способ ввода химического реагента в поток жидкости в трубопроводе и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ ввода химического реагента в поток жидкости в трубопроводе, при котором осуществляют перекачку жидкости по трубопроводу и ввод химреагента в поток, отличающийся тем, что в трубопроводе размещают зонд по диаметру трубопровода, через который осуществляют ввод химреагента в поток трубопровода, при котором доля подаваемого химреагента в трубопровод увеличивается от периферии к центру.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поперечное сечение трубопровода условно разбивают на области линиями, симметрично расположенными относительно зонда, и ввод химического реагента в поток жидкости в трубопроводе осуществляют одинаково-пропорционально расходу потока через каждую условно полученную область.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что выходные отверстия на зонде ориентируют так, чтобы они не были обращены навстречу к потоку.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что поток жидкости в трубопроводе перемешивают, при этом перемешивание потока начинают до ввода в него химреагента.

5. Устройство ввода химического реагента в поток жидкости в трубопроводе, которое включает емкость для химического реагента, насос прокачки, вспомогательный трубопровод для прокачки химического реагента из емкости в поток жидкости в трубопроводе при помощи насоса, отличающееся тем, что в трубопроводе размещают зонд для ввода химического реагента в поток жидкости в трубопроводе с одним или несколькими отверстиями, которые выполнены из условия, чтобы доля подаваемого химического реагента в трубопровод увеличивалась от периферии к центру.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что отверстия в зонде выполнены из требования, чтобы ввод химического реагента в поток жидкости в трубопроводе осуществлялся одинаково-пропорционально расходу потока через каждую область, получаемую условным разбиением поперечного сечения трубопровода линиями, симметрично расположенными относительно зонда.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что отверстия в зонде выполняются на боковой поверхности так, чтобы не были обращены к потоку.

8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что смеситель установлен на трубопроводе перед зондом по ходу потока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение ввода химического реагента (далее химреагента) в поток жидкости в трубопроводе и устройство для его осуществления относятся к технологии и техники ввода химреагента в поток жидкости в трубопроводе и могут быть использованы в нефтяной и других отраслях промышленности для интенсификации разделения жидкостей, например для отделения воды от нефти, для предотвращении отложений и коррозии в трубопроводах.

Известен способ ввода химреагента в поток жидкости в трубопроводе, применяемый при обессоливании нефти, включающий перекачку жидкости по трубопроводу, ввод в него химреагента и компонента, составляющую дисперсную фазу в потоке жидкости в трубопроводе, разделение жидкости на фазы, раздельный отвод фаз [1].

Известно устройство ввода химреагента в поток жидкости в трубопроводе, применяемое при обессоливании нефти, включающее емкость для химического реагента, насос прокачки, вспомогательные трубопроводы ввода в трубопровод химического реагента и компонента, составляющую дисперсную фазу в потоке жидкости в трубопроводе, емкости для разделения жидкости на фазы, последовательно соединенные с трубопроводом [2].

Недостатки данных технологии и техники ввода химреагента в поток жидкости в трубопроводе - при вводе химреагента через вспомогательный трубопровод, соединенный с трубопроводом через патрубок ввода, обеспечивается интенсивное взаимодействие химреагента не с потоком в трубопроводе, а с поверхностью трубопровода. Как следствие, во-первых, наступает преждевременная коррозия металла, особенно на участках сварных швов и выход его из строя. Во-вторых, процесс взаимодействия химреагента с потоком трубопровода оказывается длительным и мало эффективным. Повышение эффективности при применении химреагента достигается его передозировкой.

Известен способ ввода химреагента в поток жидкости в трубопроводе, применяемый при разделении жидкости на фазы, включающий перекачку жидкости по трубопроводу, ввод химреагента через патрубок ввода, разделение жидкости на фазы, раздельный отвод фаз [3] (прототип способа)..

Известно устройство ввода химреагента в поток жидкости в трубопроводе, применяемое при разделении жидкости на фазы, включающее емкость для химического реагента, насос прокачки, вспомогательный трубопровод для прокачки химического реагента из емкости в трубопровод через патрубок ввода химреагента, смонтированный на трубопроводе, емкости для разделения жидкости на фазы, последовательно соединенные с трубопроводом [4] (прототип устройства).

