RU217233U1

RU217233U1 - Device for reducing the viscosity of oil and oil products

Info

Publication number: RU217233U1
Application number: RU2023100966U
Authority: RU
Inventors: Эдуард Юрьевич Вдовин; Ринат Раисович Хузин; Наиль Ирекович Хузин
Filing date: 2023-01-17
Publication date: 2023-03-23

Abstract

Полезная модель относится к трубопроводному транспорту для снижения вязкости перекачиваемых по трубопроводу нефти и нефтепродуктов. Технический результат - обеспечение значительного снижения вязкости всего прокачиваемого продукта без потерь его химических свойств и изменения его фракционного состава, при одновременном выделении воды из связанного состояния в свободное. Сущность: внутри корпуса 1 последовательно размещены от входа обрабатываемого продукта к выходу делитель потока (ДП) 2, первый завихритель (ПЗ) 3, камера смешения 4, второй завихритель (ВЗ) 5 и сопло Лаваля 6. ДП 2 содержит расположенные внутри него, по меньшей мере, два гидравлических канала 7, выполненных с возможностью гидравлического соединения с входом в ПЗ 3. При этом ПЗ 3 выполнен в виде секционного механизма, разделенного на секции 10 (в преимущественном варианте количество этих секций может быть больше количества каналов в делителе 2), посредством лопастных элементов, выполненных в виде пластин 11 удлиненной формы, стационарно закрепленных по одной стороне на оси, проходящей по всей длине завихрителя, с угловым смещением относительно друг друга, причем указанные пластины имеют дугообразный изгиб 12. Причем пластины 11 частично перекрывают секции 10. ВЗ 5 конструктивно выполнен аналогично ПЗ 3, отличие только в том, что направление дугообразного изгиба 13 лопастных элементов 14 у него противоположное направлению дугообразного изгиба 12 лопастных элементов 11 в ПЗ. 9 з.п. ф-лы, 2 табл., 5 ил.

The utility model relates to pipeline transport to reduce the viscosity of oil and oil products pumped through the pipeline. EFFECT: ensuring a significant reduction in the viscosity of the entire pumped product without loss of its chemical properties and changes in its fractional composition, while simultaneously releasing water from a bound state to a free one. Essence: inside the housing 1, a flow divider (DP) 2, a first swirler (PZ) 3, a mixing chamber 4, a second swirler (VZ) 5 and a Laval nozzle 6 are sequentially placed from the inlet of the processed product to the exit. at least two hydraulic channels 7, made with the possibility of hydraulic connection with the entrance to the PZ 3. In this case, the PZ 3 is made in the form of a sectional mechanism, divided into sections 10 (in the preferred embodiment, the number of these sections may be more than the number of channels in the divider 2), by means of blade elements made in the form of plates 11 of an elongated shape, permanently fixed on one side on an axis running along the entire length of the swirler, with an angular displacement relative to each other, and these plates have an arcuate bend 12. Moreover, the plates 11 partially overlap sections 10. VZ 5 is structurally similar to PZ 3, the only difference is that the direction of the arcuate bend 13 of the bladed elements 14 it has blade elements 11 opposite to the direction of the arcuate bend 12 in the PZ. 9 w.p. f-ly, 2 tab., 5 ill.

Description

Полезная модель относится к области транспортных трубопроводов, в частности к трубопроводному транспорту для снижения вязкости перекачиваемых по трубопроводу нефти и нефтепродуктов.The utility model relates to the field of transport pipelines, in particular to pipeline transport for reducing the viscosity of oil and oil products pumped through the pipeline.

Нефть перекачивается из подземного слоя на устье скважины насосным агрегатом, а затем транспортируется на комбинированную станцию по сборному трубопроводу. Большая часть нефти, добываемой из пласта, в основном является тяжелой нефтью. Из-за ее высокой вязкости и плохой текучести, после извлечения нефти из пласта температура поверхности ниже подземной температуры во время транспортировки в сборном трубопроводе, а потому и вязкость такой тяжелой нефти увеличивается, в результате чего безопасная эксплуатация оборудования сопряжена с большими рисками.Oil is pumped from the underground layer at the wellhead by a pumping unit, and then transported to the combined station through a gathering pipeline. Most of the oil produced from the reservoir is mostly heavy oil. Due to its high viscosity and poor fluidity, after the oil is extracted from the reservoir, the surface temperature is lower than the underground temperature during transportation in the gathering pipeline, and therefore the viscosity of such heavy oil increases, resulting in the safe operation of the equipment is fraught with great risks.

В известном уровне техники известны такие приемы для снижения вязкости нефти, как применение химических агентов, а также использование нагрева, но эти способы имеют проблемы высокого энергопотребления, высокой стоимости и нестабильного эффекта, а после добавления химических агентов, очистка продукта будет являться более сложной.In the prior art, techniques for reducing the viscosity of oil such as the use of chemical agents and the use of heat are known, but these methods have the problems of high energy consumption, high cost and unstable effect, and after the addition of chemical agents, purification of the product will be more difficult.

Также из уровня техники известны устройства для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов, конструкция которых включает, помимо кавитационных узлов, еще и магнитные элементы (см., например, Патенты Китая CN 211574780 U, CN 214840148 U, CN 214840147 U, CN 109469827 A). Известные устройства являются довольно эффективными. Однако наличие дополнительных узлов усложняет конструкцию устройств и снижает их технологичность.Also known from the prior art are devices for reducing the viscosity of oil and oil products, the design of which includes, in addition to cavitation units, also magnetic elements (see, for example, Chinese Patents CN 211574780 U, CN 214840148 U, CN 214840147 U, CN 109469827 A). Known devices are quite effective. However, the presence of additional nodes complicates the design of devices and reduces their manufacturability.

Также из уровня техники известны кавитационные тепловые генераторы, которые могут быть использованы во всех отраслях народного хозяйства для получения значительного количества тепловой энергии, в частности для подогрева (непосредственно в трубопроводах) жидкостей типа нефти с целью снижения ее вязкости и улучшения реологических свойств.Also, cavitation heat generators are known from the prior art, which can be used in all sectors of the national economy to obtain a significant amount of thermal energy, in particular for heating (directly in pipelines) liquids such as oil in order to reduce its viscosity and improve rheological properties.

