RU2752892C2 - Высокоградиентный неодимовый магнитный сепаратор с ферромагнитным картриджем - Google Patents
Высокоградиентный неодимовый магнитный сепаратор с ферромагнитным картриджем Download PDFInfo
- Publication number
- RU2752892C2 RU2752892C2 RU2018143171A RU2018143171A RU2752892C2 RU 2752892 C2 RU2752892 C2 RU 2752892C2 RU 2018143171 A RU2018143171 A RU 2018143171A RU 2018143171 A RU2018143171 A RU 2018143171A RU 2752892 C2 RU2752892 C2 RU 2752892C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rods
- cartridge
- magnetic
- cassette
- ferromagnetic
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C1/00—Magnetic separation
- B03C1/02—Magnetic separation acting directly on the substance being separated
- B03C1/025—High gradient magnetic separators
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/48—Treatment of water, waste water, or sewage with magnetic or electric fields
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Abstract
Изобретение предназначено для защиты окружающей среды от нефтяных загрязнений. Основное предназначение - доочистка пластовых вод от эмульгированных нефтепродуктов с применением высокодисперсного магнетитового сорбента на нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятиях. Для извлечения из воды эмульсионных капель нефти с размерами глобул меньше 10 мкм, покрытых слоем высокодисперсного магнетита (с размерами частиц около 10 нм). Неодимовый магнитный сепаратор включает цилиндрический корпус, изготовленный из немагнитного пластика, расположенные в нем патрубки входа и выхода и кассеты. Цилиндрический корпус изготовлен замкнутым с торцов и разъемным по телу. Верхний торец оснащен съемной крышкой с кассетой для магнитного сердечника. Нижняя часть разъемного корпуса содержит патрубок входа очищаемой жидкости и патрубок входа промывочной жидкости, снабжен уплотнением и выполнен герметичным. Внутри основного корпуса установлен ферромагнитный картридж из тонких и круглых стальных стержней, закрепленных в торцевых основаниях. Наружный ряд стержней собран в виде «беличьего колеса», а внутренний ряд сформирован в виде сквозного отверстия квадратной формы для соосного размещения кассеты. В центре кассеты располагается в виде сердечника неодимовый параллелепипед квадратного сечения. Стержни картриджа размещены внутри ромбовидно из условия, что векторы напряженности магнитного поля направлены по диагонали ромба и снабжены нагревательным элементом для размагничивания стержней и очистки от нефтезагрязнений ферромагнитного картриджа. В верхней части корпуса расположены патрубки выхода при очистке и при промывке, все патрубки оснащены клапанами. Технический результат – повышение эффективности сепарации. 4 ил., 1 табл., 1 пр.
Description
Изобретение предназначено для защиты окружающей среды от нефтяных загрязнений. Основное назначение - доочистка пластовых вод от эмульгированных нефтепродуктов с применением высокодисперсного магнетитового сорбента на нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятиях. Для извлечения из воды эмульсионных капель нефти с размерами глобул меньше 10 мкм, покрытых слоем высокодисперсного магнетита (с размерами частиц около 10 нм). За счет большого градиента магнитного поля в сепараторе, обеспечивается захват глобул с небольшим магнитным моментом.
Известен магнитный сепаратор для извлечения ферромагнитных примесей из жидких сред [Патент РФ №2263548, Бюл. №31, 10.11.2005 г.] нефтедобывающих, химических, металлургических и других отраслей промышленности. Магнитный сепаратор состоит из корпуса, патрубка входа и выхода. Жидкость, поступая в сепаратор, движется в зону и попадает на трубы. Течение жидкости поперек труб. Внутри труб расположены вращающиеся цилиндры, на поверхности которых прикреплены по спирали постоянные точечные магниты. Прилипшие к поверхности магнитные частицы по направляющим поступают в бункер, где извлекаются по каналу.
Недостатком известного устройства является то, что не описаны конструкционные особенности магнитного сепаратора. Расстояние от извлекаемого компонента до осадных труб и градиент магнитного поля. Дана лишь общая идея извлечения, с припиской: в настоящей конструкции достигается максимальный градиент.
