RU2174856C1

RU2174856C1 - Emulsion separation apparatus

Info

Publication number: RU2174856C1
Application number: RU2000124298A
Authority: RU
Inventors: Г.Л. Пахотин; Л.Г. Пахотин; К.Г. Пахотин; Л.Ф. Пахотина
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Геллек"
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2001-10-20

Abstract

FIELD: separation of water-and-oil emulsions; oil refining industry. SUBSTANCE: apparatus includes horizontal housing, coalescence bag mounted in inclined longitudinal section of housing, emulsion introducing branch pipe extended into volume of housing along coalescence bag and made in form of tubular perforated collector. Zone under coalescence bag is divided into sections by means of transversal partitions provided with slots in lower portion at depth of level of interphase. EFFECT: increased productivity of apparatus due to smooth loading of bag and avoidance of pressure differential. 5 cl, 2 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к аппаратам для разделения эмульсий и смесей жидкости различной плотности, применяемым в нефтяной и химической промышленности и предназначенным преимущественно для разделения нефтеводяной эмульсии.FIELD OF THE INVENTION
The invention relates to apparatus for separating emulsions and mixtures of liquids of various densities used in the oil and chemical industries and intended primarily for the separation of oil-water emulsions.

Уровень техники
Известно фильтрующе-коалесцирующее устройство, входящее в установку обезвоживания и обессоливания нефти (пат. РФ N 2146549, В 01 D 17/04, опубл. 20.03.2000 г. ), выполненное в виде емкости, оснащенной влагоотделительными пакетами, перекрывающими рабочее сечение аппарата.State of the art
Known filter-coalescing device included in the installation of dehydration and desalination of oil (US Pat. RF N 2146549, 01 D 17/04, publ. 03/20/2000), made in the form of a tank equipped with dehumidifying bags that cover the working section of the apparatus.

На производительность такого устройства значительное влияние оказывает площадь входной поверхности влагоотделительного пакета. Пакет установлен в поперечном сечении аппарата, следовательно, площадь его входной поверхности, пропускающей поток эмульсии, обусловлена диаметром корпуса аппарата и является относительно небольшой, что сказывается на производительности аппарата. The performance of such a device is significantly affected by the area of the inlet surface of the dehumidification bag. The package is installed in the cross section of the apparatus, therefore, the area of its inlet surface, which passes the emulsion flow, is determined by the diameter of the apparatus body and is relatively small, which affects the performance of the apparatus.

В качестве прототипа заявляемого устройства принят аппарат для разделения эмульсий (пат. РФ N 2065762, В 01 D 17/04, публ. 27.08.1996 г.). Известный аппарат содержит горизонтальный цилиндрический корпус и расположенное в нем коалесцирующее устройство в виде секционного пакета, установленного под углом к горизонтальной оси аппарата не ниже угла оттекания жидкости. As a prototype of the claimed device adopted apparatus for the separation of emulsions (US Pat. RF N 2065762, 01 D 17/04, publ. 08/27/1996). The known apparatus comprises a horizontal cylindrical body and a coalescing device located therein in the form of a sectional package mounted at an angle to the horizontal axis of the apparatus not lower than the angle of fluid outflow.

В прототипе, как и в аналоге, коалесцирующий пакет установлен в поперечном сечении корпуса аппарата. Такая установка пакета определяет поток эмульсии, проходящий через входную поверхность пакета, при этом объем потока ограничен площадью поперечного сечения корпуса. Производительность указанного аппарата при такой установке коалесцирующего пакета невысока. In the prototype, as in the analogue, the coalescing package is installed in the cross section of the apparatus. This installation of the package determines the flow of the emulsion passing through the inlet surface of the package, while the flow volume is limited by the cross-sectional area of the housing. The performance of the specified apparatus with such an installation of a coalescing package is low.

Сущность изобретения
Предлагаемым изобретением решается задача повышения производительности аппарата с одновременным обеспечением равномерности загрузки коалесцирующего пакета.SUMMARY OF THE INVENTION
The present invention solves the problem of increasing the productivity of the apparatus while ensuring uniform loading of the coalescing package.

