RU2346206C1 - Viscous fluid pumping method - Google Patents
Viscous fluid pumping method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2346206C1 RU2346206C1 RU2007136704/06A RU2007136704A RU2346206C1 RU 2346206 C1 RU2346206 C1 RU 2346206C1 RU 2007136704/06 A RU2007136704/06 A RU 2007136704/06A RU 2007136704 A RU2007136704 A RU 2007136704A RU 2346206 C1 RU2346206 C1 RU 2346206C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sections
- fluid
- ultrasonic
- oscillator
- treated
- Prior art date
Links
Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к энергосберегающим и экологически безопасным технологиям повышения эффективности процесса перекачивания вязких жидкостей, преимущественно нефти и нефтепродуктов.The invention relates to energy-saving and environmentally friendly technologies to increase the efficiency of the process of pumping viscous liquids, mainly oil and oil products.
Известно, что пропускная способность и экономическая эффективность трубопроводной сети зависят от свойств перекачиваемых по нему жидкостей. Основным препятствием для обеспечения необходимой скорости перекачивания является вязкость. Снижение вязкости перекачиваемого продукта уменьшает гидравлическое сопротивление трубопроводной сети, что уменьшает энергозатраты на перекачку. В районах добычи нефти с низкой температурой окружающей среды вязкость перекачиваемой жидкости достигает таких значений, что энергозатраты на перекачку значительно повышают стоимость добываемой нефти, а в некоторых случаях делают ее перекачку практически невозможной.It is known that the throughput and economic efficiency of the pipeline network depend on the properties of the liquids pumped through it. The main obstacle to providing the necessary pumping speed is viscosity. Reducing the viscosity of the pumped product reduces the hydraulic resistance of the pipeline network, which reduces the energy consumption for pumping. In areas of oil production with a low ambient temperature, the viscosity of the pumped liquid reaches such values that the energy consumption for pumping significantly increases the cost of the produced oil, and in some cases makes it practically impossible to pump it.
Для увеличения эффективности процесса транспортировки вязкие жидкости подвергают предварительной обработке. Известно множество способов обработки жидкости, преимущественно нефти и нефтепродуктов, с целью уменьшения ее вязкости. Все известные способы можно разделить на несколько групп:To increase the efficiency of the transportation process, viscous liquids are pre-treated. There are many known methods of processing liquids, mainly oil and petroleum products, in order to reduce its viscosity. All known methods can be divided into several groups:
1. Применение различных жидкостей в качестве разжижителей [1]. К недостаткам можно отнести высокую стоимость процесса из-за необходимости добавления дополнительного продукта в вязкую жидкость (например, нефть) и в большинстве случаев невозможность повторного использования разжижителя.1. The use of various liquids as thinners [1]. The disadvantages include the high cost of the process due to the need to add an additional product to a viscous liquid (for example, oil) and in most cases the inability to reuse the thinner.
2. Создание эмульсии нефти в воде [2] при помощи веществ-эмульгаторов [3, 4]. К недостаткам можно отнести использование дорогостоящих веществ-эмульгаторов, необходимость использования больших объемов воды, а также необходимость процесса восстановления нефти из эмульсии. Влияние на экологическую обстановку.2. The creation of an oil emulsion in water [2] using emulsifiers [3, 4]. The disadvantages include the use of expensive emulsifiers, the need to use large volumes of water, and the need for the process of recovering oil from the emulsion. Impact on the environment.
3. Воздействие на жидкость различными видами электромагнитного излучения и их комбинациями [5, 6]. К недостаткам можно отнести невысокую производительность способа и высокие энергозатраты.3. The impact on the liquid of various types of electromagnetic radiation and their combinations [5, 6]. The disadvantages include the low productivity of the method and high energy consumption.
4. Обработка нефти с помощью ультразвуковых колебаний высокой интенсивности [7, прототип].4. Oil processing using ultrasonic vibrations of high intensity [7, prototype].