Прототипом предлагаемого устройства является высокоградиентный магнитный фильтр [Патент РФ №2360740, Бюл. №19, 10.07.2009 г.], содержащий корпус, крышку, входной и выходной патрубки. В крышке корпуса имеются отверстия, в которых закреплены одна или несколько кассет. Внутри каждой кассеты размещены аксиально намагниченные постоянные магниты и полюсные наконечники. Полюсные наконечники выполнены в виде дисков равного с магнитами диаметра и расположены между обращенными одноименными полюсами друг к другу магнитами. Полюсные наконечники выполнены из магнитомягкого материала. Магниты и полюсные наконечники объединены жесткой немагнитной механической связью с возможностью перемещения относительно кассеты и извлечения из кассеты через отверстие в крышке. Матрица представляет собой катушку, размещенную непосредственно на кассете. Обмотка катушки выполнена многослойной намоткой магнитомягкой коррозионно-стойкой проволоки. Каждый последующий слой намотки матрицы выполнен под углом 30°-60° к предыдущему слою. Поток очищаемой среды подается через входной патрубок, проходит через матрицу, сформированную на цилиндрической кассете и находящуюся в магнитном поле аксиально намагниченных дисковых высококоэрцитивных постоянных магнитов и полюсных наконечников. При этом ферро-, пара- и диамагнитные частицы примесей удерживаются матрицей фильтра. Очистка матрицы производится прямым или обратным повышенным расходом промывочной воды со сбросом в спецканализацию.
Недостатком известного устройства является сложность его эксплуатации при решении задачи по очистке от эмульгированных нефтепродуктов, ввиду трудности промывки матрицы от слипшихся нефтепродуктов. Кроме того, отсутствует расчет индукции и градиента в рабочей области, что затрудняет возможность применения данного сепаратора для извлечения омагниченных эмульсий.
Задачей изобретения является создание высокоградиентного магнитного сепаратора упрощенной конструкции, с помощью которого возможна очистка воды от эмульсионных глобул с небольшим магнитным моментом и упрощенной процедурой регенерации фильтрующего элемента (ферромагнитного картриджа).
Техническим результатом является увеличение эффективности за счет подбора оптимального соотношения размеров магнитной системы, упрощение конструкции магнитного сепаратора, и упрощение процедуры регенерации магнитного картриджа.
Для решения поставленной задачи и получения технического результата магнитный сепаратор изготовлен из немагнитного пластика, имеющий цилиндрический корпус, расположенные в нем патрубки входа и выхода и кассеты. Цилиндрический корпус изготовлен замкнутым с торцов и разъемным по телу. Верхний торец оснащен съемной крышкой с кассетой для магнитного сердечника. Нижняя часть разъемного корпуса содержит патрубок входа очищаемой жидкости, патрубок входа промывочной жидкости, снабжен уплотнением и выполнен герметичным. Внутри цилиндрического корпуса установлен ферромагнитный картридж из тонких и круглых стальных стержней, закрепленных в торцевых основаниях. Наружный ряд стержней собран в виде «беличьего колеса», а внутренний ряд сформирован в виде сквозного отверстия квадратной формы для соосного размещения кассеты. В центре кассеты располагается в виде сердечника неодимовый параллелепипед квадратного сечения, стержни картриджа размещены внутри ромбовидно из условия, что векторы напряженности магнитного поля направлены по диагонали ромба и снабжены нагревательным элементом для размагничивания стержней и очистки от нефтезагрязнений ферромагнитного картриджа. В верхней части корпуса расположены патрубки выхода при очистке и при промывке. Все патрубки оснащены клапанами.
Полный список обозначений на фиг. 1- Магнитный сепаратор НМС-1: 1 - Штекер подключения ТЭН-а, 2- патрубок входа для промывки и добавления ПАВ, 3 - ТЭН, 4 - патрубок входа очищаемой жидкости, 5 -направляющая картриджа, 6 - ферромагнитный картридж, 7 - герметичный уплотнитель, 8 - нижняя часть разъемного корпуса, 9 - цилиндрический корпус, 10 - патрубок выхода во время промывки, 11 - патрубок выхода во время очистки, 12 - верхняя часть разъемного корпуса, 13 - неодимовый магнит, 14 - клапан патрубков очистки, 15 - клапан патрубков промывки.
