RU2550822C1

RU2550822C1 - Device for oil product dehydration by water drop evaporation

Info

Publication number: RU2550822C1
Application number: RU2014119754/04A
Authority: RU
Inventors: Гурам Николаевич Ахобадзе
Priority date: 2014-05-16
Filing date: 2014-05-16
Publication date: 2015-05-20

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention refers to dehydration device for oil product running in a main pipeline by water drop evaporation. Device includes electromagnetic field power source connected to electromagnetic field power input element for controlled medium and additionally features heated pipeline section with a first and second radio transparent dielectric manholes, thermocouple connected to external surface of heated pipeline section, and temperature logger, so that thermocouple output is connected to temperature logger input.

EFFECT: simplified process of oil product dehydration.

1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами.The present invention relates to the field of measuring equipment and can be used in process control systems.

Известна модульная СВЧ-установка для обезвоживания и обессоливания нефти, (см. RU 2338775 C1, 20.11.2008). Данное техническое решение содержит два многогодовых круглых волновода, расположенных параллельно и соединенных между собой переходом, возбуждаемых СВЧ-генераторами, каждый из которых подключен к рупорным излучателям, установленным на волноводах. Внутри каждого волновода расположена труба-коалесцентор из радиопрозрачного материала, содержащая полосы из гофрированного полиэтилена или дугового радиопрозночного материала. Модуль коалесцентров представляет собой последовательно соединенные через переходы трубы из стали с теплоизоляцией, с расположенными внутри каждой трубы полосами из гофрированного полиэтилена. Модуль коалесцентров подключается к модулю СВЧ-обработки через взрывозащищенную задвижку с электрическим приводом. Согласно этому известному техническому решению при воздействии электромагнитного поля на эмульсию из-за того, что молекулы воды обладают дипольными моментами, а нефть нет, глобулы воды сильнее нагреваются, чем нефть. Благодаря этому в контролируемой среде создается температурный градиент, способствующий в дальнейшем разрушению нефтяной и водной фаз.Known modular microwave installation for dehydration and desalination of oil, (see RU 2338775 C1, 11/20/2008). This technical solution contains two multi-year circular waveguides located in parallel and interconnected by a junction, excited by microwave generators, each of which is connected to horn emitters mounted on the waveguides. Inside each waveguide is a coalescent tube made of radiolucent material containing strips of corrugated polyethylene or arc radiolabel material. The coalescent module is a heat-insulated steel pipe connected in series through transitions with corrugated polyethylene strips located inside each pipe. The coalescent module is connected to the microwave processing module through an explosion-proof valve with an electric actuator. According to this well-known technical solution, when an electromagnetic field acts on an emulsion due to the fact that water molecules have dipole moments, but there is no oil, water globules are more heated than oil. Due to this, a temperature gradient is created in a controlled environment, which contributes to the further destruction of the oil and water phases.

Недостатком этого известного технического решения является конструктивно-технологическая сложность процесса обработки нефтяной эмульсии и разделения водной и нефтяной фаз при нефтеподготовке.The disadvantage of this known technical solution is the structural and technological complexity of the processing of oil emulsions and the separation of water and oil phases during oil preparation.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятое автором за прототип устройство, реализующее способ обезвоживания водонефтяных эмульсий воздействием электромагнитного поля (RU 2400523 C2, 27.09.2010). Принцип работы данного устройства, предусматривающего оценку тангенса угла диэлектрических потерь для эмульсии при воздействии на нее электромагнитного поля, заключается в определении частоты, соответствующей максимальному значению тангенса угла диэлектрических потерь, в вычислении частот электромагнитного поля, при которых тангенс угла диэлектрических потерь для эмульсии будет равен 0,7 максимального значения тангенса угла диэлектрических потерь для эмульсии, и в воздействии на данную эмульсию дополнительно электромагнитным полем заданной частоты. После отслоения определенного количества воды подбирают другую частоту воздействия. Строят зависимость частоты f_m, соответствующей максимальному значению тангенса угла потерь при отслоении, от концентрации воды в эмульсии и по данной кривой определяют то количество воды, после очередного отслоения которой f_m не будет находиться в интервале разности частот, при которых тангенс угла диэлектрических потерь будет равен 0,7 максимального значения тангенса угла диэлектрических потерь для эмульсии до отслоения.The closest technical solution to the proposed one is the device adopted by the author for the prototype, which implements the method of dewatering water-oil emulsions by the action of an electromagnetic field (RU 2400523 C2, 09.27.2010). The principle of operation of this device, which provides an estimate of the dielectric loss tangent for an emulsion when exposed to an electromagnetic field, is to determine the frequency corresponding to the maximum value of the dielectric loss tangent, to calculate the frequencies of the electromagnetic field at which the dielectric loss tangent for the emulsion will be 0 , 7 of the maximum value of the dielectric loss tangent for an emulsion, and when exposed to this emulsion, additionally an electromagnetic field m of a given frequency. After exfoliation of a certain amount of water, a different frequency of exposure is selected. The dependence of the frequency f _m corresponding to the maximum value of the tangent of the loss angle during exfoliation is built on the concentration of water in the emulsion, and the quantity of water is determined from this curve, after the next exfoliation of which f _m will not be in the frequency difference interval at which the dielectric loss tangent will be equal to 0.7 of the maximum value of the dielectric loss tangent for the emulsion before delamination.