Суть способа, принятого за прототип по [7], заключается в следующем. Обработку нефти осуществляют при помощи ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя проходного типа, представляющего собой металлическую трубу с расположенными на ней вибраторами. Перекачиваемая жидкость проходит через цилиндр, выполненный в виде толстостенной трубы из материала с низким акустическим сопротивлением, внутренняя поверхность которой цилиндрическая, а наружная поверхность выполнена в форме многогранника, стороны которого разделены продольными по граням и кольцевыми пазами на излучающие участки, образующие с закрепленными на них пьезоэлектрическими элементами и четвертьволновыми стальными накладками составные полуволновые вибраторы. Обработка жидкости при перекачивании через трубу осуществляется в зоне размещения излучателей.The essence of the method adopted for the prototype according to [7] is as follows. Oil processing is carried out using an ultrasonic piezoelectric transducer of the continuous type, which is a metal pipe with vibrators located on it. The pumped liquid passes through a cylinder made in the form of a thick-walled pipe made of a material with low acoustic impedance, the inner surface of which is cylindrical, and the outer surface is made in the form of a polyhedron, the sides of which are separated by longitudinal along the faces and ring grooves into radiating sections forming with piezoelectric elements and quarter-wave steel plates composite half-wave vibrators. Processing of the liquid during pumping through the pipe is carried out in the area of the emitters.
Такой способ перекачивания обеспечил снижение вязкости жидкости, поступившей в трубу и достигшей участка размещения излучателей.This pumping method ensured a decrease in the viscosity of the fluid entering the pipe and reaching the emitter location.
В то же время методу, принятому за прототип, присущи следующие недостатки:At the same time, the method adopted for the prototype has the following disadvantages:
1. Способ не предусматривает предварительной обработки вязкой жидкости до поступления в трубу для перекачки, что не всегда практически реализуемо.1. The method does not provide for pre-treatment of viscous liquid before entering the pipe for pumping, which is not always practically feasible.
2. Преобразователь состоит из отдельных вибраторов, резонансные частоты которых могут лежать в широком диапазоне частот. В то же время все вибраторы питаются от одного генератора, выдающего напряжение определенной частоты, вследствие чего часть вибраторов работает с низким КПД или вообще не работает. В результате обработка производится неравномерно со всех сторон. Как следствие вышесказанного, способ реализуется с низким использованием энергии УЗ (КПД менее 15-20%).2. The converter consists of individual vibrators, the resonant frequencies of which can lie in a wide range of frequencies. At the same time, all vibrators are powered by a single generator that produces a voltage of a certain frequency, as a result of which part of the vibrators works with low efficiency or does not work at all. As a result, the processing is uneven from all sides. As a consequence of the above, the method is implemented with low energy use of ultrasound (efficiency less than 15-20%).
3. Область интенсивного воздействия заключена в небольшом объеме внутри участка трубопровода, на котором закреплены излучатели, за пределами которого ультразвуковое поле быстро затухает.3. The area of intense exposure is enclosed in a small volume inside the pipeline section on which the emitters are fixed, beyond which the ultrasonic field decays quickly.
4. Невозможность выкачивания и перекачивания вязких жидкостей из резервуаров, хранилищ.4. The impossibility of pumping and pumping viscous liquids from reservoirs, storages.
5. Обработку необходимо производить только при полном заполнении внутренней полости трубы. В противном случае эффективность обработки резко снижается.5. Processing must be done only when the internal cavity of the pipe is completely filled. Otherwise, the processing efficiency is sharply reduced.
Таким образом, способ, принятый за прототип, характеризуется ограниченными функциональными возможностями, высокой сложностью изготовления, настройки и ремонта, а также низким КПД.Thus, the method adopted for the prototype is characterized by limited functionality, high complexity of manufacture, configuration and repair, as well as low efficiency.
