RU2225749C1 - Method of treatment of fluid medium and device for realization of this method - Google Patents
Method of treatment of fluid medium and device for realization of this method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2225749C1 RU2225749C1 RU2002123257/15A RU2002123257A RU2225749C1 RU 2225749 C1 RU2225749 C1 RU 2225749C1 RU 2002123257/15 A RU2002123257/15 A RU 2002123257/15A RU 2002123257 A RU2002123257 A RU 2002123257A RU 2225749 C1 RU2225749 C1 RU 2225749C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fluid
- jets
- diaphragm
- flexible
- obstacle
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Physical Water Treatments (AREA)
- Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области обработки текучих сред, например, нефтепромысловых сточных вод, в частности, к способу обработки и устройству для его осуществления, и может быть использовано в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности для комплексной обработки воды с любым содержанием мехпримесей и микроорганизмов, причем особенно эффективно для разрушения живых клеток микроорганизмов и подавления их роста с целью предотвращения микробиологических процессов, например, в системах сбора, подготовки и транспорта нефти,The invention relates to the field of processing fluids, for example, oilfield wastewater, in particular, to a processing method and a device for its implementation, and can be used in the oil and oil refining industry for the integrated treatment of water with any content of solids and microorganisms, and is especially effective for destruction of living cells of microorganisms and suppression of their growth in order to prevent microbiological processes, for example, in systems for collecting, preparing and transporting oil,
Изобретение также может быть использовано на водоочистных сооружениях предприятий пищевой, текстильной, химической и других отраслей промышленности.The invention can also be used in water treatment plants of food, textile, chemical and other industries.
Присутствие микроорганизмов в текучих средах обычно бывает нежелательным и приводит к негативным последствиям. Так, например, известно, что заражение нефтесодержащих вод микроорганизмами, в частности, сульфатвосстанавливающими бактериями (СВБ), происходит в результате заводнения нефтяного пласта пресными или слабоминерализованными водами. Призабойная зона пласта служит благоприятной средой для развития таких микроорганизмов, причем очаг развития и активной деятельности СВБ концентрируется не далее чем в 5 м от стенки нагнетательной скважины. СВБ способствуют восстановлению в этой части до сероводорода до 90-95% сульфатов, содержащих в воде. При этом сероводород, продвигаясь с водой по заводненным пластам, растворяется в нефти, что приводит к ухудшению ее качества. Кроме того, при восстановлении сульфатов одновременно происходит окисление нефти, вследствие чего она обогащается смолисто-асфальтовыми соединениями, которые затрудняют дальнейшую переработку такой нефти.The presence of microorganisms in fluids is usually undesirable and leads to negative consequences. So, for example, it is known that the infection of oil-containing waters by microorganisms, in particular, sulfate-reducing bacteria (BSC), occurs as a result of flooding the oil reservoir with fresh or low-mineralized waters. The bottom-hole zone of the formation serves as a favorable environment for the development of such microorganisms, and the focus of development and active activity of the SSS is concentrated no further than 5 m from the wall of the injection well. SVBs contribute to the recovery of up to 90-95% of sulfates in water in this part to hydrogen sulfide. At the same time, hydrogen sulfide, moving with water along the flooded layers, dissolves in oil, which leads to a deterioration in its quality. In addition, during the reduction of sulfates, oil is oxidized at the same time, as a result of which it is enriched with resinous-asphalt compounds, which complicate the further processing of such oil.
Кроме того, развитие СВБ в призабойной зоне нагнетательных скважин может привести к снижению их приемистости, а наличие сероводорода в продукции эксплуатационных скважин вызывает сильную коррозию промыслового оборудования. Кроме коррозионного разрушения металла биогенный сероводород при взаимодействии с ионами железа образует тонкодисперсные осадки сульфидов железа, приводящих к образованию промежуточных слоев, а также вместе с вымершими биомассами бактерий и вторичным кальцитом является причиной закупоривания нефтяного пласта, вплоть до полной изоляции залежи от водонапорной системы.In addition, the development of SVB in the bottom-hole zone of injection wells can lead to a decrease in their injectivity, and the presence of hydrogen sulfide in the production of production wells causes severe corrosion of the production equipment. In addition to the corrosion destruction of the metal, biogenic hydrogen sulfide, when interacting with iron ions, forms finely dispersed precipitates of iron sulfides, which lead to the formation of intermediate layers, and together with extinct bacterial biomass and secondary calcite, it causes clogging of the oil reservoir, up to the complete isolation of the deposit from the water system.