Расположение стальных стержней в картридже является одной из конструктивных особенностей предлагаемого магнитного сепаратора. На фиг. 2 представлено изображение рабочей области в поперечном сечении и расчет магнитного поля между стержнями диаметром 1 мм в поле 0,12 Тл (расстояние между стержнями 1 мм): 1 - ферромагнитные стержни, 2 -траектории расчета магнитной индукции, 3 - вектор напряженности внешнего поля. Расчет магнитного поля в рабочей области осуществляется в трех направлениях: А - между нижним и верхним, Б - между верхним и правым, В - между правым и левым.
На Фиг. 3 представлена модель извлечения омагниченной нефтяной капли в магнитном сепараторе с продольным расположением стержней относительно потока: а - модель движения капли в магнитном поле вдоль стержней, 6 - поперечное сечение рабочей зоны магнитного сепаратора. Основные обозначения: 1 - ферромагнитные стержни, 2 - рабочая зона между стержнями, 3 - омагниченная капля эмульсии нефти.
На фиг. 4 представлено изображение и расчет магнитного поля неодимового магнитного сердечника в поперечном сечении со стороной основания 100 мм.
На фиг. 1 изображен неодимовый магнитный сепаратор. На болтах соединены основной корпус 9 и нижняя часть разъемного корпуса 8, между которыми находится герметичный уплотнитель. Цилиндрический корпус, нижняя часть разъемного корпуса и кассета 12 изготовлены из немагнитного пластика для снижения магнетитово-нефтяных отложений внутри устройства и упрощения процесса промывки. На нижней части корпуса находятся патрубок входа очищаемой жидкости 4 и патрубок входа 2 при промывке горячей водой совместно с ПАВ. В процессе первичной промывки прекращается режим очистки путем одновременного закрытия клапанов 15 на патрубке входа 4 и выхода 10. Одновременно с этим открываются клапана 14 на патрубках 2 и 11. Через патрубок 2 поступает под напором горячая вода с добавлением ПАВ. Неодимовый магнитный сердечник 13 извлекается из верхней крышки корпуса с кассетой 12, перемещая за собой омагниченную массу к верхнему патрубку и способствуя процессу промывки. После первичной промывки включается ТЭН и доводится до кипения жидкость внутри сепаратора, что способствует частичному размагничиванию картриджа и удалению нефтяных отложений. Ферромагнитный картридж 6 установлен на направляющей 5. Для снятия картриджа откручиваются болты и снимается крышка 12.
Выполнены расчеты магнитного поля для неодимового магнитного сердечника, имеющего форму прямоугольного параллелепипеда с квадратным основанием.
Пример 1. Расчет магнитного поля неодимового магнита со стороной 100 мм (фиг. 4). Индукция 0,12 Тл наблюдается на расстоянии 100 мм от поверхности магнита.
Расчет магнитного поля сердечника с квадратным основанием (фиг. 4) показывает равномерное распределение величины магнитного поля по кругу относительно центра магнита. Таким образом, внешняя часть ферромагнитного картриджа изготовлена в виде «беличьего колеса» с диаметром, который определяются из соотношения D=3a, где а - сторона квадрата в поперечном сечении неодимового магнитного сердечника, а внутренний ряд сформирован в виде сквозного отверстия квадратной формы для соосного размещения кассеты. При соблюдении этого условия индукция магнитного поля составляет не менее 0,12 Тл. Наночастицы магнетита становятся магнитно насыщенными в таком поле.
Среди рассмотренных вариантов расположения стержней было выбрано ромбовое расположение (Фиг. 2) по отношению к силовым линиям магнитного поля сердечника. При таком расположении стержней наблюдается компенсация обратных полей возле левого и правого стержней за счет полей верхнего и нижнего стержней. В рабочей зоне между стержнями с таким расположением наблюдается индукция выше 0,12 Тл и средний линейный градиент 60-70 Тл/м.
В данной конструкции удалось существенно сократить расстояние извлечения и увеличить градиент, что способствует увеличению скорости движения мицеллы нефти покрытой наночастицами магнетита. При этом продольное расположение стержней облегчает процесс промывки.