Недостатком этого устройства можно считать сложность процесса обезвоживания водонефтяной эмульсии, связанную с определением максимального значения тангенса угла диэлектрических потерь для эмульсии путем варьирования частот воздействующего на обрабатываемую эмульсию электромагнитного поля.The disadvantage of this device can be considered the complexity of the dehydration of the oil-water emulsion associated with determining the maximum value of the dielectric loss tangent for the emulsion by varying the frequencies of the electromagnetic field acting on the emulsion being processed.

Техническим результатом заявляемого технического решения является упрощение процесса обезвоживания нефтепродукта, протекающего по трубопроводу.The technical result of the proposed technical solution is to simplify the process of dehydration of the oil product flowing through the pipeline.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для выпаривания водяных капелек из нефтепродукта, протекающего по магистральному трубопроводу, содержащем источник энергии электромагнитного поля, соединенный выходом с элементом ввода энергии электромагнитного поля в контролируемую среду, введены подогреваемый отрезок трубопровода, снабженный первым и вторым радиопрозрачными диэлектрическими окнами, термопара, приваренная к наружной поверхности подогреваемого отрезка трубопровода, и регистратор температуры, причем выход термопары подключен ко входу регистратора температуры.The technical result is achieved by the fact that in a device for evaporating water droplets from an oil product flowing through a main pipeline containing an electromagnetic field energy source connected to the output with an electromagnetic field energy input element into a controlled medium, a heated section of the pipeline equipped with first and second radiolucent dielectric windows is introduced , a thermocouple welded to the outer surface of the heated section of the pipeline, and a temperature recorder, the output t rmopary connected to the input of the temperature recorder.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что молекулы водяных капелек в отличие от молекул нефтепродукта, обладают дипольными моментами, и это их свойство при внутреннем подогреве нефтепродукта электромагнитным полем обеспечивает перемешивание молекул водяных капелек, приводящее к увеличению температуры - преобразованию энергии электромагнитного излучения в тепловую энергию капелек воды.The essence of the claimed invention, characterized by a combination of the above features, is that water droplet molecules, in contrast to oil product molecules, have dipole moments, and this property, when the oil is heated internally by an electromagnetic field, provides mixing of water droplet molecules, leading to an increase in temperature - transformation energy of electromagnetic radiation into the thermal energy of water droplets.

Наличие в заявляемом способе совокупности перечисленных существующих признаков позволяет решить задачу выпаривания водяных капелек из нефтепродукта, протекающего по магистральному трубопроводу, на основе внутреннего подогрева контролируемой среды электромагнитным полем одной частоты и преобразования электромагнитной энергии в тепловую энергию капелек воды за счет их дипольного сдвига с желаемым техническим результатом, т.е. упрощением процесса обезвоживания нефтепродукта.The presence in the claimed method of the totality of the listed existing features allows us to solve the problem of evaporation of water droplets from an oil product flowing through a main pipeline, based on the internal heating of the controlled medium by an electromagnetic field of the same frequency and the conversion of electromagnetic energy into thermal energy of water droplets due to their dipole shift with the desired technical result , i.e. simplifying the process of dehydration of the oil product.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.The drawing shows a functional diagram of the proposed device.

Устройство содержит источник 1 энергии электромагнитного поля, соединенный выходом с элементом ввода электромагнитных колебаний в нефтепродукт 2, подогреваемый отрезок трубопровода 3, снабженный первым и вторым радиопрозрачными диэлектрическими окнами, термопару 4 и регистратор температуры 5. На чертеже цифрой 6 обозначен магистральный трубопровод.The device contains an electromagnetic energy source 1 connected to the output with an element for introducing electromagnetic waves into the oil 2, a heated pipe section 3, equipped with first and second radiolucent dielectric windows, a thermocouple 4 and a temperature recorder 5. In the drawing, the number 6 is indicated on the main pipeline.