Поэтому борьба с микроорганизмами является важным этапом в процессе нефтедобычи, а также в других отраслях промышленности, где наличие бактерий снижает эффективность работы.Therefore, the fight against microorganisms is an important stage in the oil production process, as well as in other industries where the presence of bacteria reduces the efficiency of work.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ обработки неоднородной текучей среды, при осуществлении которого производят следующие операции:Closest to the proposed technical solution is a method of processing a heterogeneous fluid, the implementation of which produce the following operations:
создание зоны обработки, содержащей N консольно закрепленных гибких препятствий не обтекаемой формы,creating a processing zone containing N cantilevered flexible obstacles not streamlined,
формирование потока неоднородной текучей среды в виде N струй в условиях троекратного изменения формы и площади поперечного сечения каждой струи, при этом каждая струя на входе в зону обработки имеет плоскопараллельную форму,the formation of a heterogeneous fluid stream in the form of N jets under conditions of a three-fold change in the shape and cross-sectional area of each jet, with each jet at the entrance to the processing zone has a plane-parallel shape,
введение каждой струи в зону обработки с возбужденными в ней гидродинамическими колебаниями и под действием избыточного давления,the introduction of each jet into the treatment zone with hydrodynamic vibrations excited in it and under the action of excessive pressure,
в зоне обработки каждое гибкое препятствие размещают напротив каждой из сформированных струй для их столкновения и возбуждения под действием струи в каждом гибком препятствии вертикальных колебаний,in the processing zone, each flexible obstacle is placed opposite each of the generated jets for their collision and excitation under the action of the jet in each flexible obstacle of vertical vibrations,
создание резонансных колебаний систем: одно гибкое препятствие -текучая среда - другое гибкое препятствие, и т.д.,creating resonant oscillations of systems: one flexible obstacle - fluid - another flexible obstacle, etc.,
и одновременное увеличение амплитуды колебаний каждого гибкого препятствия в условиях резонанса с гидродинамическими колебаниями обрабатываемой среды, что расширяет кавитационную зону на всю зону обработки,and a simultaneous increase in the amplitude of oscillations of each flexible obstacle under resonance conditions with hydrodynamic vibrations of the medium being processed, which extends the cavitation zone to the entire processing zone,
после чего выведение обработанной текучей среды из зоны обработки (см. патент РФ № 2177824, кл. В 01 F 11/02, 2001).after which the removal of the treated fluid from the treatment zone (see RF patent No. 2177824, CL 01 F 11/02, 2001).
Указанный известный способ предназначен для диспергирования и гомогенизации суспензий, пригодных для длительного хранения без ухудшения полученных в процессе обработки свойств. Согласно данному изобретению для повышения эффективности обработки при реализации известного способа необходимо создать скорость истечения текучей среды порядка 15-50 м/с, что достигается избыточным давлением от 12 до 15 атм, для чего каждая струя должна быть направлена на скос свободного конца гибкого препятствия, чтобы увеличить площадь столкновения струи и препятствия. Для реализации этого гибкое препятствие располагают со смещением (экцентриситетом) его фронтальной кромки на свободном конце относительно оси струи.The specified known method is intended for dispersing and homogenizing suspensions suitable for long-term storage without deterioration of the properties obtained during processing. According to this invention, in order to increase the processing efficiency when implementing the known method, it is necessary to create a fluid flow rate of the order of 15-50 m / s, which is achieved by an overpressure of 12 to 15 atm, for which each jet must be directed to the bevel of the free end of the flexible obstacle so that increase the collision area of the jet and obstacles. To implement this, a flexible obstacle is placed with an offset (eccentricity) of its front edge at the free end relative to the axis of the jet.
Недостатком указанного известного способа является то, что он не обеспечивает подавление в обрабатываемой среде жизнедеятельности бактерий, которые могут оказывать негативное влияние на технологические процессы, в которых будет использоваться обрабатываемая среда.The disadvantage of this known method is that it does not suppress the activity of bacteria in the processed medium, which can have a negative effect on the technological processes in which the processed medium will be used.
Это обусловлено следующими причинами. При формировании каждой струи в известном способе для резкого уменьшения ее поперечного сечения и для образования гидродинамических колебаний происходит троекратное изменение формы и площади ее поперечного сечения, а именно: из конической - в цилиндрическую - в щелевидную. При этом на каждом из этапов происходит изменение скорости протекания среды, и на цилиндрическом участке она будет ниже, чем на соседних, что приводит к усилению турбулентного режима движения жидкости в этом цилиндрическом участке, в результате чего на этапе подачи жидкости в зону обработки создаются предпосылки к разделению колоний клеток бактерий, находящихся в текучей среде, т.е. каждая новая клетка дает начало новой колонии, что приводит к увеличению общего содержания бактерий в обрабатываемой среде.This is due to the following reasons. During the formation of each jet in the known method for a sharp decrease in its cross section and for the formation of hydrodynamic vibrations, a three-fold change in the shape and area of its cross section occurs, namely: from conical to cylindrical to slit-like. In this case, at each of the stages, the flow velocity of the medium changes, and in the cylindrical section it will be lower than in the neighboring ones, which leads to an increase in the turbulent regime of fluid movement in this cylindrical section, as a result of which, at the stage of supplying the liquid to the treatment zone, prerequisites are created separation of bacterial cell colonies in a fluid, i.e. each new cell gives rise to a new colony, which leads to an increase in the total bacterial content in the treated medium.
В результате того, что при осуществлении известного способа фронтальная кромка препятствия размещена с экцентриситетом относительно оси сопла и при введении текучей среды в зону обработки струя ударяется в плоскость скоса, то линии тока жидкости будут идти параллельно кромке скоса с образованием газовой полости (пузыря) между линиями тока жидкости и поверхностью гибкого препятствия - пластины, т.е. возникает явление суперкавитации. Это явление характеризуется тем, что возникают кавитационные пузыри больших размеров, колебания которых не приводят к схлопыванию этих пузырей и к выделению энергии, приводящей к уничтожению бактерий, а ведут лишь к пульсации этой газовой полости. Поэтому уничтожение микроорганизмов при осуществлении известного способа не будет происходить.As a result of the fact that when implementing the known method, the frontal edge of the obstacle is eccentric with respect to the axis of the nozzle and when the fluid is introduced into the treatment zone, the jet strikes the bevel plane, the fluid flow lines will run parallel to the bevel edge with the formation of a gas cavity (bubble) between the lines fluid flow and the surface of a flexible obstacle - a plate, i.e. the phenomenon of supercavitation occurs. This phenomenon is characterized by the fact that large cavitation bubbles arise, the fluctuations of which do not lead to the collapse of these bubbles and to the release of energy, which leads to the destruction of bacteria, but lead only to pulsation of this gas cavity. Therefore, the destruction of microorganisms in the implementation of the known method will not occur.