Поставленная задача решается тем, что в аппарате для разделения эмульсии, содержащем горизонтальный корпус с патрубками ввода эмульсии, вывода обезвоженного продукта и вывода водной фазы и размещенный в корпусе коалесцирующий пакет, согласно изобретению коалесцирующий пакет установлен в наклонно-продольном сечении корпуса, патрубок ввода эмульсии продлен в объем корпуса вдоль коалесцирующего пакета и под ним и выполнен в виде трубчатого коллектора с перфорацией, при этом зона под коалесцирующим пакетом разделена на секции посредством поперечно установленных перегородок, перекрывающих объем корпуса от входной поверхности коалесцирующего пакета до нижнего уровня раздела фаз и выполненных в нижней части на глубине уровня раздела фаз с сообщающими секции прорезями. The problem is solved in that in the apparatus for separating the emulsion, containing a horizontal housing with nozzles for entering the emulsion, the output of the dehydrated product and the output of the aqueous phase and placed in the housing coalescing package, according to the invention, the coalescing package is installed in an oblique longitudinal section of the housing, the nozzle for entering the emulsion is extended into the body along the coalescing packet and below it and made in the form of a tubular collector with perforation, while the area under the coalescing packet is divided into sections by m of transversely mounted partitions that overlap the body volume from the input surface of the coalescing packet to the lower level of the phase separation and are made in the lower part at a depth of the phase separation level with slots in the communicating section.

В существующих аппаратах разделения нефтеводяной эмульсии коалесцирующие пакеты установлены в поперечном сечении корпуса. Установка пакета согласно заявляемому решению в наклонно-продольном сечении корпуса позволяет увеличить площадь входной поверхности пакета и тем самым позволяет увеличить поток проходящей через пакет эмульсии, что ведет к повышению производительности аппарата в целом. Однако увеличение площади входной поверхности коалесцирующего пакета обостряет существующую во всех устройствах разделения эмульсий, содержащих такого типа пакеты, проблему распределения потоков жидкости внутри аппарата и неравномерности загрузки коалесцирующего пакета по всему объему. Эта проблема обусловлена следующим. In existing oil-water emulsion separation apparatuses, coalescing packets are installed in the cross section of the housing. The installation of the package according to the claimed solution in an oblique longitudinal section of the housing allows to increase the area of the inlet surface of the package and thereby allows to increase the flow of emulsion passing through the package, which leads to an increase in the productivity of the device as a whole. However, the increase in the area of the input surface of the coalescing packet aggravates the problem of the distribution of fluid flows within the apparatus and uneven loading of the coalescing packet throughout the volume existing in all emulsion separation devices containing this type of packets. This problem is due to the following.