Известно, что в потоке нефтепродукта, содержащего воды менее пяти процентов, образуются водяные капельки, перемещающиеся вместе с нефтепродуктом. На выпаривание водяных капелек, возникающих в таких случаях, направлено предлагаемое техническое решение.It is known that in the flow of an oil product containing less than five percent water, water droplets form that move with the oil product. The proposed technical solution is directed to the evaporation of water droplets arising in such cases.

Пусть нефтепродукт с водяными капельками перемещается по металлическому магистральному трубопроводу. В данном случае для выпаривания водяных капелек из перемещающегося по трубопроводу нефтепродукта может быть использовано взаимодействие электромагнитного поля с молекулами воды. Этот эффект взаимодействия лежит в основе работы предлагаемого технического решения.Let the oil product with water droplets move through the metal main pipeline. In this case, the interaction of an electromagnetic field with water molecules can be used to evaporate water droplets from an oil product moving through a pipeline. This interaction effect underlies the work of the proposed technical solution.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. С выхода источника энергии электромагнитного поля 1 высокочастотная энергия с помощью элемента ввода энергии 2, установленного над первым прозрачным диэлектрическим окном, смонтированным в одном из сечений боковых стенок (вдоль стенок) отрезка трубопровода, поступает в нефтепродукт с водяными капельками. Предварительно подогреваемый отрезок трубопровода 3 врезается обоими концами в металлический магистральный трубопровод 6, по которому перемещается контролируемый нефтепродукт.The proposed device operates as follows. From the output of the energy source of the electromagnetic field 1, high-frequency energy with the help of the energy input element 2, mounted above the first transparent dielectric window mounted in one of the sections of the side walls (along the walls) of the pipeline segment, enters the oil product with water droplets. A preheated section of pipeline 3 cuts at both ends into a metal main pipeline 6, through which the controlled oil product moves.

Суть работы данного устройства, как уже было отмечено выше, сводится к внутреннему подогреву нефтепродукта с водяными капельками с последующим увеличением температуры и фиксации факта о возникновении водяного пара в отрезке трубопровода. Известно, что молекулы водяных капелек в отличие от молекул нефтепродукта, обладают дипольными моментами (полярные молекулы). При воздействии электромагнитного поля определенной частоты на указанные молекулы последние приобретают молекулярный дипольный сдвиг. В силу этого энергия электромагнитных колебаний поля приведет к постоянному сдвигу молекул, выстраиванию их согласно силовым линиям поля. Так как в рассматриваемом случае электромагнитное поле переменное, то молекулы воды периодически будут менять направление. Молекулы сталкиваются, ударяются друг о друга, передавая энергию соседним молекулам в данном материале. Так как температура - это средняя кинетическая энергия молекул в материале, значит такое перемешивание молекул по определению увеличит температуру материала (нефтепродукта с водяными капельками). Контроль увеличения температуры в данном материале за счет внутреннего подогрева в отрезке трубопровода (преобразование высокочастотной энергии в тепловую энергию), производится термопарой 4, приваренной к наружной поверхности отрезка трубопровода 3. А регистрация температуры осуществляется посредством регистратора температуры 5. При достижении определенной температуры в материале, приводящей к образованию пара, можно говорить о начале процесса выпаривания водяных капелек из нефтепродукта. В данном техническом решении наблюдение за паровыми пузырями (выпариванием), осуществляется визуально - с помощью второго прозрачного диэлектрического окна, смонтированного в другом сечении боковых стенок (поперек стенок) отрезка трубопровода.The essence of the operation of this device, as already noted above, is reduced to the internal heating of the oil product with water droplets, followed by an increase in temperature and fixing the fact of the occurrence of water vapor in a section of the pipeline. It is known that water droplet molecules, in contrast to oil product molecules, have dipole moments (polar molecules). When an electromagnetic field of a certain frequency acts on these molecules, the latter acquire a molecular dipole shift. Due to this, the energy of electromagnetic field oscillations will lead to a constant shift of molecules, their alignment according to the field lines of force. Since in the case under consideration the electromagnetic field is variable, water molecules will periodically change direction. Molecules collide, hit each other, transferring energy to neighboring molecules in a given material. Since temperature is the average kinetic energy of molecules in a material, such mixing of molecules by definition will increase the temperature of the material (oil with water droplets). The temperature increase in this material is controlled by internal heating in the pipeline segment (high-frequency energy is converted into thermal energy) by a thermocouple 4 welded to the outer surface of the pipeline segment 3. And the temperature is recorded by temperature recorder 5. When a certain temperature is reached in the material, leading to the formation of steam, we can talk about the beginning of the process of evaporation of water droplets from an oil product. In this technical solution, the observation of steam bubbles (evaporation) is carried out visually using a second transparent dielectric window mounted in a different section of the side walls (across the walls) of the pipeline section.