Для оценки производительности неодимовго магнитного сепаратора с продольным расположением стержней относительно потока определим следующие допущения и начальные условия. Эмульсионная капля нефти движется в ламинарном потоке между ферромагнитными стержнями толщиной т и длиной L. Расстояние между стержнями d. Скорость потока жидкости Vпот в магнитном сепараторе устанавливается из расчета скорости движения омагниченной нефтяной капли в магнитном поле Vэм. На фиг. 3 изображено расположение стержней в картридже в поперечном сечении. Фиг. 3 - а) Модель движения капли в магнитном поле, б) рабочая зона между стержнями в поперечном сечении картриджа.
Производительность магнитного сепаратора может быть оценена следующей формулой:
Рабочая площадь магнитного сепаратора диаметром D с учетом квадратного сердечника стороной и ферромагнитного картриджа:
где ϕ - коэффициент рабочей зоны магнитного картриджа. Для его определения обратимся к фиг. 3(б). Выделим ромбовидную область между стержнями толщиной m, находящихся на расстоянии d друг от друга. Коэффициент рабочей зоны отсюда:
Sromb - площадь выделенной области, Sst - площадь сечения стержня. Отсюда производительность магнитного сепаратора:
В таблице 1 приведен расчет производительности магнитного сепаратора НМС-1 (с применением различной толщины стержней в картридже) по очистке пластовой воды от эмульгированных нефтепродуктов с применением наночастиц магнетит (10 нм). Установим следующие размеры магнитного сепаратора: длина ферромагнитного стержня в картридже L=0.5 м, диаметр магнитного сепаратора в поперечном сечении D=0.3 м, неодимовый магнит со стороной Размеры частиц магнетита dch=10-9 м, размер капель эмульсии dэм=10-6 м.
Таблица 1. Расчет производительности магнитного сепаратора L=0.5 м, D=0.3 м, dch=10-9 м, dэм=10-6 м.
Claims (1)
- Неодимовый магнитный сепаратор, включающий цилиндрический корпус, изготовленный из немагнитного пластика, расположенные в нем патрубки входа и выхода и кассеты, отличающийся тем, что цилиндрический корпус изготовлен замкнутым с торцов и разъемным по телу, верхний торец оснащен съемной крышкой с кассетой для магнитного сердечника, нижняя часть разъемного корпуса содержит патрубок входа очищаемой жидкости и патрубок входа промывочной жидкости, снабжен уплотнением и выполнен герметичным, внутри основного корпуса установлен ферромагнитный картридж из тонких и круглых стальных стержней, закрепленных в торцевых основаниях, наружный ряд стержней собран в виде «беличьего колеса», а внутренний ряд сформирован в виде сквозного отверстия квадратной формы для соосного размещения кассеты, в центре кассеты располагается в виде сердечника неодимовый параллелепипед квадратного сечения, стержни картриджа размещены внутри ромбовидно из условия, что векторы напряженности магнитного поля направлены по диагонали ромба и снабжены нагревательным элементом для размагничивания стержней и очистки от нефтезагрязнений ферромагнитного картриджа, в верхней части корпуса расположены патрубки выхода при очистке и при промывке, все патрубки оснащены клапанами.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018143171A RU2752892C2 (ru) | 2018-12-05 | 2018-12-05 | Высокоградиентный неодимовый магнитный сепаратор с ферромагнитным картриджем |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018143171A RU2752892C2 (ru) | 2018-12-05 | 2018-12-05 | Высокоградиентный неодимовый магнитный сепаратор с ферромагнитным картриджем |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2018143171A RU2018143171A (ru) | 2020-06-05 |
RU2018143171A3 RU2018143171A3 (ru) | 2020-11-18 |
RU2752892C2 true RU2752892C2 (ru) | 2021-08-11 |
Family
ID=71067118
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018143171A RU2752892C2 (ru) | 2018-12-05 | 2018-12-05 | Высокоградиентный неодимовый магнитный сепаратор с ферромагнитным картриджем |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2752892C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2811852C1 (ru) * | 2023-04-03 | 2024-01-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) | Способ очистки системы охлаждения дизельных двигателей от продуктов износа и коррозии |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4026805A (en) * | 1976-03-18 | 1977-05-31 | Mapco, Inc. | Magnetic filter |