Недостатки данных технологии и техники ввода химреагента в поток жидкости в трубопроводе - при вводе химреагента через вспомогательный трубопровод, соединенный с трубопроводом через патрубок ввода, обеспечивается интенсивное взаимодействие химреагента не с потоком в трубопроводе, а с поверхностью трубопровода. Как следствие, во-первых, наступает преждевременная коррозия металла, особенно на участках сварных швов и выход его из строя. Во-вторых, процесс взаимодействия химреагента с потоком трубопровода оказывается длительным и мало эффективным. Повышение эффективности при применении химреагента достигается его передозировкой.

Техническим результатом данного изобретения является уменьшение непосредственного контакта с поверхностью трубопровода, времени взаимодействия химреагента с потоком в трубопроводе, расхода химреагента, увеличение эффективности взаимодействия химреагента с потоком трубопровода.

Для достижения технического результата в способе ввода химреагента в поток жидкости в трубопроводе, при котором осуществляют перекачку жидкости по трубопроводу и ввод химреагента в поток через патрубок ввода, согласно изобретению в трубопроводе размещают зонд по диаметру трубопровода, через который осуществляют ввод химреагента в поток трубопровода, при котором доля подаваемого химреагента в трубопровод увеличивается от периферии к центру, ввод, который при этом насколько можно точно соответствовал бы требованию «ввод химреагента в поток трубопровода осуществляют одинаково-пропорционально расходу потока через каждую область, получаемую условным разбиением поперечного сечения трубопровода линиями, симметрично расположенными относительно зонда», выходные отверстия на зонде ориентируют так, чтобы они не были обращены навстречу к потоку (направление поступления химреагента из зонда в поток совпадало с направлением этого потока в трубопроводе или было перпендикулярно относительно набегающего на зонд потока трубопровода), при этом осуществляют перемешивание потока, которое начинают до ввода в него химреагента.

В заявляемом способе химреагент, в отличие от прототипа [3], подается по диаметру трубопровода через зонд, при котором доля подаваемого химреагента в трубопровод увеличивается от периферии к центру. При этом достигается оптимальный ввод химреагента через этот зонд в поток с точки зрения равномерности распределения химреагента в потоке трубопровода, если предварительно поперечное сечение трубопровода условно разбивают на области при помощи линий, симметрично расположенных относительно зонда, а ввод химреагента в поток трубопровода осуществляют одинаково-пропорционально расходу потока в каждой области. Указанная пропорциональность обеспечивает рациональное (оптимальное) распределение химреагента в потоке по уровням ввода, а значит, наиболее эффективное распределение химреагента в потоке под воздействием турбулентности потока. Осуществление перемешивания потока до ввода в него химреагента обеспечивает увеличение равномерного распределения дисперсной фазы поперечным и продольным сечением потока трубопровода и площади их контакта и, как следствие, более быстрое и эффективное взаимодействие химреагента на поверхность раздела фаз и с потоком. Это позволяет заявляемому способу уменьшить интенсивность взаимодействия химреагента со стенками трубопроводом, сократить время равномерного распределения химреагента в потоке трубопровода и тем самым увеличить время взаимодействия химреагента с потоком, и тем самым повысить эффективность воздействия химреагента на поток и сократить его расход и время для получения того же результата воздействия химреагента на поток, какой имеет место в прототипе [3]. Снижение расхода химреагента, уменьшение его контакта со стенкой трубопровода позволит продлить срок службы в трубопроводе по заявляемому способу в сравнении с прототипом [3]. Ориентация выходных отверстий на зонде из условия, чтобы химреагент через зонд в поток трубопровода поступал с обратной по направлению потока боковой стороны зонда или перпендикулярно относительно набегающего на зонд потока трубопровода, способствует сохранению проходимости выходных отверстий в процессе длительной реализации заявляемого способа, что способствует повышению технологичности заявляемого способа.