В результате указанного обработанную известным способом текучую среду, например, нефтепромысловую сточную воду, перед закачкой ее в пласт нагнетательной скважины следует подвергать еще одной обработке для удаления бактерий, что приводит к дополнительным материальным затратам.As a result of this, a fluid treated in a known manner, for example, oilfield wastewater, must be subjected to another treatment to remove bacteria before it is pumped into the reservoir of the injection well, which leads to additional material costs.
Известно устройство для обработки неоднородной текучей среды, содержащее: корпус, имеющий входное и выходное отверстия, установленную во входном отверстии диафрагму, имеющую N сопел, каждое из которых по длине выполнено из трех участков, первый из которых имеет конически сходящуюся форму, переходящую во второй участок, выполненный цилиндрическим, который переходит в третий участок, выполненный щелевидным, расположенный напротив диафрагмы и консольно закрепленный пакет из N упругих параллельных пластин, при этом каждая пластина размещена напротив соответствующего сопла и на своем свободном конце имеет обращенную в сторону соответствующего сопла острую фронтальную кромку, образованную двусторонними скосами, выполненными по толщине каждой пластины и образующими прямой угол, причем длина одного из скосов больше длины другого скоса, а фронтальная кромка каждой пластины размещена с экцентриситетом относительно продольной оси сопла и отстоит от выходного торца этого сопла на расстоянии от 1 до 5 мм (см. патент РФ № 2177824, кл. В 01 F 11/02, 2001). Данное устройство наиболее близко к заявляемому по технической сущности.A device for processing an inhomogeneous fluid is known, comprising: a housing having an inlet and an outlet installed in the inlet of a diaphragm having N nozzles, each of which is made of three sections in length, the first of which has a conically converging shape, passing into the second section made cylindrical, which goes into the third section, made slit-like, located opposite the diaphragm and cantilevered package of N elastic parallel plates, with each plate is placed and opposite the corresponding nozzle, and at its free end, has a sharp front edge facing the corresponding nozzle, formed by two-sided bevels made along the thickness of each plate and forming a right angle, moreover, the length of one of the bevels is greater than the length of the other bevel, and the front edge of each plate is placed with eccentricity relative to the longitudinal axis of the nozzle and is spaced from the outlet end of this nozzle at a distance of 1 to 5 mm (see RF patent No. 2177824, cl. B 01 F 11/02, 2001). This device is the closest to the claimed technical essence.
Однако указанное устройство при обработке неоднородной текучей среды не обеспечивает одновременно с диспергированием еще и очистку от микроорганизмов, в частности, от сульфатвосстанавливающих бактерий, т.к. во-первых, при прохождении текучей среды через сопло такой конфигурации происходит еще большее увеличение колоний бактерий вследствие изменения (уменьшения) скорости движения среды на втором участке сопла и из-за усиления турбулизации движения среды, во-вторых, размещение фронтальной кромки пластины с экцентриситетом относительно продольной оси струи приводит к уменьшению амплитуды колебаний гибкой пластины, и получаемой при этом энергии недостаточно для подавления жизнедеятельности всех колоний бактерий. Этот недостаток еще более усиливается за счет конструктивного выполнения в известном устройстве фронтальной кромки со скосами разной длины, которые приводят к образованию разнородных вихрей, оказывающих "гасящий" эффект на гидродинамические импульсы.However, this device, when processing an inhomogeneous fluid, does not simultaneously provide for the cleaning of microorganisms, in particular, sulfate-reducing bacteria, as well as dispersion, because firstly, when a fluid passes through a nozzle of this configuration, an even greater increase in bacteria colonies occurs due to a change (decrease) in the speed of the medium in the second section of the nozzle and due to increased turbulization of the medium’s movement, secondly, the front edge of the plate is placed with an eccentricity the longitudinal axis of the jet leads to a decrease in the amplitude of oscillations of the flexible plate, and the resulting energy is insufficient to suppress the vital activity of all bacterial colonies. This disadvantage is further enhanced by the constructive implementation in the known device of the front edge with bevels of different lengths, which lead to the formation of heterogeneous vortices, which have a "quenching" effect on hydrodynamic pulses.
Кроме того, в известном устройстве оптимальные результаты по обработке текучей среды могут быть получены только в том случае, если его корпус и пластины выполнены из материала с разными магнитными свойствами. Однако при указанном выполнении известного устройства эффект борьбы с бактериями будет слабым. Это объясняется тем, что в этом случае между корпусом и пластинами возникает разность потенциалов, причем напряженность электрического поля будет выше в месте соединения пластины с корпусом. Кавитационные пузырьки, которые участвуют в подавлении бактерий, характеризуются малой диэлектрической проницаемостью и поэтому, согласно известной теории (см. Попова Л.И. Равновесие и устойчивость поверхностей раздела сред в гравитационном, электрическом и магнитном полях. Автореферат диссертации к.ф-м.н., г.Харьков, 1985, с.8-9), выбрасываются из области максимальной напряженности электрического поля, а значит, в этих условиях известного устройства они всегда будут удалены (будут отталкиваться) от пластин к периферии натекающего потока и не будут участвовать в уничтожении бактерий в основном потоке текучей среды.In addition, in the known device, optimal results for processing a fluid can be obtained only if its body and plates are made of a material with different magnetic properties. However, with the specified implementation of the known device, the effect of the fight against bacteria will be weak. This is because in this case a potential difference arises between the body and the plates, and the electric field strength will be higher at the junction of the plate with the body. Cavitation bubbles, which are involved in the suppression of bacteria, are characterized by low dielectric constant and therefore, according to the well-known theory (see Popova L.I. Equilibrium and stability of interfaces between media in gravitational, electric and magnetic fields. Abstract of the dissertation, Ph.D. ., Kharkov, 1985, pp. 8-9), are ejected from the region of maximum electric field strength, which means that under these conditions of a known device they will always be removed (will be repelled) from the plates to the periphery of the incoming flow and will participate in the destruction of bacteria in the main stream of fluid.
Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в интенсификации процесса подавления роста микроорганизмов в обрабатываемой среде вплоть до их полного уничтожения за счет исключения эффекта суперкавитации, при одновременном обеспечении однородности обрабатываемой среды.The technical result achieved by the present invention is to intensify the process of suppressing the growth of microorganisms in the medium to be completely destroyed by eliminating the effect of supercavitation, while ensuring uniformity of the medium being processed.
Указанный технический результат достигается предлагаемым способом, согласно которому производят формирование потока текучей среды в виде N струй плоскопараллельной формы путем прохождения потока через диафрагму с входными соплами, введение под действием избыточного давления сформированных струй с возбужденными в них гидродинамическими колебаниями в зону обработки, в которой напротив каждой из сформированных струй размещают гибкое с фронтальной кромкой на свободном конце консольно закрепленное препятствие ее движению в виде пакета из N параллельных упругих пластин для осуществления их столкновения, и возбуждение колебаний гибких препятствий при натекании на них струй, одновременное увеличение амплитуды колебаний каждого гибкого препятствия в условиях резонанса с гидродинамическими колебаниями текучей среды с образованием кавитационной зоны и вывод обработанной текучей среды из зоны обработки, новым является то, что при формировании потока текучей среды в виде N струй, каждая из них при прохождении диафрагмы двоекратно изменяет форму и площадь ее поперечного сечения, при этом сформированные струи вводят в зону обработки таким образом, что продольная ось каждой вводимой струи находится в одной плоскости с фронтальной кромкой гибкого препятствия, введение сформированных струй в зону обработки производят под действием избыточного давления, обеспечивающего скорость натекания струи на гибкое препятствие от 3,9 м/с до скорости, при которой возникает начало суперкавитации в обрабатываемой среде, причем указанную текучую среду подают в зону обработки в виде непрерывного потока.The specified technical result is achieved by the proposed method, according to which the formation of a fluid flow in the form of N jets of plane-parallel shape by passing the flow through a diaphragm with inlet nozzles, introducing under the influence of excessive pressure the formed jets with hydrodynamic vibrations excited in them into the treatment zone, in which opposite each from the formed jets, a cantilever-fixed obstacle to its movement in the form of a packet is placed flexible with a frontal edge on the free end of N parallel elastic plates for their collision, and the excitation of vibrations of flexible obstacles when streams flow on them, the simultaneous increase in the amplitude of vibrations of each flexible obstacle under resonance conditions with hydrodynamic vibrations of the fluid with the formation of a cavitation zone and the withdrawal of the treated fluid from the treatment zone, new is that when forming a fluid flow in the form of N jets, each of them, when passing through the diaphragm, double-changes the shape and area of its transverse c In this case, the formed jets are introduced into the treatment zone in such a way that the longitudinal axis of each injected jet is in the same plane as the frontal edge of the flexible obstacle, the introduction of the formed jets into the treatment zone is performed under the influence of excessive pressure, which ensures the speed of the jet flowing onto the flexible obstacle from 3 , 9 m / s to the speed at which the onset of supercavitation occurs in the medium to be treated, said fluid being supplied to the treatment zone as a continuous stream.
Указанный технический результат также достигается заявляемым устройством для обработки текучей среды, содержащим корпус, имеющий входное и выходное отверстия, установленную во входном отверстии диафрагму, имеющую N сопел, каждое из которых по длине состоит из участков разной формы и сечения, расположенный напротив диафрагмы и консольно закрепленный пакет из N упругих параллельных пластин, при этом каждая пластина размещена напротив соответствующего сопла и имеет на своем свободном конце обращенную в сторону сопла соответствующую острую фронтальную кромку, которая образована двусторонними скосами, выполненными по толщине каждой пластины, при этом новым является то, что каждое из сопел по длине состоит из двух участков, первый из которых имеет конически сходящуюся форму, переходящую во второй участок, выполненный щелевидным, фронтальная кромка каждой пластины размещена напротив продольной оси соответствующего сопла и они расположены в одной плоскости, а двусторонние скосы фронтальной кромки каждой пластины выполнены равной длины и образуют острый угол, при этом корпус и пластины выполнены из материала с одинаковыми магнитными свойствами.The specified technical result is also achieved by the claimed device for processing a fluid containing a housing having an inlet and an outlet installed in the inlet of a diaphragm having N nozzles, each of which in length consists of sections of different shapes and sections, located opposite the diaphragm and cantilevered a pack of N elastic parallel plates, with each plate placed opposite the corresponding nozzle and has at its free end facing the nozzle a corresponding sharp the front front edge, which is formed by two-sided bevels made along the thickness of each plate, while the new one is that each of the nozzles in length consists of two sections, the first of which has a conically converging shape, passing into the second section, made slit-like, the front edge each plate is placed opposite the longitudinal axis of the corresponding nozzle and they are located in the same plane, and the two-sided bevels of the front edges of each plate are made of equal length and form an acute angle, while The mustache and plates are made of a material with the same magnetic properties.
Механизм действия предлагаемого изобретения заключается в следующем.The mechanism of action of the invention is as follows.