При установке коалесцирующего пакета в продольном сечении корпуса выпадение промывочной воды из нефтеводяной эмульсии происходит по всей длине аппарата. Патрубок или патрубки отвода водной фазы, как правило, размещены в аппаратах в определенной его части, и, в частности, целесообразно расположить их на противоположном от патрубка ввода эмульсии конце аппарата. Вывод обезвоженного продукта необходимо производить в верхней части корпуса. При этом в процессе открытия дроссельных клапанов, регулирующих отвод водной фазы, движение подаваемой в аппарат эмульсии, промывочной воды, выпавшей из эмульсии под коалесцирующим пакетом, потоки эмульсии в объеме коалесцирующего пакета и движение нефти над пакетом направлены в сторону вывода из аппарата нефти и скоалесцированной воды. В этих условиях коалесцирующий пакет будет загружен по всему объему неравномерно: часть пакета, расположенная ближе к выводу из аппарата нефти и воды, перегружена, а часть пакета, расположенная в противоположной стороне аппарата, недогружена. Вместе с тем в момент закрытия клапанов отвода промывочной воды, выпавшей из эмульсии под коалесцирующим пакетом, и воды, скоалесцированной в процессе прохождения эмульсии через пакет, в потоках жидкости имеет место движение в обратную сторону. Работа системы "раздела фаз", т.е. открытие и закрытие клапанов вывода выпавшей из эмульсии промывочной и скоалесцированной воды, влияет на давление внутри аппарата, раскачивает все внутренние потоки в аппарате. Все это существенно снижает рабочие возможности коалесцирующего пакета, отрицательно влияет на его работу, особенно перегруженной части пакета, ведет к быстрому износу этой части, снижает качество разделения эмульсии. When installing a coalescing package in a longitudinal section of the housing, the loss of washing water from the oil-water emulsion occurs along the entire length of the apparatus. The branch pipe or branch pipes of the drainage of the aqueous phase, as a rule, are placed in the apparatus in a certain part of it, and, in particular, it is advisable to place them at the end of the apparatus opposite from the branch pipe of the emulsion inlet. The conclusion of the dehydrated product must be carried out in the upper part of the housing. At the same time, during the opening of the throttle valves regulating the drainage of the aqueous phase, the movement of the emulsion supplied to the apparatus, the washing water that has precipitated from the emulsion under the coalescing packet, the emulsion flows in the volume of the coalescing packet and the oil flow above the packet are directed towards the output of oil and coalesced water from the apparatus . Under these conditions, the coalescing packet will be loaded unevenly throughout the volume: the portion of the packet located closer to the oil and water outlet from the apparatus is overloaded, and the portion of the packet located on the opposite side of the apparatus is underloaded. At the same time, at the moment of closing the valves for draining the flushing water that has precipitated from the emulsion under the coalescing bag and the water coalesced during the passage of the emulsion through the bag, the liquid flows in the opposite direction. The operation of the "phase separation" system, i.e. the opening and closing of the outlet valves of the flushing and coalesced water precipitated from the emulsion affects the pressure inside the apparatus, sways all the internal flows in the apparatus. All this significantly reduces the operational capabilities of the coalescing package, negatively affects its operation, especially of the overloaded part of the package, leads to rapid wear of this part, and reduces the quality of separation of the emulsion.

В заявленном изобретении решено это противоречие и одновременно с увеличением производительности аппарата обеспечена равномерная загрузка продольно установленного коалесцирующего пакета по всему его объему и исключено влияние на пакет работы системы "раздела фаз". Это достигается тем, что патрубок ввода эмульсии продлен в объем корпуса и выполнен в виде трубчатого коллектора с перфорацией, что способствует равномерной подаче эмульсии по всему объему коалесцирующего пакета. При этом аппарат выполнен с разделением зоны под коалесцирующим пакетом на секции посредством поперечно установленных перегородок, перекрывающих объем корпуса от входной поверхности коалесцирующего пакета до нижнего уровня раздела фаз. Трубчатый коллектор пропущен через перегородки и открыт в каждую секцию определенным количеством выходных отверстий. Таким образом, обеспечено равномерное поступление эмульсии в каждую секцию. Вместе с тем заявленное решение характеризуется тем, что нижняя часть каждой перегородки на глубине уровня раздела фаз выполнена с прорезями, обеспечивающими сообщение между секциями, исключающими эффект гидрозатвора и обеспечивающими выравнивание давления в различных частях аппарата. Степень выравнивания давления будет наибольшей, если прорези выполнить вертикальными и открытыми со стороны водной фазы, что также исключает гидрозатвор при работе системы отвода из аппарата промывочной воды. In the claimed invention, this contradiction is resolved and at the same time as the apparatus increases, it ensures uniform loading of a longitudinally installed coalescing packet over its entire volume and eliminates the effect of a "phase separation" system on the package. This is achieved by the fact that the emulsion inlet pipe is extended into the body volume and is made in the form of a tubular collector with perforation, which contributes to uniform emulsion supply throughout the entire volume of the coalescing package. At the same time, the apparatus is made with dividing the zone under the coalescing packet into sections by means of transversely mounted partitions that overlap the body volume from the input surface of the coalescing packet to the lower level of the phase separation. The tubular manifold is passed through the partitions and is open in each section by a certain number of outlet openings. Thus, a uniform flow of the emulsion into each section is ensured. However, the claimed solution is characterized in that the lower part of each partition at a depth of the phase separation level is made with slots that provide communication between the sections, eliminating the effect of the water seal and ensuring equalization of pressure in various parts of the apparatus. The degree of pressure equalization will be greatest if the slots are made vertical and open from the side of the aqueous phase, which also eliminates a water seal during operation of the drainage system from the washing water apparatus.