Таким образом, благодаря осуществлению перечисленных операций заявляемого способа обеспечивается уменьшение непосредственно контакта с поверхностью трубопровода, времени взаимодействия химреагента с потоком в трубопроводе, расхода химреагента.

Применение заявляемого способа позволит увеличить срок службы трубопровода, сократить расход химреагента, увеличить эффективность взаимодействия химреагента с потоком трубопровода.

Для достижения технического результата при реализации заявляемого способа используют устройство, которое включает емкость для химического реагента, насос прокачки, вспомогательный трубопровод для транспортировки (прокачки) химреагента из емкости в трубопровод при помощи насоса, согласно изобретению в трубопроводе размещают зонд для ввода химреагента в трубопровод с одним или несколькими отверстиями, которые выполнены из условия, чтобы доля подаваемого химреагента в трубопровод увеличивалась от периферии к центру и как можно более точно соответствовала бы требованию «ввод химреагента в поток трубопровода осуществляют одинаково-пропорционально расходу потока через каждую область, получаемую условным разбиением поперечного сечения трубопровода линиями, симметрично расположенными относительно зонда», при этом отверстия в зонде выполняются на боковой поверхности так, чтобы они не были обращены навстречу к потоку, а также используется смеситель, который установлен на трубопроводе перед зондом по ходу потока.

В заявляемом устройстве, согласно изобретению, в трубопроводе размещают зонд с одним или несколькими отверстиями для ввода химреагента в поток в трубопроводе, которые выполнены из условия, чтобы доля подаваемого химреагента в трубопровод увеличивалась от периферии к центру. При этом при помощи заявляемого устройства достигается оптимальный ввод химреагента в поток с точки зрения равномерности распределения химреагента в потоке трубопровода, если предварительно поперечное сечение трубопровода условно разбивают на области при помощи линий, симметрично расположенных относительно зонда, а отверстия в зонде выполняют из условия ввода химреагента в поток трубопровода одинаково-пропорционально расходу потока в каждой области. Указанная пропорциональность обеспечивает рациональное (оптимальное) распределение химреагента в потоке по уровням ввода, а значит, наиболее эффективное распределение химреагента в потоке под воздействием турбулентности потока. Применение в заявляемом устройстве смесителя обеспечивает увеличение равномерного распределения дисперсной фазы поперечным и продольным сечением потока трубопровода и площади их контакта и, как следствие, более быстрое и эффективное взаимодействие химреагента на поверхность раздела фаз и с потоком. Это позволяет при использовании заявляемого устройства уменьшить интенсивность взаимодействия химреагента с потоком трубопровода, сократить время равномерного распределения химреагента в потоке трубопровода и тем самым увеличить время взаимодействия химреагента с потоком, и тем самым повысить эффективность воздействия химреагента на поток и сократить его расход и время для получения того же результата воздействия химреагента на поток, который имеет место при применении прототипа [4]. Снижение расхода химреагента, уменьшение его контакта со стенкой трубопровода позволит продлить срок службы в трубопроводе по заявляемому устройству в сравнении с прототипом [4]. Ориентация выходных отверстий на зонде из условия, чтобы химреагент через зонд в поток трубопровода поступал с обратной стороны или перпендикулярно относительно набегающего на зонд потока трубопровода, способствует сохранению проходимости выходных отверстий в процессе длительной эксплуатации заявляемого устройства.

Таким образом, благодаря выполнению выходного отверстия из указанных условий и использованию смесителя обеспечивается более высокая эффективность воздействия химреагента с потоком трубопровода, получаемая заявляемым устройством, нежели при помощи прототипа [4].

Заявляемые способ ввода химреагента в трубопровод и устройство для его осуществления могут конкретно применяться на нефтепромыслах - в системе сбора и подготовки нефти (отделения от нефти воды), а также при защите трубопроводов от коррозии.

Заявляемый способ ввода химреагента в поток жидкости в трубопроводе осуществляется следующим образом.

В трубопроводе, по которому под избыточным давлением транспортируют жидкость, размещая пропорционально расходу потока на каждом уровне ввода, поток в трубопроводе предварительно подвергают перемешиванию.

На чертеже представлен один из вариантов заявляемого устройства ввода химреагента в поток трубопровода.