Поток текучей среды подается в зону обработки через диафрагму, имеющую входные сопла, при прохождении через которые формируются струи, натекающие на расположенные напротив сопел гибкие препятствия - гибкие пластины. В этих натекающих струях возникают гидродинамические колебания с частотой fc=kV/1, где k - коэффициент пропорциональности, зависящий от формы струи; V - скорость струи; 1 - расстояние между соплом и пластиной. Под действием такой струи в каждом гибком препятствии - пластине возбуждаются изгибные (вертикальные) колебания, определяемые выражением fП=(0,162 h/L2)·(Е/ρ)172, где L и h - длина и толщина пластины; Е - модуль упругости материала пластины; (ρ - плотность материала пластины. При совпадении частоты гидродинамических колебаний струи жидкости fc и частоты колебания гибкого препятствия fп, т.е. при fc=fп, наступает явление резонанса, в результате чего амплитуда колебаний пластины резко возрастает. В этих условиях колебания пластин одновременно сопровождаются излучением звука в окружающую пластины текучую среду. Звук и резонансные колебания пластин приводят к возникновению в обрабатываемой среде явления кавитации, т.е. к образованию кавитационных (парогазовых) пузырьков. Эти пузырьки имеют ограниченный период жизни (~10-6 с), по истечении которого они охлопываются с выделением больших импульсов энергии. В результате этого явления, а также при одновременном воздействии резонансных и звуковых колебаний в обрабатываемой среде в присутствии растворенного газа, по-видимому, образуется пероксид водорода, азотистая и азотная кислота, которые губительно действуют на жизнедеятельность микроорганизмов. Кроме того, при схлопывании кавитационных пузырьков происходит резкое, хоть и локальное, повышение температуры до 103-104 °К и возникновение ударных волн до сотен МПа, что также приводит к необратимым биохимическим процессам в клетках микроорганизмов.The fluid flow is supplied to the treatment zone through a diaphragm having inlet nozzles, when passing through which jets are formed that flow onto flexible obstacles opposite the nozzles - flexible plates. In these flowing jets, hydrodynamic oscillations occur with a frequency fc = kV / 1, where k is the coefficient of proportionality, depending on the shape of the jet; V is the jet velocity; 1 - the distance between the nozzle and the plate. Under the action of such a jet, bending (vertical) vibrations are determined in each flexible obstacle - plate, defined by the expression f P = (0.162 h / L 2 ) · (E / ρ) 172 , where L and h are the length and thickness of the plate; E is the elastic modulus of the plate material; (ρ is the density of the plate material. When the frequency of the hydrodynamic oscillations of the liquid jet f c and the frequency of the flexible obstacle oscillation f p coincide, that is, when f c = f p , a resonance phenomenon occurs, as a result of which the amplitude of the plate oscillations increases sharply. Under the conditions, the oscillations of the plates are simultaneously accompanied by the emission of sound into the fluid surrounding the plate.The sound and resonant vibrations of the plates lead to the occurrence of cavitation in the medium being processed, that is, to the formation of cavitation (vapor-gas) bubbles. zyrki have a limited life time (~ 10 -6 s), after which they ohlopyvayutsya to release high energy pulses. As a result of this phenomenon, as well as the simultaneous action of sound and the resonant oscillations in the treated medium in the presence of dissolved gas, apparently hydrogen peroxide, nitrous and nitric acids are formed, which have a detrimental effect on the vital activity of microorganisms.In addition, when the cavitation bubbles collapse, a sharp, albeit local, increase in temperature to 10 3 - 10 4 ° K and the occurrence of shock waves up to hundreds of MPa, which also leads to irreversible biochemical processes in the cells of microorganisms.
Следует отметить, что для формирования кавитационных пузырьков с оптимальными пространственно-временными характеристиками, необходимы особые режимные параметры способа обработки текучей среды и особые конструктивные особенности устройства для осуществления этого способа.It should be noted that for the formation of cavitation bubbles with optimal spatio-temporal characteristics, special regime parameters of the fluid processing method and special design features of the device for implementing this method are required.
Так благодаря тому, что каждая струя при своем формировании меняет свою форму лишь двухкратно и уменьшается количество острых кромок на входных отверстиях, исключаются предпосылки к образованию суперкавитационных процессов в зоне обработки и тем самым обеспечивается исключение возникновения дополнительных колоний бактерий в обрабатываемой среде.So, due to the fact that each jet during its formation changes only twice and the number of sharp edges at the inlet openings is reduced, the prerequisites for the formation of supercavitation processes in the treatment zone are eliminated, and thus the emergence of additional bacterial colonies in the treated medium is eliminated.
Подобранный экспериментальным путем режимный параметр скорости натекания струи на гибкое препятствие от 3,9 м/с до скорости, при которой возникает начало суперкавитации в обрабатываемой среде, в предлагаемом способе обеспечивает, по-видимому, наиболее оптимальные явления резонанса с гибким препятствием, которые, в свою очередь, приводят не только к образованию большого числа маленьких кавитационных пузырьков, исключающих образование суперкавитационных пузырьков, но и максимально воздействуют на резонансные явления этих маленьких пузырьков, лежащих в основе схлопывания последних. Кроме того, этот эффект будет проявляться только в том случае, если натекание потока с такой скоростью будет непрерывным, т.е. в процессе работы не допускается прерывание подачи текучей среды в зону обработки, чтобы исключить образование дополнительных колоний бактерий.The experimentally selected regime parameter for the velocity of the jet flowing onto a flexible obstacle from 3.9 m / s to the speed at which supercavitation begins in the medium being processed, in the proposed method, apparently, provides the most optimal resonance phenomena with a flexible obstacle, which, in in turn, they lead not only to the formation of a large number of small cavitation bubbles, which exclude the formation of supercavitation bubbles, but also maximize the effect on the resonance phenomena of these small belts rkov underlying the recent collapse. In addition, this effect will be manifested only if the flow inflow at such a rate is continuous, i.e. during operation, the supply of fluid to the treatment zone is not interrupted to prevent the formation of additional bacterial colonies.