Нижние границы перегородок в аппарате предпочтительно выполнить по горизонтали и при этом обеспечить совмещение верхних линий прорезей с верхним уровнем раздела фаз, а нижние линии прорезей и нижние границы перегородок - с нижнем уровнем раздела фаз. Такая конструкция аппарата и установка перегородок позволяет сгладить пульсацию давления и исключить повторное смешивание промывочной воды с нефтью системы "раздела фаз". The lower boundaries of the partitions in the apparatus are preferably horizontal and at the same time ensure that the upper lines of the slots are aligned with the upper level of the phase separation, and the lower lines of the slots and lower boundaries of the partitions are with the lower level of the phase separation. This design of the apparatus and the installation of partitions makes it possible to smooth out the pressure pulsation and to prevent re-mixing of the wash water with the oil of the "phase separation" system.

В конкретном случае реализации аппарата горизонтальный корпус выполнен цилиндрическим. Такое выполнение корпуса является наиболее рациональным. При этом перегородки выполнены в виде металлических пластин сегментной формы. In the specific case of the apparatus, the horizontal housing is cylindrical. Such a housing is the most rational. In this case, the partitions are made in the form of segmented metal plates.

В совокупности все вышеперечисленное обусловило следующее: в аппарате разделения преимущественно нефтеводяной эмульсии имеет место общая по всей длине аппарата зона выпавшей из эмульсии промывочной воды, общие по всей длине аппарата зоны отстоявшейся нефти и воды, скоалесцированной в процессе прохождения эмульсии через пакет, единый коалесцирующий пакет, вместе с тем зону под коалесцирующим пакетом до нижнего уровня раздела фаз можно условно представить как совокупность отдельных разделителей эмульсии. В результате получен технический результат, который заключается в выравнивании давления в различных частях аппарата и в равномерности загрузки коалесцирующего пакета по всему его объему, независимо от того, каким образом в аппарате размещены патрубки вывода разделенных фаз и независимо от работы системы раздела фаз: нефтеводяная эмульсия - выпавшая из эмульсии промывочная вода. Анализ известного уровня техники не выявил технических решений, в которых бы имел место аналогичный технический результат, обусловленный вышеперечисленной совокупностью признаков или каким-либо из вышеперечисленных признаков. Taken together, all of the above led to the following: in the apparatus for separating predominantly oil-water emulsion, there is a common zone along the entire length of the apparatus of the washing water precipitated from the emulsion, common along the entire length of the apparatus zones of settled oil and water, coalesced during the passage of the emulsion through the packet, a single coalescing packet, at the same time, the zone under the coalescing packet to the lower level of the phase separation can be conventionally represented as a set of separate emulsion separators. As a result, a technical result was obtained, which consists in equalizing the pressure in various parts of the apparatus and in the uniform loading of the coalescing packet over its entire volume, regardless of how the tubes of the output of the separated phases are placed in the apparatus and regardless of the operation of the phase separation system: oil-water emulsion - washing water that has fallen out of the emulsion. The analysis of the prior art did not reveal technical solutions in which a similar technical result would have occurred due to the above set of features or to any of the above features.