Устройство включает зонд 1 с заглушенным торцом, установленный на трубопроводе 2 по диаметру трубопровода 2, соединенным с трубопроводом 2 при помощи вспомогательного трубопровода 3, насос 4, установленный на вспомогательном трубопроводе 3, емкость 5 для химреагента, последовательно соединенную при помощи вспомогательного трубопровода 3 с насосом 4 и зондом 1 на трубопроводе 2, по ходу потока в трубопроводе 2, смеситель 6. Зонд 1 имел на боковой поверхности отверстия 7 для ввода химреагента в поток трубопровода 2 пропорционально расходу потока на уровнях вывода химреагента из зонда 1 и ориентированы с противоположной стороны набегающего на зонд 1 потока трубопровода 2.

Назначение элементов 1-6 устройства при его работе:

зонд 1 предназначен для ввода химреагента в поток жидкости в трубопроводе 2; трубопровод 2 - для транспортировки жидкости; вспомогательный трубопровод 3 - для транспортировки химреагента из емкости 5 при помощи насоса 4 к зонду 1; емкость 5 - для хранения химреагента, смеситель 6 предназначен для повышения однородности потока. Отверстия 7 на боковой поверхности зонда 1 предназначены для ввода химреагента в поток трубопровода 2 пропорционально расходу потока на уровнях вывода химреагента из зонда 1.

По трубопроводу 2 под избыточным давлением транспортируют жидкость, предварительно жидкость в трубопроводе 2 подвергают перемешиванию при прокачке жидкости по трубопроводу 2 и смесителю 6, после прохождения смесителя 6 дисперсная фаза равномерно распределяется в потоке жидкости, непосредственно после смесителя 6 по ходу потока, а в трубопроводе 2 в него подают через зонд 1 химреагент, при помощи насоса 4 из емкости 5 химреагент в трубопроводе подается к зонду 1, пропорционально расходу потока на каждом уровне ввода химреагентов через отверстия 7 на боковой стенки зонда 1 этим обеспечивается рациональность распределения химреагента в потоке по трубопроводу 2. Под воздействием турбулентности потока, создаваемой при помощи смесителя 6 и транспортировки жидкости за смесителем 6 по трубопроводу 2, обеспечивается быстрое перемешивание химреагента с потоком трубопровода 2. После распределения химреагента в трубопроводе 2 поток направляется в отстойную емкость для разделения его на фазы и раздельный вывод этих фаз из емкости.

Для сравнительных испытаний заявляемых и прототипов способа и устройства были изготовлены образцы: четыре образца зонда 1 заявляемого устройства были изготовлены по техническому условию ТУ 3667-005-33883316-02, смеситель 6 - по ТУ 3667-003-33883316-02 (разработчик указанных ТУ - ООО «Булгар-Метротех», г.Казань); площадь выходного отверстия зонда 1 составляла 177 мм², и оно было изготовлено в соответствие с патентом [5], в котором приведена методика условного разделения поперечного сечения на области, в которые заявляемое устройство дозирует (вводит) химреагент. Условное разделение поперечного сечения трубопровода 2 было произведено тремя равноотстоящими хордами, перпендикулярными зонду и разделяющими поперечное сечение трубопровода на четыре области одинаковой высоты. Плотность выходных отверстий 7 на зонде 1 изменялась - к центру трубопровода 2 она увеличивалась, в соответствии с колонкой 2 таблицы.

Устройство-прототип [4] представляло собой патрубок диаметром 50 мм и высотой 100 мм.

Параметры трубопровода и потока были следующими: жидкость в трубопроводе 2 представляла собой сырую нефть, содержание воды в нефти изменялось (см. таблицу), диаметр трубопровода 2 составлял Ду 150 мм. Фактический расход сырой нефти отражен в таблице. Время разделения сырой нефти составляло 30 мин, расстояние по ходу потока в трубопроводе 2 от зонда 1 до разделительной емкости (отстойника) составляло около 50 м.

Результаты сравнительных испытаний сведены в таблицу. В качестве химреагента применялся деэмульгатор «Сепарол WF-41».