Также на указанный выше эффект влияет и то, что в предлагаемом способе сформированные струи вводятся таким образом, что продольная ось каждой вводимой в зону обработки сформированной струи находится в одной плоскости с фронтальной кромкой соответствующего гибкого препятствия, что позволяет существенно повысить амплитуду колебаний гибкого препятствия и, как следствие, повысить интенсивность акустического воздействия, приводящего к уничтожению микроорганизмов.Also, the above effect is also affected by the fact that in the proposed method, the formed jets are introduced in such a way that the longitudinal axis of each formed jet introduced into the processing zone is in the same plane with the frontal edge of the corresponding flexible obstacle, which can significantly increase the amplitude of oscillations of the flexible obstacle and, as a result, to increase the intensity of acoustic exposure, leading to the destruction of microorganisms.
Конструктивные особенности предлагаемого устройства, с помощью которого возможно осуществление заявляемого способа, также оказывают влияние на достигаемый технический результат.Design features of the proposed device, with which it is possible to implement the proposed method, also affect the achieved technical result.
Выполнение каждого из сопел по длине из двух участков позволит сформировать струю требуемой плоскопараллельной формы без провоцирования явления суперкавитационных процессов в обрабатываемой среде.The execution of each of the nozzles along the length of two sections will allow you to form a stream of the required plane-parallel shape without provoking the phenomenon of supercavitation processes in the medium being treated.
Размещение фронтальной кромки каждой пластины напротив продольной оси сопла и размещение их в одной плоскости позволяет резко увеличить амплитуду колебаний пластины при натекании на пластину струи жидкости, т.к. исключается рассеивание колебаний, и получить эффект быстрого и мощного воздействия на кавитационные пузырьки во всей обрабатываемой зоне, приводящий к их схлопыванию и, как следствие, к подавлению жизнедеятельности микроорганизмов в обрабатываемой среде.Placing the front edge of each plate opposite the longitudinal axis of the nozzle and placing them in the same plane can dramatically increase the amplitude of oscillations of the plate when a liquid stream flows onto the plate, since the dispersion of vibrations is excluded, and to obtain the effect of a quick and powerful effect on cavitation bubbles in the entire treated area, leading to their collapse and, as a result, to the suppression of the vital activity of microorganisms in the treated medium.
А благодаря тому, что в предлагаемом устройстве двусторонние скосы фронтальной кромки каждой пластины выполнены равной длины и образуют острый угол, обеспечивается за счет симметрии равномерное (без отклонений) увеличение амплитуды колебания пластины, при этом острый угол обеспечивает приближение линии тока жидкости к плоскости резонансной пластины, и как следствие, исключаются большие газовые пузыри, т.е. исключается явление суперкавитации.And due to the fact that in the proposed device, the double-sided bevels of the front edges of each plate are made of equal length and form an acute angle, due to symmetry, a uniform (without deviation) increase in the amplitude of oscillation of the plate is provided, while the acute angle ensures that the liquid flow line approaches the plane of the resonant plate, and as a result, large gas bubbles are excluded, i.e. the phenomenon of supercavitation is excluded.
Благодаря тому, что корпус устройства и пластины выполнены из материала с одинаковыми магнитными свойствами, исключается возникновение разности потенциалов напряженности электромагнитного поля в различных точках зоны обработки, что обеспечивает однородность распределения кавитационных пузырьков по всему объему жидкости, а отсюда и равномерность обработки во всей зоне, а также исключается преждевременное разрушение устройства вследствие электрохимической коррозии.Due to the fact that the body of the device and the plate are made of a material with the same magnetic properties, the occurrence of the potential difference of the electromagnetic field strength at different points of the treatment zone is eliminated, which ensures uniform distribution of cavitation bubbles throughout the liquid volume, and hence the uniformity of processing throughout the zone, and also precludes premature destruction of the device due to electrochemical corrosion.
Заявляемое устройство иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен его продольный разрез, а на фиг.2 - технологическая схема его подключения на водоводе Пермской области.The inventive device is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a longitudinal section thereof, and Fig. 2 is a flow diagram of its connection to a water conduit of the Perm Region.
Предлагаемое устройство содержит корпус 1, функцию одной из торцевых стенок которого выполняет диафрагма 2, формирующая N входных сопел 3, где N ≥1. Количество сопел 3 зависит от объема потока обрабатываемой среды и скорости ее прохождения через сопло. Входные сопла 3 могут быть размещены в диафрагме 2 по ее диаметру или равномерно распределены по ее поперечному сечению, например, в шахматном порядке. Каждое из сопел 3 по длине выполнено из двух участков. Первый из участков 4 имеет конически сходящуюся форму, переходящую во второй участок 5, выполненный щелевидным.The proposed device comprises a
В корпусе 1 напротив сопел 3 консольно закреплен пакет плоскопараллельных пластин 6, количество которых соответствует количеству сопел 3, при этом каждая пластина 6 размещена напротив соответствующего сопла 3. Каждая пластина 6 на своем свободном конце имеет обращенную в сторону сопла 3 фронтальную кромку 7, которая размещена напротив продольной оси а-а сопла 3 и в одной плоскости и образована двусторонними скосами 8 равной длины, образующими между собой острый угол, т.е. меньше 90°. Расстояние от выходного щелевидного торца каждого сопла 3 до фронтальной кромки 7 соответствующей пластины 6 составляет 2-5 мм.In the
Указанный пакет пластин 6 может быть закреплен, например, посредством мембраны 9, расположенной в корпусе 1 напротив места расположения диафрагмы 2. На указанной мембране имеются выходные отверстия 10, предназначенные для вывода обработанной текучей среды из зоны обработки 11.The specified package of
Предлагаемый по настоящему изобретению способ целесообразно осуществлять в заявляемом устройстве, которое может быть размещено, например, в трубопроводе, по которому перемещается текучая среда.Proposed by the present invention, the method is expediently carried out in the inventive device, which can be placed, for example, in the pipeline through which the fluid moves.