Из патента РФ №2131094 известен такой генератор, содержащий ускоритель движения жидкости в виде проточной камеры с патрубком подвода, конфузором и патрубком отвода обработанной жидкости, причем внутри проточной камеры установлены суперкавитирующие лопатки, закрепленные на ступице. Упомянутые лопатки по наружной поверхности охвачены коаксиальным цилиндром, на наружной поверхности которого расположена другая группа суперкавитирующих лопаток с противоположным направлением закручивания потока, при этом внутренняя группа суперкавитирующих лопаток закреплена на ступице, а тормозное устройство выполнено в виде прерывателя потока с приводом, расположенным за рабочим элементом по ходу потока, патрубок отвода соединен с аккумулятором тепла, выход которого соединен с потребителями тепла и сетевым насосом, выход которого соединен через корпус с патрубком подвода.Such a generator is known from RF patent No. 2131094, containing a fluid motion accelerator in the form of a flow chamber with an inlet pipe, a confuser and a treated fluid outlet pipe, and supercavitating blades mounted on the hub are installed inside the flow chamber. Said blades on the outer surface are covered by a coaxial cylinder, on the outer surface of which there is another group of supercavitating blades with the opposite direction of flow swirling, while the inner group of supercavitating blades is fixed on the hub, and the braking device is made in the form of a flow interrupter with a drive located behind the working element along flow, the outlet branch pipe is connected to the heat accumulator, the output of which is connected to the heat consumers and the network pump, the output of which is connected through the body to the supply branch pipe.

Недостатком указанного генератора является то, что он имеет сложную конструкцию, а также значительное число управляющих элементов. Это приведет к значительному удорожанию и к увеличению сроков изготовления устройства при его серийном производстве. К тому же, наибольший эффект обработки продукта достигается только при совпадении частот пульсаций кавитационной каверны за рабочим элементом в проточной камере и пульсаций давления, вызванных прерывателем потока, т.е. при резонансе частот, что не всегда достижимо в известном генераторе. Следовательно, в остальных случаях будут возникать значительные энергетические потери, которые неизбежно приведут к снижению КПД установки.The disadvantage of this generator is that it has a complex structure, as well as a significant number of control elements. This will lead to a significant increase in the cost and to an increase in the production time of the device in its mass production. In addition, the greatest effect of product processing is achieved only when the pulsation frequencies of the cavitation cavity behind the working element in the flow chamber coincide with the pressure pulsations caused by the flow interrupter, i.e. at resonance frequencies, which is not always achievable in a known generator. Consequently, in other cases, significant energy losses will occur, which will inevitably lead to a decrease in the efficiency of the installation.

Из патента РФ №2047814 известно устройство для транспортирования вязких структурированных жидкостей по трубопроводу, конструктивные особенности которого следующие. В трубопроводе установлен полый корпус переменного сечения, содержащий последовательно размещенные конфузор, цилиндрический участок и безотрывный диффузор. В корпусе соосно установлен рассекатель потока с жестко укрепленными на нем направляющими лопатками. Рассекатель выполнен в виде тела вращения с изогнутой лобовой частью, цилиндрической средней частью и выпуклой конической хвостовой частью. Лопатки установлены в виде гидродинамической конфузорной решетки из цилиндрической части рассекателя. Соотношение площади сечения свободной части корпуса и площади сечения проходной части конфузорной решетки составляет не менее 1,5-2,0.From RF patent No. 2047814 a device for transporting viscous structured liquids through a pipeline is known, the design features of which are as follows. A hollow body of variable cross section is installed in the pipeline, containing a confuser placed in series, a cylindrical section and an unseparated diffuser. A flow divider with guide vanes rigidly mounted on it is installed coaxially in the body. The divider is made in the form of a body of revolution with a curved frontal part, a cylindrical middle part and a convex conical tail part. The blades are installed in the form of a hydrodynamic confuser lattice from the cylindrical part of the divider. The ratio of the cross-sectional area of the free part of the housing and the cross-sectional area of the passage part of the confuser grid is at least 1.5-2.0.

Недостатком указанного устройства является то, что конструктивно конфузор предназначен для разгона потока и снижения давления. Но лопастные элементы, установленные в зоне критического сечения корпуса, наоборот, тормозят поток и увеличивают давление, т.е. совершают работу в обратном направлении, что может привести к невозможности достижения требуемого снижения вязкости.The disadvantage of this device is that structurally the confuser is designed to accelerate the flow and reduce pressure. But the vane elements installed in the area of the critical section of the body, on the contrary, slow down the flow and increase the pressure, i.e. perform work in the opposite direction, which may lead to the inability to achieve the required reduction in viscosity.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов, содержащее цилиндрический корпус, в котором последовательно размещены завихритель, выполненный в виде направленного внутрь корпуса и плотно вставленного в него тефлонового конуса с центральным отверстием и спиральными бороздами на поверхности, сопло Лаваля, выточенное в цилиндрическом корпусе, и трубка вывода низковязкой фракции, закрепленная по оси корпуса в его торце и введенная в расширяющуюся часть сопла Лаваля. При этом на поверхности расширяющейся части сопла Лаваля выполнены тормозящие ребра, а в боковой стенке цилиндрического корпуса отверстие для вывода вязкого остатка (Патент РФ №132159). Известное устройство предназначено для использования в нефтедобывающей промышленности при транспортировке нефти на терминалах. Технический результат данного объекта - экономия электроэнергии.The closest to the proposed utility model is a device for reducing the viscosity of oil and oil products, containing a cylindrical body, in which a swirler is successively placed, made in the form of a Teflon cone directed inward and tightly inserted into it with a central hole and spiral grooves on the surface, a Laval nozzle, machined in a cylindrical body, and a low-viscosity fraction outlet tube fixed along the axis of the body at its end and inserted into the expanding part of the Laval nozzle. At the same time, braking ribs are made on the surface of the expanding part of the Laval nozzle, and a hole is made in the side wall of the cylindrical body to remove the viscous residue (RF Patent No. 132159). The known device is intended for use in the oil industry when transporting oil at the terminals. The technical result of this object is energy saving.