Суть предлагаемого технического решения заключается в том, что перекачиваемая вязкая жидкость подвергается обработке ультразвуковыми колебаниями следующим образом. Ультразвуковую обработку осуществляют погружением и перемещением в обрабатываемой жидкости излучателя, выполненного в виде стержня, состоящего из последовательно расположенных участков цилиндрической формы различного диаметра, причем длина каждого из участков большего диаметра соответствует одной пятнадцатой части длины волны, общая длина последовательно расположенных участков меньшего и большего диаметров соответствует половине длины волны ультразвуковых колебаний в материале стержня на рабочей частоте 22 кГц. Излучение УЗ-колебаний осуществляют с поверхности излучателя в зонах переходов между цилиндрическими участками различного диаметра с амплитудой колебаний, достаточной для возникновения кавитации в обрабатываемой жидкости, непрерывно вводят обработанную жидкость в центральный канал излучателя через торцевое отверстие в погруженной части излучателя и радиальные каналы, расположенные перпендикулярно к центральному каналу и выполненные на участках излучателя меньшего диаметра симметрично относительно участков большего диаметра, суммарное сечение всех входных каналов соответствует сечению выходного отверстия центрального канала. Обработанная жидкость выводится через выходное отверстие, а скорость перекачивания жидкости устанавливают с учетом исходной вязкости жидкости, размеров излучателя и мощности ультразвукового излучения.The essence of the proposed technical solution is that the pumped viscous liquid is subjected to ultrasonic treatment as follows. Ultrasonic treatment is carried out by immersion and movement of the emitter in the processed liquid, made in the form of a rod, consisting of successively arranged sections of a cylindrical shape of various diameters, the length of each of the sections of a larger diameter corresponding to one fifteenth of the wavelength, the total length of the successively arranged sections of smaller and larger diameters corresponding to half the wavelength of ultrasonic vibrations in the rod material at an operating frequency of 22 kHz. Ultrasonic vibrations are emitted from the surface of the emitter in the transition zones between cylindrical sections of various diameters with an amplitude of vibration sufficient for cavitation to occur in the fluid being treated, the treated fluid is continuously introduced into the central channel of the emitter through an end hole in the immersed part of the emitter and radial channels located perpendicular to the central channel and made on the sections of the emitter of smaller diameter symmetrically with respect to the sections of larger diameter, mmar section of all input channels corresponds to the section of the outlet of the Central channel. The treated liquid is discharged through the outlet, and the pumping speed of the liquid is set taking into account the initial viscosity of the liquid, the dimensions of the emitter and the power of ultrasonic radiation.
Сущность способа поясняется чертежом, где представлен эскиз установки, реализующей предложенный способ.The essence of the method is illustrated in the drawing, which presents a sketch of the installation that implements the proposed method.
Установка состоит из электронного генератора 1 и подключенной к нему электрическим кабелем 2 ультразвуковой колебательной системы 3. Электронный генератор представляет собой электронное устройство, преобразующее энергию электрической сети промышленной частоты в энергию электрических колебаний ультразвуковой частоты. Одним из основных требований, предъявляемых к электронному генератору, является необходимость обеспечения устойчивой работы на резонансной частоте ультразвуковой колебательной системы при любых нагрузках и мощностях излучения. В процессе работы колебательной системы рабочий инструмент создает вокруг себя ультразвуковое поле высокой интенсивности. Интенсивность ультразвуковых колебаний подбирается достаточной для образований кавитации на поверхности рабочего инструмента 4. В результате воздействия кавитации и ультразвуковых колебаний происходит снижение вязкости нефти и входящих в ее состав других жидкостей. Парафин, содержащийся в нефти и нефтепродуктах в качестве примеси, под действием ультразвуковых колебаний эмульгируется в нефть, это снижает его выпадение на стенках трубопровода и резервуаров и повышает эффективность перекачивания. Так же в процессе работы происходит нагрев рабочего инструмента и обрабатываемой жидкости (за счет вязкого трения в жидкости и теплопередачи от излучателя), что также способствует снижению вязкости. В результате вокруг рабочего инструмента создается область жидкости с пониженной вязкостью 7, которая легко откачивается с применением традиционных насосных установок. Откачивание обработанной жидкости производится через торцевой 5 и радиальные каналы 6.The installation consists of an electronic generator 1 and an ultrasonic oscillating system 3 connected to it by an electric cable 2. An electronic generator is an electronic device that converts the energy of an industrial frequency electric network into the energy of electric oscillations of an ultrasonic frequency. One of the main requirements for an electronic generator is the need to ensure stable operation at the resonant frequency of an ultrasonic oscillatory system under any loads and radiation powers. During the operation of the oscillatory system, the working tool creates a high-intensity ultrasonic field around itself. The intensity of ultrasonic vibrations is selected sufficient for the formation of cavitation on the surface of the working tool 4. As a result of exposure to cavitation and ultrasonic vibrations, the viscosity of oil and other fluids included in it decreases. Paraffin, which is contained in oil and oil products as an impurity, is emulsified into oil under the action of ultrasonic vibrations, this reduces its precipitation on the walls of the pipeline and tanks and increases the efficiency of pumping. Also in the process, the working tool and the processed fluid are heated (due to viscous friction in the fluid and heat transfer from the emitter), which also helps to reduce viscosity. As a result, a region of liquid with a reduced viscosity 7 is created around the working tool, which is easily pumped out using traditional pumping units. The pumped liquid is pumped out through the end 5 and radial channels 6.