При реализации предлагаемого способа осуществляют следующие операции в нижеуказанной последовательности:When implementing the proposed method, the following operations are carried out in the following sequence:
- непрерывный поток обрабатываемой текучей среды, например, нефтепромысловой сточной воды, подают насосом по трубопроводу на диафрагму 2 устройства;- a continuous flow of the processed fluid, for example, oilfield wastewater, is pumped through the pipeline to the
- проходя через входные сопла 3 диафрагмы 2, поток формируется в виде N струй, каждая из которых при прохождении диафрагму двукратно изменяет форму и площадь ее поперечного сечения на участках 4 и 5 входного сопла 3 и при этом в зону обработки 11 попадает в виде струи плоскопараллельной формы с возбужденными в ней гидродинамическими колебаниями;- passing through the
- сформированная струя вводится в зону обработки под действием избыточного давления, например, 0,06 МПа и со скоростью, как правило, более 3,9 м/с;- the formed jet is introduced into the treatment zone under the influence of excess pressure, for example, 0.06 MPa and with a speed of, as a rule, more than 3.9 m / s;
- в зоне обработки напротив каждого сопла 3 размещено гибкое с фронтальной кромкой 7 на свободном конце консольно закрепленное препятствие 6, например, пластина или стержень;- in the processing zone opposite each
- струя указанной формы натекает с данной скоростью на это гибкое препятствие 6, причем ее продольная ось а-а находится в одной плоскости с фронтальной кромкой 7 соответствующего гибкого препятствия 6;- a jet of the indicated shape flows at a given speed onto this
- под действием гидродинамических колебаний струй возникают колебания гибких пластин 6 с возбуждением в последних изгибных (вертикальных) колебаний, в результате чего происходит явление резонанса между колебаниями пластин и колебаниями обрабатываемой среды и как следствие - резкое увеличение амплитуды колебаний в жидкой среде с образованием кавитационной зоны в виде мельчайших кавитационных пузырьков во всем объеме обрабатываемой среды,- under the influence of hydrodynamic vibrations of the jets, vibrations of the
- затем обработанную среду выводят из зоны обработки 11 через выходные отверстия 10 и направляют, например, в систему для поддержания пластового давления.- then the treated medium is removed from the
Предлагаемые способ и устройство для его осуществления были испытаны при изучении их влияния на жизнедеятельность сульфатвосстанавливающих бактерий (СВБ) на водоводе пресной воды "Водозабор Буй - БКНС Степановка" Пермской области. Заявляемое устройство было установлено на выкиде насосов БКНС (фиг.2), подающих воду с водозабора Буй. На технологической схеме, представленной на фиг.2, ГИ - заявляемое устройство - гидродинамический излучатель; П1 - пробоотборник, установленный перед заявляемым устройством; П2 - пробоотборник, установленный на расстоянии 1-2 м от ГИ; П3 - пробоотборник, установленный на расстоянии от 10 до 25 м от ГИ; П4 - пробоотборник, установленный на конце трубопровода. В ходе испытаний определяли количество СВБ в обрабатываемой среде при различных режимах прокачки и скоростях прокачки, в том числе при периодической прокачке, т.е. когда проводили периодическую остановку насосов, уходя от режима непрерывного потока обрабатываемой воды.The proposed method and device for its implementation were tested in the study of their influence on the vital activity of sulfate-reducing bacteria (SBB) in the freshwater conduit "Water Intake Buoy - BKNS Stepanovka" Perm Region. The inventive device was installed on the discharge of pumps BKNS (figure 2), supplying water from the Bui water intake. On the technological scheme presented in figure 2, GI - the claimed device is a hydrodynamic emitter; P 1 - a sampler installed in front of the claimed device; P 2 - a sampler installed at a distance of 1-2 m from the GI; P 3 - a sampler installed at a distance of 10 to 25 m from the GI; P 4 - a sampler installed at the end of the pipeline. During the tests, the amount of SVB in the medium being processed was determined at various pumping conditions and pumping speeds, including periodic pumping, i.e. when the pumps were periodically stopped, moving away from the continuous flow of treated water.
Оценка эффективности предлагаемого изобретения на подавление развития микроорганизмов или их уничтожение проводилась путем сравнения микробиологической зараженности проб воды, отобранных до и после обработки. Контроль эффективности бактерицидного действия определяли в соответствии с РД 39-0147014-343-86 по снижению количества клеток и индекса их активности при посеве в питательную среду.Evaluation of the effectiveness of the present invention to suppress the development of microorganisms or their destruction was carried out by comparing the microbiological contamination of water samples taken before and after treatment. Monitoring the effectiveness of bactericidal action was determined in accordance with RD 39-0147014-343-86 to reduce the number of cells and the index of their activity when plated in a nutrient medium.