Однако и это устройство не лишено недостатков, а именно: несмотря на то, что в известном устройстве присутствует завихритель и в корпусе выполнено сопло Лаваля, невозможно обеспечить соответствие фракционного состава продукта в начальном и конечном виде, так как вязкий остаток, в котором могут содержаться важные химические элементы, выводятся наружу и не принимает участия в дальнейшей транспортировке, что может не обеспечить требуемые значения состава продукта для его дальнейшей переработки. И в то же время этот вязкий остаток невозможно ввести снова в нефтепродукт, т.к. за счет этого повысится вязкость. То есть известное устройство не может обеспечить снижение вязкости всего оригинального нефтепродукта, который перекачивается по трубопроводу или добывается из пласта, а способно снижать вязкость только низкокипящей части этого продукта.However, this device is not without drawbacks, namely: despite the fact that a swirler is present in the known device and a Laval nozzle is made in the body, it is impossible to ensure that the fractional composition of the product in the initial and final form matches, since the viscous residue, which may contain important chemical elements are brought out and do not take part in further transportation, which may not provide the required values of the product composition for its further processing. And at the same time, this viscous residue cannot be reintroduced into the oil product, because this will increase the viscosity. That is, the known device cannot provide a decrease in the viscosity of the entire original oil product, which is pumped through a pipeline or extracted from a reservoir, but is capable of reducing the viscosity of only a low-boiling part of this product.

Кроме того, поток жидкости, который поступает в сопло Лаваля в известном устройстве, имеет центробежную составляющую скорости, полученную в результате прохождения его через завихритель. Эта составляющая значительно снижает линейную скорость потока. В результате этого местные скорости потока в критическом сечении сопла Лаваля могут не достигнуть значений, близких к скорости звука. В результате снижается или полностью исключается возникновение акустической волны в ультразвуковом диапазоне, которая существенно влияет на процесс снижения вязкости продукта.In addition, the liquid flow that enters the Laval nozzle in the known device has a centrifugal velocity component obtained as a result of passing it through the swirler. This component significantly reduces the linear flow rate. As a result, local flow velocities in the critical section of the Laval nozzle may not reach values close to the speed of sound. As a result, the occurrence of an acoustic wave in the ultrasonic range, which significantly affects the process of reducing the viscosity of the product, is reduced or completely eliminated.

Технический результат, достигаемый предлагаемым техническим решением, заключается в обеспечении значительного снижения вязкости всего прокачиваемого продукта без потерь его химических свойств и изменения его фракционного состава, при одновременном выделении воды из обрабатываемого продукта из связанного состояния в свободное.The technical result achieved by the proposed technical solution is to ensure a significant reduction in the viscosity of the entire pumped product without losing its chemical properties and changing its fractional composition, while simultaneously releasing water from the treated product from a bound state to a free one.

Поставленный технический результат достигается предлагаемым устройством для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов, включающим цилиндрический корпус, на одном конце которого расположен вход жидкости, на другом конце расположен выход жидкости, с размещенными последовательно внутри корпуса от входа жидкости к выходу жидкости завихрителем и соплом Лаваля, при этом новым является то, что устройство дополнительно снабжено делителем потока, вторым завихрителем и камерой смешения, при этом указанные узлы размещены внутри корпуса в следующей последовательности: делитель потока, первый завихритель, камера смешения, второй завихритель, сопло Лаваля, причем делитель потока выполнен с расположенными внутри него, по меньшей мере, двумя гидравлическими каналами, выполненными с возможностью гидравлического соединения с входом в первый завихритель, а каждый из завихрителей выполнен в виде секционного механизма, разделенного на секции посредством лопастных элементов в виде пластин удлиненной формы, стационарно закрепленных по одной стороне на оси, проходящей по всей длине завихрителя, с угловым смещением относительно друг друга, причем указанные пластины выполнены с дугообразным изгибом и установлены с возможностью частичного перекрывания зоны секции между соседними пластинами, при этом направление дугообразного изгиба пластин второго завихрителя противоположно направлению дугообразного изгиба пластин первого завихрителя.The stated technical result is achieved by the proposed device for reducing the viscosity of oil and oil products, including a cylindrical housing, at one end of which there is a liquid inlet, at the other end there is a liquid outlet, with a swirler and a Laval nozzle placed in series inside the housing from the fluid inlet to the fluid outlet, while what is new is that the device is additionally equipped with a flow divider, a second swirler and a mixing chamber, while these nodes are placed inside the housing in the following sequence: the flow divider, the first swirler, the mixing chamber, the second swirler, the Laval nozzle, and the flow divider is made with located inside it, at least two hydraulic channels, made with the possibility of hydraulic connection with the entrance to the first swirler, and each of the swirlers is made in the form of a sectional mechanism, divided into sections by means of paddle elements in the form of elongated plates, with fixed on one side on an axis running along the entire length of the swirler, with an angular displacement relative to each other, moreover, these plates are made with an arcuate bend and installed with the possibility of partially overlapping the section zone between adjacent plates, while the direction of the arcuate bend of the plates of the second swirler is opposite to the direction arcuate bending of the plates of the first swirler.

В преимущественном варианте исполнения:In the preferred version:

делитель потока выполнен в виде усеченного конуса, обращенного вверх меньшим основанием, и с расположенными внутри него, по меньшей мере, двумя гидравлическими каналами, направление которых совпадает с углом наклона конуса;the flow divider is made in the form of a truncated cone, facing upwards with a smaller base, and located inside it, at least two hydraulic channels, the direction of which coincides with the angle of inclination of the cone;

делитель потока выполнен в виде цилиндрического узла с расположенными внутри него, по меньшей мере, двумя гидравлическими каналами;the flow divider is made in the form of a cylindrical assembly located inside it, at least two hydraulic channels;

количество секций в завихрителе равно или больше, чем количество гидравлических каналов в делителе потока;the number of sections in the swirler is equal to or greater than the number of hydraulic channels in the flow divider;

завихрители выполнены в виде четырехсекционного механизма;swirlers are made in the form of a four-section mechanism;

лопастные элементы завихрителей перекрывают зону секции на 70-90% расстояния между соседними пластинами;blade elements of the swirlers cover the section area by 70-90% of the distance between adjacent plates;

лопастные элементы завихрителей выполнены с изгибом, спрофилированным в соответствии с внутренней поверхностью корпуса;blade elements of the swirlers are made with a bend profiled in accordance with the inner surface of the housing;

камера смешения выполнена в виде втулки с гладкой внутренней поверхностью или в виде втулки с выполненными на внутренней боковой стенке спиральными или продольными канавками;the mixing chamber is made in the form of a sleeve with a smooth inner surface or in the form of a sleeve with spiral or longitudinal grooves made on the inner side wall;

в конструкции гидравлических каналов движения потока жидкости отсутствуют устройства торможения или прерывания потока;in the design of the hydraulic channels for the movement of the fluid flow, there are no devices for braking or interrupting the flow;

в устройстве отсутствуют подвижные или вращающиеся элементы. Указанный технический результат обеспечивается за счет следующего.there are no moving or rotating parts in the device. The specified technical result is provided by the following.