Результаты эксперемнта показывают, что отделение воды от нефти в отстойнике при вводе в поток химреагента в трубопровод 2 через зонд 1 по заявляемому способу с применением устройства более полное, нежели для прототипа технологии [1-2]. Расход химреагента при этом был тем ниже, чем больше расход вводимого химреагента на уровнях ввода в трубопровод соответствовал одинаково-пропорциональному расходу потока на уровнях ввода: в четырех сериях экспериментов (первая - эксперименты 1,1-1.3, вторая - 2.1-2.3, третья - 3.1-3.3, четвертая - 4.1-4.4) расход химреагента минимальный для заявляемого способа, когда выходные отверстия в зонде 1 выполнены из условия одинаково-пропорционального расхода по уровням ввода химреагента, и расход химреагента тем больше, чем больше имеет место отклонение от одинаково-пропорционального ввода химреагента (колонка 2 таблицы). Кроме того, эксплуатация заявляемого устройства в течение квартала эксплуатации показала, что выходные отверстия 7 на зонде 1 для ввода химреагента в поток трубопровода 2, выполненные на боковой поверхности зонда 1 со стороны, с которой направление подаваемого потока химреагента совпадает с направлением движения потока или перпендикулярно к нему, оставались чистыми в период квартала эксплуатации их устройства, что говорит о соответствии полученных результатов экспериментов заявляемым технологии и технике.

Таким образом, проведенные испытания подтверждают необходимость осуществления ввода химреагента в поток по заявляемому способу при реализации его на заявляемом устройстве.

Заявляемый способ ввода химического реагента в поток жидкости в трубопроводе и устройство для его осуществления промышленно применимы - для реализации способа требуется устройство, которое может быть изготовлено силами работников, эксплуатирующих трубопроводы, из узлов и деталей, выпускаемых отечественной промышленностью.

Таблица
№ эксперимента	Расчетное отклонение от одинаково-пропорционального отбора на уровнях вывода химреагента через зонд 1, %	Средний расход жидкости в трубопроводе 2 за квартал, м3 /час	Среднее значение воды в нефти за квартал, об.%	Расход химреагента «Сепарола WF-41», грамм на тонну		Остаточное содержание воды в нефти, за 30 мин. отстоя, об.%
				заявляемый	прототип	заявляемый	прототип
1.1	0	90,3	10,2	15	27	0,8	1,2
1.2	0	120,2	15,4	-«-	-«-	0,7	1,5
1.3	0	70,4	9,2	-«-	-«-	0,9	1,5
2.1	10	86,4	8,9	18	-«-	1,1	1,4
2.2	10	87,7	9,3	-«-	-«-	1,3	1,5
2.3	10	114,0	11,7	-«-	-«-	0,9	1,3
3.1	20	88,8	10,4	22	-«-	1,3	1,6
3.2	20	91,6	9,7	-«-	-«-	1,1	1,4
3.3	20	99,3	12,1	-«-	-«-	1,0	1,3
4.1	40	120,4	8,9	25	-«-	1,0	1,2
4.2	40	93,2	10,6	-«-	-«-	1,3	1,3
4.3	40	77,4	11,7	-«-	-«-	1,5	1,6

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Способ ввода химреагента в поток жидкости трубопровода. В.П.Тронов. Промысловая подготовка нефти. М.: Недра, 1977 г., стр.15, рис.2.

2. Устройство ввода химреагента в поток жидкости в трубопроводе. В.П.Тронов. Промысловая подготовка нефти. М.: Недра, 1977 г., стр.15, рис.2.

3. Способ ввода химреагента в поток жидкости в трубопровод. В.П.Тронов. Промысловая подготовка нефти. М.: Недра, 1977 г., стр.14, рис.1a).

4. Устройство ввода химреагента в поток жидкости в трубопроводе. В.П.Тронов. Промысловая подготовка нефти. М.: Недра, 1977 г., стр.14, рис.1a).

5. Патент на изобретение №2144179 "Способ отбора проб жидкости из трубопровода и устройство для его осуществления", МПК G01N 1/10, 1999 г.