Данные, полученные в ходе испытаний, приведены в таблице.The data obtained during the tests are shown in the table.
Как следует из анализа таблицы, подавление (или уничтожение) бактерий происходит лишь при скорости натекания жидкости на пластины предлагаемого устройства не менее 3,9 м/с (опыты 2-4 таблицы). Так практически на всем пути транспортировки обработанной при этих режимах текучей среды микроорганизмы отсутствовали.As follows from the analysis of the table, the suppression (or destruction) of bacteria occurs only when the rate of leakage of liquid onto the plates of the proposed device is not less than 3.9 m / s (experiments 2-4 tables). So, practically along the entire transportation path, microorganisms treated under these fluid conditions were absent.
При других же режимах, в частности, при скорости ниже указанной, этот эффект не достигается (опыты 1 и 6 таблицы), и количество СВБ при транспортировке обработанной среды не уменьшается, а даже увеличивается.In other modes, in particular, at a speed lower than indicated, this effect is not achieved (
При этом поток жидкости, подаваемый в зону обработки, должен быть непрерывным. Так на трубопроводе "БКНС-14-БКНС-13", транспортирующем сточные воды Павловского месторождения, где не был соблюден этот режим (т.е. поток воды был прерывистым), полное уничтожение бактерий наблюдается лишь только на выходе из зоны обработки, в дальнейшем же микроорганизмы сразу же появляются в трубопроводе на расстоянии 1-2 м, и их количество увеличивается на более далеком расстоянии от зоны обработки (опыт 5 таблицы). То есть, периодичность работы приводит к тому, что в момент включения и отключения насосов скорость натекания струи воды на пластины в предлагаемом устройстве может быть исчезающе малой, что и приводит к сохранению бактерий вдали от устройства и их уничтожению вблизи.In this case, the fluid flow supplied to the treatment zone should be continuous. So, on the BKNS-14-BKNS-13 pipeline transporting wastewater from the Pavlovsk field, where this regime was not observed (that is, the water flow was intermittent), the complete destruction of bacteria is observed only at the exit from the treatment zone, in the future microorganisms immediately appear in the pipeline at a distance of 1-2 m, and their number increases at a farther distance from the treatment area (
Таким образом, предлагаемые способ обработки текучей среды и устройство для его осуществления действительно обеспечивают достижение указанного выше технического результата.Thus, the proposed method of processing fluid and a device for its implementation really ensure the achievement of the above technical result.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002123257/15A RU2225749C1 (en) | 2002-08-29 | 2002-08-29 | Method of treatment of fluid medium and device for realization of this method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002123257/15A RU2225749C1 (en) | 2002-08-29 | 2002-08-29 | Method of treatment of fluid medium and device for realization of this method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002123257A RU2002123257A (en) | 2004-03-10 |
| RU2225749C1 true RU2225749C1 (en) | 2004-03-20 |
Family
ID=32390655
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002123257/15A RU2225749C1 (en) | 2002-08-29 | 2002-08-29 | Method of treatment of fluid medium and device for realization of this method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2225749C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103990409A (en) * | 2014-05-15 | 2014-08-20 | 陕西师范大学 | Complex frequency emulsified fluid power sounding device |
-
2002
- 2002-08-29 RU RU2002123257/15A patent/RU2225749C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103990409A (en) * | 2014-05-15 | 2014-08-20 | 陕西师范大学 | Complex frequency emulsified fluid power sounding device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2002123257A (en) | 2004-03-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101461246B1 (en) | Liquid treatment methods and apparatus | |
| EP2492004B1 (en) | Micro-bubble generation device | |
| Mirzaie et al. | Effect of ultrasonic waves on flux enhancement in microfiltration of milk | |
| KR20150116511A (en) | Water treating apparatus using dissolved air floatation including flocculation basin or not | |
| US9329524B2 (en) | Apparatus for detecting a toner density of a liquid developer | |
| RU2225749C1 (en) | Method of treatment of fluid medium and device for realization of this method | |
| RU2376193C1 (en) | Method of hydrodynamic underwater cleaning of surfaces and related device | |
| Xu et al. | Removal of field-collected Microcystis aeruginosa in pilot-scale by a jet pump cavitation reactor | |
| JP6863540B1 (en) | Ultrasonic processing equipment and fine bubble supply method | |
| JP4124956B2 (en) | Fine bubble supply method and fine bubble supply device | |
| KR101197748B1 (en) | vortex air diffuser | |
| KR102215787B1 (en) | Micro Bubble Generator Using Ultrasonic Wave | |
| Khmelev et al. | Evaluation of optimum modes of ultrasonic pulsed influence for coagulation in liquid-dispersed medium | |
| WO2000078466A1 (en) | High-efficiency gas dissolving device | |
| JP2000167545A (en) | Device and method for water area purification | |
| JPS5832588B2 (en) | Equipment for chemical defoaming in fermenters | |
| RU2309006C1 (en) | Device for treatment of the fluid medium | |
| CN109748410B (en) | Method for enhancing gas-liquid mass transfer, device for implementing method and application | |
| CN114471362B (en) | Jet type supercavitation generation system and supercavitation generation method | |
| KR20180096247A (en) | oxygen dissolving equipments for fish room comprising an ultrasonic dissolving part | |
| RU50867U1 (en) | FLUID PROCESSING DEVICE | |
| JP3097820B2 (en) | How to clean the flowing ammeter | |
| Ganiev et al. | Experimental study of wave gas dispersers in liquid | |
| JP2021118994A (en) | Microbubble generator | |
| RU25284U1 (en) | CAVITATION REACTOR |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20060316 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060830 |