Наиболее перспективным методом воздействия на нефтепродукт в современных реалиях является использование упругих механических колебаний, которые приводят к разрушению структуры нефтяных ассоциатов и тем самым снижают вязкость нефти. Данный метод обеспечивает исключительно высокую интенсивность технологического процесса, не достижимую с помощью других методов.The most promising method of influencing an oil product in modern realities is the use of elastic mechanical vibrations, which lead to the destruction of the structure of oil associates and thereby reduce the viscosity of the oil. This method provides an exceptionally high intensity of the technological process, which is not achievable using other methods.

Нефть - высокомолекулярная, гетерогенная жидкость, молекулы которой при атмосферном давлении и нормальной температуре сложно ориентированы. При приложении к нефти внешнего давления молекулы поляризуются, противодействуя внешним силам и сохраняя равновесие системы. Если внешнее давление резко снять, то внутренние силы начнут разрывать макромолекулы на более мелкие составляющие, причем, плотность продукта при этом уменьшается. Этот принцип положен в основу обработки нефти и нефтепродуктов с целью изменения их структуры.Oil is a high-molecular, heterogeneous liquid, the molecules of which are complexly oriented at atmospheric pressure and normal temperature. When external pressure is applied to oil, the molecules are polarized, counteracting external forces and maintaining the balance of the system. If the external pressure is sharply removed, then the internal forces will begin to break the macromolecules into smaller components, and the density of the product will decrease. This principle underlies the processing of oil and oil products in order to change their structure.

Кавитация - это образование разрывов сплошности жидкости в результате местного спада давления. Если снижение давления происходит вследствие больших локальных скоростей в потоке движущейся капельной жидкости, то кавитация считается гидродинамической, а если вследствие прохождения в жидкости акустических волн - акустической.Cavitation is the formation of fluid discontinuities as a result of a local pressure drop. If the pressure decrease occurs due to high local velocities in the flow of a moving droplet liquid, then cavitation is considered hydrodynamic, and if due to the passage of acoustic waves in the liquid, it is considered acoustic.

Эффект кавитации сопровождается микровзрывами, ультразвуком, а также механическими срезами и соударениями при воздействии сотен режущих пар, двигающихся навстречу друг другу с высокой линейной скоростью. Величина этой скорости составляет несколько десятков метров в секунду, что дает возможность разрезать диспергируемые вещества на мельчайшие микрочастицы. Фактически это микроимпульсы. За одну минуту - сотни тысяч микроимпульсов.The effect of cavitation is accompanied by microexplosions, ultrasound, as well as mechanical cuts and collisions under the influence of hundreds of cutting pairs moving towards each other at a high linear speed. The value of this speed is several tens of meters per second, which makes it possible to cut the dispersed substances into the smallest microparticles. In fact, these are micropulses. In one minute - hundreds of thousands of micropulses.

Нефть и вязкие нефтепродукты не обладают вязкостью, подчиняющейся законам Ньютона, Пуазейля, Стокса, так как длинные беспорядочно расположенные молекулы парафина и смол образуют некоторую гибкую решетку, в которой располагается раствор. Таким образом, кавитация влияет на изменение структурной вязкости, т.е. на разрыв Ван-дер-ваальсовых связей.Oil and viscous oil products do not have a viscosity that obeys the laws of Newton, Poiseuille, Stokes, since long, randomly arranged molecules of paraffin and resins form a kind of flexible lattice in which the solution is located. Thus, cavitation affects the change in structural viscosity, i.e. to break the van der Waals bonds.

Нефть может иметь различную вязкость при комнатной температуре (например, от 200 мПа⋅с до величины 820 мПа⋅с при температуре 20°С).Oil can have different viscosities at room temperature (for example, from 200 mPa.s to 820 mPa.s at 20°C).

Для реализации указанного кавитационного технологического процесса разработано и испытано предлагаемое кавитационное устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов, которое обладает большой производительностью, возможностью получения ультразвукового излучения большой мощности и концентрации его в ограниченном пространстве.To implement the specified cavitation technological process, the proposed cavitation device for reducing the viscosity of oil and oil products has been developed and tested, which has high productivity, the possibility of obtaining ultrasonic radiation of high power and its concentration in a limited space.

Благодаря тому, что предлагаемое устройство снабжено завихрителями заявленной конструкции, обеспечивается повышенная скорость завихрения потока, причем в процессе завихрения поток прижимается к стенкам в каждой секции завихрителя, т.е. к периферии лопастных элементов. Это происходит за счет следующего. В делителе поток нефти уже разделяется на несколько потоков за счет наличия в нем, по меньшей мере, двух каналов. Далее, попадая в секции первого завихрителя, поток снова дробится, т.к. количество этих секций будет равным или больше количества гидравлических каналов делителя. А благодаря дугообразной форме лопастных элементов (в преимущественном варианте лопастные элементы выполнены с изгибом, спрофилированным в соответствии с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса) скоростной поток нефти в каждой секции будет подвержен уже криволинейному движению, т.е. движению с ускорением (http://av-mag.ru/physics/index.php/mechanics/kinematika/curvilinear-movement/). При этом поток будет стремиться продолжить прямолинейное движение, в результате чего концентрация частиц жидкости (нефти или нефтепродуктов) возле дугообразных лопастных элементов будет возрастать, а значит, будет возрастать в этой области давление и температура. А учитывая, что дугообразные лопастные элементы частично перекрывают зону секции (в преимущественном варианте, например, на 70-90% расстояния между соседними пластинами, которые и есть лопастные элементы), то поток нефти в этой области и будет завихряться с повышенной скоростью, нежели он поступил в завихритель из делителя. И таких завихренных потоков будет несколько, определяемых количеством секций в завихрителе.Due to the fact that the proposed device is equipped with swirlers of the claimed design, an increased flow swirling speed is provided, and in the process of swirling, the flow is pressed against the walls in each section of the swirler, i.e. to the periphery of the bladed elements. This happens due to the following. In the divider, the oil flow is already divided into several flows due to the presence of at least two channels in it. Further, getting into the sections of the first swirler, the flow is again crushed, because the number of these sections will be equal to or greater than the number of hydraulic channels of the divider. And due to the arcuate shape of the vane elements (in the preferred embodiment, the vane elements are made with a bend profiled in accordance with the inner surface of the cylindrical body), the high-speed oil flow in each section will already be subject to curvilinear motion, i.e. acceleration motion (http://av-mag.ru/physics/index.php/mechanics/kinematika/curvilinear-movement/). In this case, the flow will tend to continue its rectilinear motion, as a result of which the concentration of liquid particles (oil or oil products) near the arcuate vane elements will increase, which means that pressure and temperature will increase in this area. And given that the arcuate vane elements partially overlap the section zone (in the preferred variant, for example, by 70-90% of the distance between adjacent plates, which are the vane elements), then the oil flow in this area will swirl at an increased speed than it entered the swirler from the divider. And there will be several such swirling flows, determined by the number of sections in the swirler.