Преимуществами предложенного способа являются:The advantages of the proposed method are:
1. Зону обработки можно менять простым перемещением излучателя;1. The processing zone can be changed by simply moving the emitter;
2. Колебательная система с закрепленным на ней излучающим элементом имеет одну резонансную частоту. Генератор обеспечивает питание колебательной системы именно на частоте, соответствующей резонансной, в результате обеспечивается КПД аппарата в целом не ниже 50%;2. The oscillation system with a radiating element fixed to it has one resonant frequency. The generator provides power to the oscillatory system precisely at the frequency corresponding to the resonant one, as a result, the efficiency of the apparatus as a whole is not lower than 50%;
3. Высокая эффективность обработки за счет высокой интенсивности создаваемого ультразвукового поля.3. High processing efficiency due to the high intensity of the generated ultrasonic field.
Технический результат заключается в снижении энергоемкости и стоимости процесса транспортировки вязких жидкостей за счет снижения их вязкости, в обеспечении принципиальной возможности откачки и транспортирования нефти при низких температурах.The technical result is to reduce the energy intensity and cost of the process of transporting viscous fluids by reducing their viscosity, to ensure the fundamental possibility of pumping and transporting oil at low temperatures.
Предложенный способ был реализован в действующей установке в лаборатории акустических процессов и аппаратов Бийского технологического института Алтайского государственного технического университета. Для проверки эффективности были проведены эксперименты по обработке нефти, растительных и технических масел с целью снижения их вязкости. Эксплуатация опытной установки позволила подтвердить эффективность предложенного способа и получить производительность 1000 литров в час при потребляемой мощности 3000 ВА. Мелкосерийное производство аппаратов, реализующих предложенный способ, планируется начать в 2008 г.The proposed method was implemented in an existing installation in the laboratory of acoustic processes and apparatuses of the Biysk Technological Institute of Altai State Technical University. To test the effectiveness, experiments were conducted on the processing of oil, vegetable and industrial oils in order to reduce their viscosity. The operation of the pilot plant made it possible to confirm the effectiveness of the proposed method and obtain a capacity of 1000 liters per hour with a power consumption of 3000 VA. Small-scale production of devices that implement the proposed method is planned to begin in 2008.
ЛитератураLiterature
1. Заявка на изобретение №92010884 «Способ добычи высоковязкой нефти».1. Application for invention No. 92010884 "Method for the production of high-viscosity oil."
2. United States Patent 5,013,462. Method for improving production of viscous crude oil.2. United States Patent 5,013,462. Method for improving production of viscous crude oil.
3. United States Patent 4,249,554. Method of transporting viscous hydrocarbons.3. United States Patent 4,249,554. Method of transporting viscous hydrocarbons.
4. United States Patent 4,239,052. Method of transporting viscous hydrocarbons.4. United States Patent 4,239,052. Method of transporting viscous hydrocarbons.
5. Патент РФ №2232124 «Способ плавления и снижения вязкости химических продуктов, преимущественно нефти и нефтепродуктов, и устройство для его осуществления».5. RF patent No. 2232124 "Method for melting and lowering the viscosity of chemical products, mainly oil and petroleum products, and a device for its implementation."