DE3316443A1 (de) * | 1983-05-05 | 1984-11-08 | Ukrainskij institut inženerov vodnogo chozjajstva, Rovno | Abscheider zur magnetscheidung von feststoffteilchen aus fluessigen medien |
RU2300421C1 (ru) * | 2005-10-24 | 2007-06-10 | Александр Васильевич Сандуляк | Магнитный сепаратор |
RU2360740C1 (ru) * | 2007-11-20 | 2009-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова" | Высокоградиентный магнитный фильтр |
RU86496U1 (ru) * | 2009-02-13 | 2009-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный университет им. А.М. Горького" | Магнитный сепаратор |
RU2016119643A (ru) * | 2016-05-20 | 2017-11-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ухтинский государственный технический университет" | Способ очистки воды от эмульгированных нефтепродуктов |
RU187327U1 (ru) * | 2018-12-26 | 2019-03-01 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Магнитный сепаратор |
-
2018
- 2018-12-05 RU RU2018143171A patent/RU2752892C2/ru active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4026805A (en) * | 1976-03-18 | 1977-05-31 | Mapco, Inc. | Magnetic filter |
DE3316443A1 (de) * | 1983-05-05 | 1984-11-08 | Ukrainskij institut inženerov vodnogo chozjajstva, Rovno | Abscheider zur magnetscheidung von feststoffteilchen aus fluessigen medien |
RU2300421C1 (ru) * | 2005-10-24 | 2007-06-10 | Александр Васильевич Сандуляк | Магнитный сепаратор |
RU2360740C1 (ru) * | 2007-11-20 | 2009-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова" | Высокоградиентный магнитный фильтр |
RU86496U1 (ru) * | 2009-02-13 | 2009-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный университет им. А.М. Горького" | Магнитный сепаратор |
RU2016119643A (ru) * | 2016-05-20 | 2017-11-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ухтинский государственный технический университет" | Способ очистки воды от эмульгированных нефтепродуктов |
RU187327U1 (ru) * | 2018-12-26 | 2019-03-01 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Магнитный сепаратор |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ЦХАДАЯ Н. Д. и др. "Обоснование параметров конструкции неодимового магнитного сепаратора для очистки пластовых вод", "Нефтяное хозяйство", N 8, 2017, с. 112-115. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2811852C1 (ru) * | 2023-04-03 | 2024-01-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) | Способ очистки системы охлаждения дизельных двигателей от продуктов износа и коррозии |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2018143171A (ru) | 2020-06-05 |
RU2018143171A3 (ru) | 2020-11-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3371790A (en) | Magnetic filter | |
US4306970A (en) | Magnetic particle separating device | |
US20010006161A1 (en) | Magnetic filter and method for purifying and treating liquids using permanent magnetic balls | |
US2800230A (en) | Magnetic separators | |
CN103826752A (zh) | 用于热力系统的磁性粒子分离器 | |
US2430157A (en) | Magnetic separator for removing finely divided magnetic material from liquids | |
WO2016007584A1 (en) | Magnetic filter systems and methods | |
JP4815147B2 (ja) | 濾過装置 | |
RU2752892C2 (ru) | Высокоградиентный неодимовый магнитный сепаратор с ферромагнитным картриджем | |
JP3325010B2 (ja) | 磁気固液分離装置 | |
KR910004446B1 (ko) | 자기분리된 입자의 세정방법 | |
RU2300421C1 (ru) | Магнитный сепаратор | |
JPH0361482B2 (ru) | ||
RU2263548C1 (ru) | Способ извлечения магнитных частиц и магнитный сепаратор для его осуществления | |
RU2360740C1 (ru) | Высокоградиентный магнитный фильтр | |
JP2007513764A5 (ru) | ||
JPS6117525B2 (ru) | ||
RU2372135C1 (ru) | Устройство для извлечения магнитных частиц из жидкой среды | |
RU2742805C2 (ru) | Способ очистки жидких наноструктурированных сред от магнитных и слабомагнитных примесей и аппарат | |
JPH01262911A (ja) | 流体中の不純物浄化装置 | |
SU1096234A1 (ru) | Устройство дл отделени ферромагнитных частиц от текучей среды | |
RU109004U1 (ru) | Высокоградиентный магнитный фильтр | |
RU2601338C1 (ru) | Высокоградиентный магнитный фильтр | |
RU2296720C1 (ru) | Магнитный инерционно-гравитационный фильтр для очистки воды | |
CN106111322A (zh) | 一种除铁装置 |