В результате этого процесса силы инерции потока становятся доминирующими над вязкими силами. Образующиеся при этом пузырьки скапливаются в центре потоков, закрученных завихрителем, обеспечивая кавитационный эффект.As a result of this process, the inertial forces of the flow become dominant over the viscous forces. The bubbles formed in this case accumulate in the center of the flows swirled by the swirler, providing a cavitation effect.

Наличие расположенной далее по ходу потока камеры смешения обеспечивает столкновение потоков нефти из секций завихрителя, которое сопровождается микровзрывами, а также механическими срезами и соударениями при воздействии сотен частиц жидкости, двигающихся навстречу друг другу с высокой линейной скоростью.The presence of a mixing chamber located further downstream ensures the collision of oil flows from the sections of the swirler, which is accompanied by microexplosions, as well as mechanical cuts and collisions when exposed to hundreds of fluid particles moving towards each other at a high linear speed.

Наличие второго завихрителя обеспечивает снижение центробежной составляющей потока для обеспечения увеличения линейной скорости в критическом сечении сопла Лаваля.The presence of the second swirler provides a reduction in the centrifugal component of the flow to increase the linear velocity in the critical section of the Laval nozzle.

А если на внутренних стенках камеры смешения выполнить спиральные или продольные канавки (в преимущественном варианте), то число соударения частиц жидкости увеличится.And if spiral or longitudinal grooves are made on the inner walls of the mixing chamber (in the preferred embodiment), then the number of collisions of liquid particles will increase.

При выходе из камеры смешения поток попадает во второй завихритель, изгиб лопастных элементов которого направлен в сторону, противоположную дугообразному изгибу лопастных элементов первого завихрителя, и далее в сопло Лаваля, в сужающейся части которого происходит падение давления до соответствующего давлению парообразования, и низкокипящие фракции, входящие в состав нефтепродуктов, вскипают и частично распространяются вверх. При этом происходит разрыв и нарушение сплошности потока. Образующаяся пустота заполняется паром, выделившимся из жидкости. Воздух, вовлекаемый в поток, облегчает возникновение кавитации. А, учитывая, что потоки нефти при прохождении в предлагаемом устройстве были разделены в делителе, потом еще в большей степени разделены в секциях завихрителей, то кавитационное воздействие в этом случае резко возрастает, что обеспечивает эффективное снижение вязкости нефти и нефтепродуктов, проходящих через заявляемое устройство, а также выделение воды из связанного состояния в свободное. Причем далее при выходе из сопла Лаваля поток нефти достигает максимальной скорости, в результате чего образуются ударные волны, которые порождают вслед за ними акустические волны ультразвукового диапазона, что еще в большей степени будут усиливать эффект снижения вязкости нефти и выделение воды.When leaving the mixing chamber, the flow enters the second swirler, the bend of the blade elements of which is directed in the direction opposite to the arcuate bend of the blade elements of the first swirler, and then into the Laval nozzle, in the tapering part of which the pressure drops to the corresponding vaporization pressure, and low-boiling fractions entering into the composition of petroleum products, boil up and partially spread upwards. In this case, there is a break and a violation of the continuity of the flow. The resulting void is filled with vapor released from the liquid. The air entrained in the flow facilitates the occurrence of cavitation. And, considering that the oil flows, when passing through the proposed device, were separated in the divider, then even more separated in the swirler sections, the cavitation effect in this case increases sharply, which ensures an effective reduction in the viscosity of oil and oil products passing through the proposed device, as well as the release of water from the bound state to the free state. Moreover, when leaving the Laval nozzle, the oil flow reaches its maximum speed, as a result of which shock waves are formed, which generate after them acoustic waves of the ultrasonic range, which will further enhance the effect of reducing the viscosity of oil and the release of water.

В результате этого процесса силы инерции потока становятся доминирующими над вязкими силами. Образующиеся при этом пузырьки скапливаются в центре потоков, закрученных завихрителями, обеспечивая кавитационный эффект, благодаря чему повышается эффективность по снижению вязкости нефти и нефтепродуктов.As a result of this process, the inertial forces of the flow become dominant over the viscous forces. The resulting bubbles accumulate in the center of the flows swirling with swirlers, providing a cavitation effect, thereby increasing the efficiency of reducing the viscosity of oil and oil products.

Исходя из вышеизложенного, генерация продукта происходит за счет вихревого движения жидкости в вихревых трубах (завихрителях, благодаря их конструктивным особенностям), а также за счет эффективных способов его разрушения. Возбуждение продукта происходит не только взаимодействием жидкости с неподвижными элементами устройства, но и в значительной степени взаимодействием между собой вихревых потоков.Based on the foregoing, the generation of the product occurs due to the vortex movement of the liquid in the vortex tubes (swirlers, due to their design features), as well as due to effective methods of its destruction. The excitation of the product occurs not only by the interaction of the liquid with the fixed elements of the device, but also to a large extent by the interaction of vortex flows with each other.