6. Патент РФ №2103211 «Способ разогрева в емкости загустевших продуктов и устройство для его осуществления».6. RF patent No. 2103211 "Method for heating thickened products in a container and a device for its implementation."
7. Патент РФ №2222387 «Ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь проходного типа».7. RF patent No. 2222387 "Ultrasonic piezoelectric transducer type through passage".
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007136704/06A RU2346206C1 (en) | 2007-10-03 | 2007-10-03 | Viscous fluid pumping method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007136704/06A RU2346206C1 (en) | 2007-10-03 | 2007-10-03 | Viscous fluid pumping method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2346206C1 true RU2346206C1 (en) | 2009-02-10 |
Family
ID=40546797
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007136704/06A RU2346206C1 (en) | 2007-10-03 | 2007-10-03 | Viscous fluid pumping method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2346206C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2570602C1 (en) * | 2014-06-19 | 2015-12-10 | Открытое акционерное общество "Акустический институт имени академика Н.Н. Андреева" | Method of high-viscous products transportation through pipeline |
RU2679315C1 (en) * | 2018-10-11 | 2019-02-07 | Андрей Юрьевич Беляев | Method of oil viscosity reduction |
-
2007
- 2007-10-03 RU RU2007136704/06A patent/RU2346206C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2570602C1 (en) * | 2014-06-19 | 2015-12-10 | Открытое акционерное общество "Акустический институт имени академика Н.Н. Андреева" | Method of high-viscous products transportation through pipeline |
RU2679315C1 (en) * | 2018-10-11 | 2019-02-07 | Андрей Юрьевич Беляев | Method of oil viscosity reduction |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Luo et al. | Phase separation technology based on ultrasonic standing waves: A review | |
US8042989B2 (en) | Multi-stage cavitation device | |
US8651230B2 (en) | High capacity ultrasonic reactor system | |
US20090038932A1 (en) | Device and method for noninvasive ultrasonic treatment of fluids and materials in conduits and cylindrical containers | |
Horst et al. | Design, modeling and performance of a novel sonochemical reactor for heterogeneous reactions | |
US8858064B2 (en) | Portable hydrodynamic cavitation manifold | |
CA2848468A1 (en) | Method for processing heavy hydrocarbon oil | |
WO2006104462A1 (en) | Improvements to viscosity reduction means in oil products | |
RU2346206C1 (en) | Viscous fluid pumping method | |
CA2907063A1 (en) | Pulse cavitation processor and method of using same | |
US20130088935A1 (en) | Hydrodynamic cavitation device | |
CA2692273A1 (en) | High capacity ultrasonic reactor system | |
US9752082B2 (en) | Treatment process and apparatus for reducing high viscosity in petroleum products, derivatives, and hydrocarbon emulsions, and the like | |
RU77176U1 (en) | HYDRODYNAMIC ULTRASONIC DEPARAFFINIZER OF PUMP AND COMPRESSOR PIPES | |
RU2403085C1 (en) | Unltrasound flow reactor | |
RU2346733C1 (en) | Cavitation generator | |
RU2495337C2 (en) | Electrically driven pump-sealed rotary heat generator | |
Kuimov | Theoretical and experimental investigation of cavitation number limits | |
RU141803U1 (en) | ULTRASONIC FLOWING MACHINE | |
RU2570602C1 (en) | Method of high-viscous products transportation through pipeline | |
RU152620U1 (en) | ULTRASONIC FLOWING REACTOR FOR CAVITATION TREATMENT OF HIGH VISCOUS LIQUIDS | |
Khmelev et al. | Effectiveness increase of ultrasonic cavitational processing of viscous liquid media | |
Kamyshatskyi et al. | On the issue concerning improvement of a mud preparation technology at the expense of hydrodynamic cavitation | |
Khmelev et al. | Method for producing fine liquid-drop systems in ultrasound fields | |
RU2281799C1 (en) | Toxic agents' destruction process |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121004 |