В предлагаемом устройстве одним из важных моментов является правильный выбор диаметра подогреваемого отрезка трубопровода. Как известно, одну из величин частот электромагнитного поля, при которой водяные капельки преобразуются в паровые, может составить 2450 МГц. С учетом данной частоты можно рассчитать длину волны, равной 12 см. В соответствии с этим подогреваемый отрезок трубопровода в этом случае можно рассматривать как круглый волновод, имеющий критическую частоту распространения электромагнитной волны по отрезку трубопровода. Другими словами, если диаметр трубопровода меньше 12 см, то электромагнитная волна не будет распространяться по такому трубопроводу (при больше 12 см ограничение по распространению будет отсутствовать). Эта особенность круглых волноводов может быть использована для уменьшения потери теплоты в отрезке волновода. Для этого при врезании подогреваемого отрезка трубопровода в магистральный трубопровод необходимо, чтобы диаметр магистрального трубопровода составлял менее 12 см. Такой геометрический размер магистрального трубопровода, по которому перемещается нефтепродукт с водяными капельками, даст возможность ограничить распространение электромагнитной волны из области подогреваемого отрезка трубопровода по магистральному трубопроводу, т.е. обеспечить внутренний подогрев только в пределах отрезка трубопровода. Это в свою очередь позволит уменьшить тепловые потери при воздействии электромагнитного поля на контролируемую среду.In the proposed device, one of the important points is the correct choice of the diameter of the heated section of the pipeline. As you know, one of the frequencies of the electromagnetic field, at which water droplets are converted to steam, can be 2450 MHz. Given this frequency, a wavelength of 12 cm can be calculated. In accordance with this, the heated section of the pipeline in this case can be considered as a round waveguide having a critical propagation frequency of the electromagnetic wave along the section of the pipeline. In other words, if the diameter of the pipeline is less than 12 cm, then the electromagnetic wave will not propagate through such a pipeline (with more than 12 cm, there will be no restriction on the distribution). This feature of circular waveguides can be used to reduce heat loss in a segment of a waveguide. To do this, when inserting a heated pipe section into the main pipeline, it is necessary that the diameter of the main pipe is less than 12 cm. Such a geometric size of the main pipe through which oil with water droplets moves will make it possible to limit the propagation of electromagnetic waves from the heated pipe section through the main pipe, those. provide internal heating only within the pipeline section. This in turn will reduce heat loss when an electromagnetic field acts on a controlled medium.

В общем случае выбор диаметра подогреваемого отрезка трубопровода следует осуществить в зависимости от диаметра магистрального трубопровода таким образом, чтобы диаметр отрезка трубопровода был больше диаметра магистрального трубопровода. В силу этого на основе подбора частоты электромагнитного поля с учетом выбранного диаметра отрезка трубопровода и мощности электромагнитной энергии можно обеспечить эффективный внутренний подогрев контролируемого материал (нефтепродукта с водяными капельками). Кроме того, при стыковке подогреваемого отрезка трубопровода с магистральным трубопроводом может быть использован теплоизолирующий материал, ограничивающий передачу тепла из отрезка трубопровода в магистральный трубопровод.In the general case, the choice of the diameter of the heated section of the pipeline should be carried out depending on the diameter of the main pipeline so that the diameter of the section of the pipeline is larger than the diameter of the main pipeline. Because of this, based on the selection of the frequency of the electromagnetic field, taking into account the selected diameter of the pipeline segment and the power of electromagnetic energy, it is possible to provide effective internal heating of the controlled material (oil product with water droplets). In addition, when joining a heated section of the pipeline with the main pipeline, heat-insulating material can be used that limits the transfer of heat from the section of the pipeline to the main pipeline.

Таким образом, согласно данному техническому решению на основе проведения внутреннего подогрева нефтепродукта электромагнитным полем одной частоты, содержащего водяные капельки, можно обеспечить упрощение процесса обезвоживания нефтепродукта, протекающего по магистральному трубопроводу.Thus, according to this technical solution, based on the internal heating of the oil product with an electromagnetic field of the same frequency containing water droplets, it is possible to simplify the process of dehydration of the oil product flowing through the main pipeline.

Предлагаемое устройство успешно может быть использовано при промысловой подготовке нефтепродукта к переработке в различных отраслях промышленности.The proposed device can be successfully used in field preparation of oil for refining in various industries.

Claims

A device for dehydration of an oil product by evaporating water droplets from an oil product flowing through a main pipeline containing an electromagnetic field energy source connected to an output with an electromagnetic field energy input element into a controlled medium, characterized in that a heated pipe section is introduced into it, provided with a first and second radiolucent dielectric windows, a thermocouple connected to the outer surface of the heated pipe section, and a tempe recorder Aturi, the thermocouple output is connected to the input of the temperature recorder.