Направление возбуждения при этом будет не рассеивающее, т.е. не центробежное, а центростремительное (за счет предлагаемой дугообразной конструкции лопастных элементов в завихрителях и за счет противоположной дугообразной направленности их в первом и во втором завихрителях), что позволяет концентрировать возбуждение в потоке и таким образом интенсифицировать протекание техпроцесса.The direction of excitation in this case will be non-scattering, i.e. not centrifugal, but centripetal (due to the proposed arcuate design of the bladed elements in the swirlers and due to their opposite arcuate orientation in the first and second swirlers), which allows concentrating the excitation in the flow and thus intensifying the flow of the process.

Многократное «трение» наружных слоев вихрей друг о друга по спиралеобразной траектории в завихрителях, причем с изменением траектории во втором завихрителе за счет противоположной направленности изгиба лопастных элементов по сравнению с направлением изгиба лопастных элементов первого завихрителя, вызывает широкий спектр колебаний, способствующий более качественной и эффективной обработке продукта с целью снижения его вязкости.Multiple "friction" of the outer layers of the vortices against each other along a spiral trajectory in swirlers, and with a change in the trajectory in the second swirler due to the opposite direction of the bending of the bladed elements compared to the direction of bending of the bladed elements of the first swirler, causes a wide range of oscillations, which contributes to a better and more efficient processing the product to reduce its viscosity.

При этом для достижения эффекта снижения вязкости не требуется вывод тяжелых фракций из потока, т.к. они в условиях предлагаемого устройства уже не будут оказывать влияния на процесс снижения вязкости, а значит продукт, получаемый на выходе, будет без потерь его химических свойств и изменения его фракционного состава.At the same time, to achieve the effect of reducing the viscosity, it is not necessary to remove heavy fractions from the flow, because under the conditions of the proposed device, they will no longer affect the process of reducing the viscosity, which means that the product obtained at the outlet will not lose its chemical properties and change its fractional composition.

Еще следует отметить, что в конструкции гидравлических каналов движения потока жидкости отсутствуют устройства торможения или прерывания потока, а также в устройстве отсутствуют подвижные или вращающиеся элементы. Такие элементы присутствуют практически во всех известных устройствах, что снижает эффективность и надежность конструкции.It should also be noted that in the design of the hydraulic channels for the movement of the fluid flow there are no devices for braking or interrupting the flow, and there are no moving or rotating elements in the device. Such elements are present in almost all known devices, which reduces the efficiency and reliability of the design.

Следует подчеркнуть, что указанная совокупность признаков в формуле полезной модели находится в конструктивном единстве для предлагаемого технического решения, и исключение хотя бы одного из них нарушит это единство, т.к. представляет собой один объект в виде единой конструкции, конструктивные элементы которой соединены, сочленены между собой и в соединении обеспечивают реализацию предлагаемым устройством общего функционального назначения при эксплуатации, т.е. снижение вязкости нефти и вязких нефтепродуктов, а также высвобождение связанной воды.It should be emphasized that the specified set of features in the formula of the utility model is in a constructive unity for the proposed technical solution, and the exclusion of at least one of them will violate this unity, because represents one object in the form of a single structure, the structural elements of which are connected, articulated with each other and in connection provide the implementation of the proposed device of general functional purpose during operation, i.e. reducing the viscosity of oil and viscous oil products, as well as the release of bound water.

Таким образом, предлагаемая полезная модель характеризуется совокупностью взаимообусловленных признаков, которые все участвуют в обеспечении достижения технического результата, т.к. этот результат проявляется только при использовании этого технического решения в целом.Thus, the proposed utility model is characterized by a set of interdependent features that are all involved in achieving the technical result, because this result is manifested only when using this technical solution as a whole.

Кроме того, любые определения, использующиеся в настоящей заявке, следует рассматривать как поясняющие, но не как ограничивающие.In addition, any definitions used in this application should be considered as illustrative, but not as limiting.

Предлагаемое устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 представлена общая компоновка устройства в разрезе; на фиг. 2 - конструкция первого завихрителя в предлагаемом устройстве; на фиг. 3 - конструкция второго завихрителя в предлагаемом устройстве; на фиг. 4 - иллюстрация изменения скорости и давления при протекании жидкости из второго завихрителя через сопло Лаваля: причем V - скорость потока; Р - давление; Т - температура; r-r - критическое сечение сопла; на фиг. 5 - иллюстрация зоны образования кавитации при протекании жидкости через сопло Лаваля.The proposed device for reducing the viscosity of oil and oil products is illustrated in the drawings, where in Fig. 1 shows the general layout of the device in section; in fig. 2 - design of the first swirler in the proposed device; in fig. 3 - design of the second swirler in the proposed device; in fig. 4 is an illustration of the change in velocity and pressure during the flow of liquid from the second swirler through the Laval nozzle: moreover, V is the flow velocity; P - pressure; T - temperature; r-r - critical section of the nozzle; in fig. 5 is an illustration of the cavitation formation zone when liquid flows through a Laval nozzle.

