątrz separatora tworzą trzy strefy o przeciwnych kierunkach przepływu. Głowica separatora niejednorodnych mieszanin ciekłych od góry ma komorę przelewową ze stycznie z niej wyprowadzonym króćcem wody oraz króciec wlotowy ze spiralnie wprowadzonym kanałem wlotowym. Natomiast pokrywa zamykająca separator i jednocześnie ograniczająca od dołu wszystkie trzy strefy przepływu posiada na wewnętrznej powierzchni pierścieniowe wyoblenia oraz cylindryczną przegrodę rozdzielającą schodzący w drugiej, środkowej, strefie przepływu strumień medium doprowadzonego króćcem na dwa strumienie: wznoszące w pierwszej, wewnętrznej, strefie przepływu i w trzeciej, zewnętrznej, strefie przepływu. Wewnętrzna przegroda cylindryczna jest w dolnym końcu dośrodkowo zaokrąglona półtorusem, z którego z krawędzi o mniejszej średnicy wyprowadzony jest krótki cylinder zwężający strumień przepływającego medium ze środkowej do wewnętrznej strefy przepływu. W górnej części wewnętrzna przegroda cylindryczna posiada dyszę pierścieniową z otworem, wewnątrz którego umieszczony jest stożek osadzony na przesuwnej rurze olejowej, przechodzącej przez zespół elementów dławika, posadowionego na pokrywie komory przelewowej. Dysza regulowana pozwoli na regulacje wydatku tej części wody, która dostaje się do wewnętrznej strefy w zależności od tego z jakiej wielkości kroplami oleju mamy do czynienia. W górnej części korpusu cylindrycznego wyprowadzony jest stycznie króciec wodny zewnętrznej strefy przepływu oraz ujęcie oleju od zewnątrz ograniczone osłoną cylindryczną, z którego olej wyprowadzany jest króćcem, stycznie z górnego obwodu osłony cylindrycznej.

Korzystnie jest, gdy poprzeczne przekroje strefy drugiej i trzeciej mają taką sama powierzchnię, co pozwala na zapewnienie jednakowego natężenia przepływu mieszaniny.

Ponadto korzystnie, gdy szerokość kanału wlotowego maleje w kierunku promienia obudowy, a wzrasta w kierunku jego osi, co wzmacnia siłę odśrodkową przepływającej mieszaniny zwiększając jednocześnie sprawność urządzenia.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia separator niejednorodnych mieszanin ciekłych w przekroju wzdłużnym.

Separator niejednorodnych mieszanin ciekłych w przykładzie wykonania składa się z cylindrycznego korpusu 1, wewnątrz którego wbudowane są dwie przegrody kształtu cylindrycznego, środkowa 2 i wewnętrzna 3, które wewnątrz separatora tworzą trzy strefy przepływu I, II, III o przeciwnych kierunkach przepływu. W strefach wewnętrznej I i zewnętrznej III kierunek przepływu następuje w górę, zaś w strefie środkowej II w dół. Głowica 6 separatora od góry ma komorę przelewową 7 ze stycznie z niej wyprowadzonym króćcem wody 8 oraz króciec wlotowy 5 ze spiralnie wprowadzonym kanałem wlotowym 9. Wnętrze separatora rozgraniczone dwoma cylindrycznymi przegrodami pierwszą 2 i drugą 3, podzielone jest na trzy strefy przepływu (wewnętrzną I, środkową II, zewnętrzną III), natomiast zewnętrzny cylinder 1 stanowi korpus obudowy, który ma pokrywę 10, zamykającą długość separatora i jednocześnie ograniczającą od dołu wszystkie trzy strefy przepływu. Wewnętrzna powierzchnia pokrywy 10 posiada pierścieniowe wyoblenia 11 i 12 oraz cylindryczną przegrodę 13 rozdzielającą schodzący w drugiej, środkowej, strefie przepływu strumień 14 medium doprowadzonego króćcem 5 na dwa strumienie - wewnętrzny 15 wznoszący w wewnętrznej strefie przepływu i zewnętrzny 16 wznoszący w zewnętrznej strefie przepływu. W górnej części korpusu cylindrycznego 1

PL 229 584 B1 wyprowadzony jest stycznie króciec wodny 4 zewnętrznej III strefy przepływu oraz ujęcie oleju 17 od zewnątrz ograniczone osłoną cylindryczną 18, z którego olej wyprowadzany jest króćcem 19, stycznie z górnego obwodu osłony cylindrycznej 18.

Wewnętrzna przegroda cylindryczna 3 jest w dolnym końcu dośrodkowo zaokrąglona półtorusem 20, z którego z krawędzi mniejszej średnicy wyprowadzony jest krótki cylinder 21 zwężający strumień przepływającego medium z II do I strefy przepływu. W górnej części wewnętrzna przegroda cylindryczna 3 posiada dyszę pierścieniową 22 z otworem 23, wewnątrz którego umieszczony jest stożek 24 osadzony na przesuwnej rurze olejowej 25 przechodzącej przez zespół elementów dławika 26 posadowionego na pokrywie 27 komory przelewowej 7

Claims (3)

1. Separator niejednorodnych mieszanin ciekłych zawierający zewnętrzny cylinder stanowiący korpus obudowy, króciec wlotowy oraz króćce wylotowe wody, kanał wlotowy, pokrywę, głowicę oraz komorę przelewową, a także ujęcie oleju oraz króciec wyprowadzający olej, znamienny tym, że wewnątrz cylindrycznego korpusu (1) wbudowane są co najmniej dwie przegrody kształtu cylindrycznego, środkowa (2) i wewnętrzna (3), które wewnątrz separatora tworzą trzy strefy przepływu (I, II, III) o przeciwnych kierunkach przepływu, zaś głowica (6) separatora ma od góry komorę przelewową (7) ze stycznie z niej wyprowadzonym króćcem wody (8) oraz króciec wlotowy (5) ze spiralnie wprowadzonym kanałem wlotowym (9), natomiast pokrywa (10) zamykająca długość separatora i jednocześnie ograniczająca od dołu wszystkie trzy strefy przepływu (I, II, III) ma na wewnętrznej powierzchni pierścieniowe wyoblenia (11) i (12) oraz usytuowaną pomiędzy nimi cylindryczną przegrodę (13), przy czym wewnętrzna przegroda cylindryczna (3) jest w dolnym końcu dośrodkowo zaokrąglona półtorusem (20), z którego z krawędzi mniejszej średnicy wyprowadzony jest krótki cylinder (21), a ponadto w górnej części wewnętrzna przegroda cylindryczna (3) ma dyszę pierścieniową (22) z otworem (23), wewnątrz którego umieszczony jest stożek (24) osadzony na przesuwnej rurze olejowej (25) przechodzącej przez zespół elementów dławika (26) posadowionego na pokrywie (27) komory przelewowej (7), ponadto w górnej części korpusu cylindrycznego (I) wyprowadzony jest stycznie króciec wodny (4) zewnętrznej (III) strefy przepływu oraz ujęcie oleju (17) od zewnątrz ograniczone osłoną cylindryczną (18), z którego olej wyprowadzany jest króćcem (19), stycznie z górnego obwodu osłony cylindrycznej (18).

2. Separator według zastrz. 1, znamienny tym, że poprzeczne przekroje strefy wewnętrznej (II) i zewnętrznej (III) mają taką sama powierzchnię.

3. Separator według zastrz. 1, znamienny tym, że szerokość kanału wlotowego (9) maleje w kierunku promienia korpusu (1), a wzrasta w kierunku jego osi.