Перечень чертежей
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, где
на фиг. 1 изображен аппарат для разделения эмульсии, продольный разрез;
на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.List of drawings
The invention is illustrated by drawings, where
in FIG. 1 shows an apparatus for emulsion separation, longitudinal section;
in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Предлагаемый аппарат разделения эмульсии содержит горизонтальный цилиндрический корпус 1 с патрубком ввода эмульсии 2 в виде трубчатого коллектора и с патрубками вывода обезвоженного продукта 3 и вывода водной фазы 4. Трубчатый коллектор 2 выполнен с перфорацией 5, открытой в сторону стенки корпуса 1. В корпусе в наклонно-продольном сечении установлен коалесцирующий пакет 6. Пространство между нижним краем входной поверхности коалесцирующего пакета 6 и стенкой корпуса 1 перекрыто непроницаемой для воды и нефти перегородкой 7. Высота непроницаемой перегородки 7 несколько превышает верхний уровень 8 раздела фаз. Под коалесцирующим пакетом 6 в зоне, образованной входной поверхностью коалесцирующего пакета, стенкой корпуса 1 и нижним уровнем 9 раздела фаз, установлены поперечные перегородки 10, выполненные в виде металлических пластин сегментной формы и разделяющие объем корпуса 1 на секции 11. В нижней части каждой перегородки 10, нижний край которой расположен строго горизонтально и совмещен с линией нижнего уровня раздела фаз, выполнены вертикальные прорези 12, открытые со стороны водной фазы. Высота прорези 12 соответствует расстоянию между нижним 9 и верхним 8 уровнями раздела фаз. Вывод промывочной воды, выпавшей из эмульсии под коалесцирующим пакетом, и воды, скоалесцированной в объеме коалесцирующего пакета, скопление которой производится в кармане 13, осуществляется автоматическим открыванием дроссельных клапанов 14 и 15. Открытие-закрытие клапана 14 производится по сигналу датчиков 16 и 17, установленных на нижнем и верхнем уровнях раздела фаз со стороны входной поверхности коалесцирующего пакета 6. Открытие-закрытие клапана 15 осуществляется по показаниям датчиков 18 и 19, которые установлены на верхнем и нижнем уровнях раздела фаз со стороны выходной поверхности коалесцирующего пакет 6. Для вывода скоалесцированной воды выполнен патрубок 20.Information confirming the possibility of carrying out the invention
The proposed apparatus for separating the emulsion contains a horizontal cylindrical body 1 with a nozzle for inputting the emulsion 2 in the form of a tubular collector and with nozzles for outputting the dehydrated product 3 and the output of the aqueous phase 4. The tubular collector 2 is made with perforation 5 open to the side of the wall of the housing 1. The housing is oblique - a longitudinal section contains a coalescing packet 6. The space between the lower edge of the inlet surface of the coalescing packet 6 and the wall of the housing 1 is blocked by a partition barrier impermeable to water and oil 7. The height is not -permeable partition 7 slightly higher than the upper level of 8 interface. Under the coalescing bag 6 in the zone formed by the entrance surface of the coalescing package, the wall of the housing 1 and the lower level 9 of the phase separation, transverse partitions 10 are made in the form of metal plates of a segment shape and dividing the volume of the housing 1 into sections 11. At the bottom of each partition 10 , the lower edge of which is located strictly horizontally and aligned with the line of the lower level of the phase separation, vertical slots 12 are made, open from the side of the aqueous phase. The height of the slot 12 corresponds to the distance between the lower 9 and upper 8 levels of the phase separation. The washing water that has precipitated from the emulsion under the coalescing bag and the water coalesced in the volume of the coalescing package, which is accumulated in the pocket 13, are withdrawn automatically by opening the throttle valves 14 and 15. Opening and closing of the valve 14 is carried out according to the signal of sensors 16 and 17 installed at the lower and upper levels of the phase separation from the side of the input surface of the coalescing package 6. Opening and closing of the valve 15 is carried out according to the readings of the sensors 18 and 19, which are installed on the upper and lower level nyah phase separation from the exit surface of the coalescing pack 6. To output skoalestsirovannoy water pipe 20 is formed.

Аппарат для разделения эмульсии работает следующим образом. The apparatus for separating the emulsion works as follows.