Заявляемое устройство содержит цилиндрический корпус 1, диаметр которого может составлять 50-300 мм (при размещении устройства в скважине диаметр может составлять величину 50-100 мм), на одном конце которого расположен вход обрабатываемого продукта (нефти или нефтепродуктов), на другом конце расположен выход этого продукта. Внутри корпуса 1 последовательно размещены от входа обрабатываемого продукта к выходу делитель потока 2, первый завихритель 3, камера смешения 4, второй завихритель 5 и сопло Лаваля 6. Делитель потока 2 содержит расположенные внутри него, по меньшей мере, два гидравлических канала 7, выполненных с возможностью гидравлического соединения с входом в первый завихритель 3. Причем, указанный делитель 2 потока может быть выполнен в виде усеченного конуса (фиг. 1), обращенного вверх меньшим основанием, и с расположенными внутри него, по меньшей мере, двумя гидравлическими каналами 7, направление которых совпадает с углом наклона конуса, или, например, в виде цилиндрического узла (на чертежах не показан) с расположенными внутри него, по меньшей мере, двумя гидравлическими каналами 7. Причем устройство может быть дополнительно снабжено переходником 8 (например, в виде втулки) между делителем 2 и первым завихрителем 3 с выполненными в нем осевыми каналами 9, обеспечивающими гидравлическую связь полостей каналов 7 делителя 2 с входом в секции первого завихрителя 3 (но наличие переходника 8 не является обязательным). При этом первый завихритель 3 (фиг. 2) выполнен в виде секционного механизма, разделенного на секции 10 (в преимущественном варианте количество этих секций может быть равным или больше количества каналов в делителе 2), посредством лопастных элементов, выполненных в виде пластин 11 удлиненной формы, стационарно закрепленных по одной стороне на оси, проходящей по всей длине завихрителя, с угловым смещением относительно друг друга, причем указанные пластины имеют дугообразный изгиб 12 (фиг. 2). Причем пластины 11 частично перекрывают секции 10. В преимущественном варианте исполнения (но не обязательно) это перекрытие зоны секции может составлять 70-90% расстояния между соседними пластинами 11.The proposed device contains a cylindrical body 1, the diameter of which can be 50-300 mm (when the device is placed in a well, the diameter can be 50-100 mm), at one end of which there is an inlet of the processed product (oil or oil products), at the other end there is an outlet this product. Inside the body 1, a flow divider 2, a first swirler 3, a mixing chamber 4, a second swirl 5 and a Laval nozzle 6 are sequentially placed from the inlet of the processed product to the outlet. The flow divider 2 contains at least two hydraulic channels 7 located inside it, made with the possibility of hydraulic connection with the entrance to the first swirler 3. Moreover, the specified flow divider 2 can be made in the form of a truncated cone (Fig. 1), facing upwards with a smaller base, and located inside it, at least two hydraulic channels 7, direction which coincides with the angle of inclination of the cone, or, for example, in the form of a cylindrical assembly (not shown in the drawings) with at least two hydraulic channels 7 located inside it. Moreover, the device can be additionally equipped with an adapter 8 (for example, in the form of a sleeve) between the divider 2 and the first swirler 3 with axial channels 9 made in it, providing hydraulic connection cavities of the channels 7 of the divider 2 with the entrance to the section of the first swirler 3 (but the presence of an adapter 8 is not mandatory). In this case, the first swirler 3 (Fig. 2) is made in the form of a sectional mechanism, divided into sections 10 (in the preferred embodiment, the number of these sections can be equal to or more than the number of channels in the divider 2), by means of bladed elements made in the form of plates 11 of an elongated shape , permanently fixed on one side on an axis running along the entire length of the swirler, with an angular displacement relative to each other, and these plates have an arcuate bend 12 (Fig. 2). Moreover, the plates 11 partially overlap the sections 10. In the preferred embodiment (but not necessarily), this overlap of the section zone can be 70-90% of the distance between adjacent plates 11.

Второй завихритель 5 (фиг.3) конструктивно выполнен аналогично первому завихрителю 3, отличие только в том, что направление дугообразного изгиба 13 лопастных элементов 14 у него противоположное направлению дугообразного изгиба 12 лопастных элементов 11 в первом завихрителе (разница в направлениях дугообразных изгибов 12 и 13 лопастных элементов 11 и 14 двух завихрителей наглядно показана на фиг.2 и фиг.3).The second swirler 5 (figure 3) is structurally similar to the first swirl 3, the only difference is that the direction of the arcuate bend 13 of the blade elements 14 is opposite to the direction of the arcuate bend 12 of the blade elements 11 in the first swirler (the difference in the directions of the arcuate bends 12 and 13 bladed elements 11 and 14 of the two swirlers is clearly shown in figure 2 and figure 3).

Принцип работы предлагаемого устройства следующий.The principle of operation of the proposed device is as follows.

Устройство посредством корпуса 1 встраивается в трубопровод. Поток нефти (нефтепродукта или промслоя) подается на вход корпуса 1 в каналы 7 делителя 2 потока. Далее поток подается или в каналы 9 переходника 8 или непосредственно в секции 10 первого завихрителя 3, в которых за счет наличия лопастных элементов в виде пластин 11 с дугообразным изгибом 12 изменяется направление потока, он завихряется, прижимаясь к стенкам секции 10. Затем завихренные потоки попадают в камеру смешения 4, где сталкиваются друг с другом. Если на внутренних стенках камеры смешения в преимущественно варианте выполнить канавки (спиралевидные или продольные) (на чертеже не показаны) то число столкновений только увеличится (но устройство успешно работает и без этих канавок). На выходе из камеры смешения 4 поток попадает во второй завихритель 5, в секциях которого за счет наличия лопастных элементов в виде пластин 14 с дугообразным изгибом 13 снова изменяется направление потока, он завихряется, прижимаясь к стенкам секции 15, но при этом убирается его центробежная составляющая. На выходе из второго завихрителя 5 поток попадает в сужающуюся часть 16 сопла Лаваля 6, где происходит резкое падение давления и рост скорости. Иллюстрацией к этому процессу, происходящему в сопле Лаваля, после попадания в него потока из второго завихрителя 5 и доказательство происходящих явлений приведены на фиг. 4 и фиг. 5.The device is built into the pipeline by means of housing 1. The flow of oil (oil or industrial layer) is fed to the inlet of the housing 1 in the channels 7 of the divider 2 flow. Next, the flow is fed either into the channels 9 of the adapter 8 or directly into the section 10 of the first swirler 3, in which, due to the presence of bladed elements in the form of plates 11 with an arcuate bend 12, the direction of the flow changes, it swirls, pressing against the walls of the section 10. Then the swirling flows enter into the mixing chamber 4, where they collide with each other. If grooves (spiral-shaped or longitudinal) (not shown in the drawing) are made on the inner walls of the mixing chamber in the predominant embodiment (not shown in the drawing), then the number of collisions will only increase (but the device works successfully without these grooves). At the outlet of the mixing chamber 4, the flow enters the second swirler 5, in the sections of which, due to the presence of bladed elements in the form of plates 14 with an arcuate bend 13, the direction of the flow changes again, it swirls, pressing against the walls of section 15, but its centrifugal component is removed . At the outlet of the second swirler 5, the flow enters the converging part 16 of the Laval nozzle 6, where there is a sharp drop in pressure and an increase in speed. An illustration of this process occurring in the Laval nozzle after the flow from the second swirler 5 enters it and proof of the occurring phenomena are shown in Fig. 4 and FIG. 5.

Начавшееся за счет этого процесса в первом завихрителе 3 снижение вязкости нефти продолжается далее и во втором завихрителе 5, а потом и в сопле Лаваля 6, на выходе которого поток будет достигать максимальной скорости, благодаря чему образуются ударные волны, которые в свою очередь будут порождать акустические волны ультразвукового диапазона, следом за фронтом ударных волн. В результате конформационного изменения молекул нефти первоначальная вязкость обрабатываемого продукта будет снижена в 1,5 раза и более (данные по снижению вязкости получены экспериментальным путем на нефтях различной плотности).The decrease in oil viscosity, which began due to this process in the first swirler 3, continues further in the second swirler 5, and then in the Laval nozzle 6, at the outlet of which the flow will reach its maximum speed, due to which shock waves are formed, which in turn will generate acoustic waves of the ultrasonic range, following the front of shock waves. As a result of a conformational change in oil molecules, the initial viscosity of the processed product will be reduced by a factor of 1.5 or more (data on viscosity reduction were obtained experimentally for oils of various densities).

Указанные результаты подтверждаются стендовыми испытаниями предлагаемого устройства.These results are confirmed by bench tests of the proposed device.

При проведении испытаний использовали следующие образцы:The following samples were used in the tests:

два образца нефти,two samples of oil,

образец нефтепродукта - масло Нигрол (вязкость равна 4494 мПа⋅с), Вязкость определяли при температуре 20°С вибрационным вискозиметром марки SV-10. Полученные данные приведены в таблице 1.oil product sample - Nigrol oil (viscosity is 4494 mPa⋅s), Viscosity was determined at a temperature of 20°C with an SV-10 vibration viscometer. The data obtained are shown in Table 1.

Снижение вязкости наблюдалось во всех опытах и для всех образцов нефти и нефтепродуктов при использовании устройств с различной конструкцией завихрителей.A decrease in viscosity was observed in all experiments and for all samples of oil and oil products when using devices with different designs of swirlers.

Данные, приведенные в таблице 1, показывают, что обработка нефтесодержащих продуктов предлагаемым устройством позволяет достичь значительного снижения их вязкости.The data given in table 1 show that the processing of oil-containing products by the proposed device allows to achieve a significant reduction in their viscosity.

Также в лабораторных условиях определяли содержание и наличие связанной воды в образцах пропускаемой через предлагаемое устройство продукции. Содержание воды в образцах нефти определяли с помощью азеотропной перегонки по методу Дина-Старка. Этот метод заключается в отгонке воды и растворителя от нефтепродуктов с последующим их разделением в градуированном приемнике на два слоя. Данные, полученные в ходе указанных испытаний, приведены в таблице 2.Also, in laboratory conditions, the content and presence of bound water in samples of products passed through the proposed device were determined. The water content in oil samples was determined using azeotropic distillation according to the Dean-Stark method. This method consists in the distillation of water and solvent from petroleum products, followed by their separation in a graduated receiver into two layers. The data obtained during these tests are shown in table 2.

Данные, приведенные в таблице 2, показывают, что в результате обработки нефти и нефтепродуктов в предлагаемом устройстве часть воды, находящаяся в связанном состоянии и не отделяющаяся при обычном процессе отстоя, переходит в свободное состояние, что позволит в дальнейшем значительно облегчить процесс технологической подготовки нефти без применения дополнительного оборудования.The data given in table 2 show that as a result of the processing of oil and oil products in the proposed device, part of the water that is in a bound state and is not separated during the usual sludge process goes into a free state, which will further greatly facilitate the process of technological preparation of oil without use of additional equipment.

Таким образом, устройство по заявляемой полезной модели действительно может обеспечить снижение вязкости как нефти, так и нефтепродуктов. Причем этот процесс происходит без потерь химических свойств нефти (нефтепродуктов) и без изменения их фракционного состава. Также при этом обеспечивается снижение количества связанной воды, что позволит в дальнейшем облегчить технологический процесс переработки нефти.Thus, the device according to the claimed utility model can indeed reduce the viscosity of both oil and oil products. Moreover, this process occurs without loss of chemical properties of oil (petroleum products) and without changing their fractional composition. Also, at the same time, a decrease in the amount of bound water is ensured, which will further facilitate the technological process of oil refining.

Claims

1. A device for reducing the viscosity of oil and oil products, including a cylindrical housing, at one end of which there is a liquid inlet, at the other end there is a liquid outlet, with a swirler and a Laval nozzle placed in series inside the housing from the fluid inlet to the fluid outlet, characterized in that the device additionally equipped with a flow divider, a second swirler and a mixing chamber, while these nodes are placed inside the housing in the following sequence: a flow divider, a first swirler, a mixing chamber, a second swirler, a Laval nozzle, and the flow divider is made with located inside it, at least two hydraulic channels, made with the possibility of hydraulic connection with the entrance to the first swirler, and each of the swirlers is made in the form of a sectional mechanism, divided into sections by means of paddle elements in the form of elongated plates, permanently fixed on one side on an axis running along the entire the length of the swirler, with an angular displacement relative to each other, and said plates are made with an arcuate bend and installed with the possibility of partially overlapping the section zone between adjacent plates, while the direction of the arcuate bend of the plates of the second swirler is opposite to the direction of the arcuate bend of the plates of the first swirler.

2. The device according to claim 1, characterized in that the flow divider is made in the form of a truncated cone, with its smaller base facing upwards, and with at least two hydraulic channels located inside it, the direction of which coincides with the angle of inclination of the cone.

3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the flow divider is made in the form of a cylindrical assembly with at least two hydraulic channels located inside it.

4. The device according to claim 1, characterized in that the number of sections in the swirler is equal to or greater than the number of hydraulic channels in the flow divider.

5. The device according to claim 1, characterized in that the swirlers are made in the form of a four-section mechanism.

6. The device according to claim. 1, characterized in that the vane elements of the swirlers overlap the section area by 70-90% of the distance between adjacent plates.

7. The device according to claim. 1, characterized in that the blade elements of the swirlers are made with a bend profiled in accordance with the inner surface of the housing.

8. The device according to claim. 1, characterized in that the mixing chamber is made in the form of a sleeve with a smooth inner surface or in the form of a sleeve with spiral or longitudinal grooves made on the inner side wall.

9. The device according to claim 1, characterized in that there are no devices for braking or interrupting the flow in the design of the hydraulic channels for the movement of the fluid flow.

10. The device according to claim. 1, characterized in that the device has no moving or rotating elements.