Нефтеводяная эмульсия поступает в корпус 1 по трубчатому коллектору 2 и равномерно распределяется по всему корпусу 1 по секциям 11 через перфорации 5. Вытекающая из коллектора эмульсия попадает на стенку корпуса 1, в результате чего происходит преобразование турбулентности подаваемого потока эмульсии в ламинарное ее движение. В каждой секции 11 разделяемая эмульсия проходит свой участок коалесцирующего пакета 6, в объеме которого происходит коалесценция капель воды и ее дальнейшее стекание в карман 13 сбора скоалесцированной воды и ее удаления через патрубок 20. Таким образом, каждая секция 11 работает как отдельный аппарат разделения эмульсии со своим вводом сырья из общего коллектора 2 и своей частью коалесцирующего пакета 6. В то же время коалецирующий пакет 6 и пространство над ним остаются общими для всех секций. Пространство ниже уровня раздела фаз, зона для промывочной воды, выпавшей из эмульсии под коалесцирующим пакетом, так же общая для всех секций. Выпавшая из эмульсии промывочная вода из каждой секции 11 осаждается в общую зону и выводится из аппарата через патрубок 4 при срабатывании датчика 17 верхнего уровня раздела фаз и соответственно при открытии клапана 14. "Раскачивание" внутренних потоков жидкости в аппарате, обусловленное открытием и закрытием клапана 14, гасится перегородками 10 и прорезями 12, выполненными по нижней части перегородок 10, при этом сглаживается пульсация давления и обеспечивается равномерная загрузка коалесцирующего пакета по всему его объему. Вместе с тем прорези 12 исключают эффект гидрозатвора при работе системы отвода промывочной воды из аппарата. The oil-water emulsion enters the housing 1 through a tubular manifold 2 and is evenly distributed throughout the housing 1 in sections 11 through perforations 5. The emulsion flowing from the collector enters the wall of the housing 1, as a result of which the turbulence of the emulsion flow is converted into its laminar motion. In each section 11, the separated emulsion passes its own section of the coalescing packet 6, in the volume of which coalescence of water droplets takes place and its further flowing into the pocket 13 for collecting coalesced water and its removal through the nozzle 20. Thus, each section 11 acts as a separate emulsion separation apparatus with their input of raw materials from the common collector 2 and its part of the coalescing package 6. At the same time, the coalescing package 6 and the space above it remain common to all sections. The space is below the phase separation level, the zone for flushing water precipitated from the emulsion under a coalescing bag is also common to all sections. The flushing water from the emulsion from each section 11 is precipitated into the common zone and is discharged from the apparatus through the nozzle 4 when the sensor 17 of the upper level of the phase separation is triggered and, accordingly, when the valve 14 is opened. is quenched by partitions 10 and slots 12 made along the lower part of partitions 10, while pressure pulsation is smoothed out and uniform loading of the coalescing packet is ensured over its entire volume. At the same time, the slots 12 exclude the effect of a water seal during operation of the system for removing the washing water from the apparatus.

Claims

1. The apparatus for separating the emulsion, containing a horizontal housing with nozzles for entering the emulsion, the output of the dehydrated product and the output of the aqueous phase, and placed in the housing coalescing package, characterized in that the coalescing package is installed in an oblique-longitudinal section of the housing, the input pipe of the emulsion is extended in volume of the housing along and below the coalescing packet and made in the form of a tubular collector with perforation, while the area under the coalescing packet is divided into sections by means of transversely mounted partitions overlapping the body volume from the input surface of the coalescing packet to the lower level of the phase separation and made in the lower part at a depth of the phase separation level with slots in the communicating section.

2. The apparatus according to claim 1, characterized in that the slots are made vertical and open from the side of the aqueous phase.

3. The apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the lower boundary of the partitions is strictly horizontal and aligned with the lower level of the phase separation, while the upper line of slots is aligned with the line of the upper level of the phase separation.

4. The apparatus according to claim 1, or 2, or 3, characterized in that the horizontal housing is cylindrical, while the partitions are made in segmental shape.

5. The apparatus according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the partitions are made in the form of metal plates.