RU2785705C2 - Method and device for injection mixing of fluids with twisted jets - Google Patents
Method and device for injection mixing of fluids with twisted jets Download PDFInfo
- Publication number
- RU2785705C2 RU2785705C2 RU2022113741A RU2022113741A RU2785705C2 RU 2785705 C2 RU2785705 C2 RU 2785705C2 RU 2022113741 A RU2022113741 A RU 2022113741A RU 2022113741 A RU2022113741 A RU 2022113741A RU 2785705 C2 RU2785705 C2 RU 2785705C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixing
- flow
- tubes
- oil
- additional component
- Prior art date
Links
- 238000002156 mixing Methods 0.000 title claims abstract description 56
- 238000002347 injection Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 239000007924 injection Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 26
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 25
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 11
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000003068 static Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000007670 refining Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 abstract 1
- -1 gaseous Substances 0.000 abstract 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 abstract 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 42
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 8
- 238000011033 desalting Methods 0.000 description 7
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 5
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 3
- 239000010779 crude oil Substances 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 3
- 210000000188 Diaphragm Anatomy 0.000 description 2
- 230000000903 blocking Effects 0.000 description 2
- 150000003841 chloride salts Chemical class 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 2
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 241000566515 Nedra Species 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive Effects 0.000 description 1
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000003638 reducing agent Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 1
- 231100000486 side effect Toxicity 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретения относятся к технологическим процессам непрерывного смешения в статических смесителях жидких, газообразных и других текучих сред в различных отраслях промышленности, и могут быть использованы на нефтедобывающих, нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях при подготовке нефти к переработке, а именно для ввода деэмульгатора и промывной воды в поток нефти и их смешения перед ступенью обессоливания, а также в других отраслях промышленности для смешивания основного потока жидкости или газа с меньшими количествами добавочных жидких или газообразных компонентов. Эффективность обессоливания нефти, характеризующаяся удельным расходом деэмульгатора и промывной воды при удовлетворительном качестве нефти, зависит от их оптимального использования, что достигается за счет устройств интенсификации их распределения в обрабатываемом потоке. Другим показателем эффективности является энергетическая составляющая процесса подготовки – давление обрабатываемого потока для преодоления гидравлических сопротивлений в технологической линии. Местные гидравлические сопротивления используются в статических смесителях для интенсивного смешивания жидкостей за счет возмущения и турбулизации потока, побочным эффектом которой является высокая дисперсность нефтяной эмульсии и увеличение ее устойчивости, что влечет за собой увеличение затрат при подготовке нефти. Поэтому достижение оптимальных параметров смешения деэмульгатора и промывной воды является ключевым фактором, влияющим на эффективность обессоливания нефти. The inventions relate to technological processes of continuous mixing in static mixers of liquid, gaseous and other fluids in various industries, and can be used at oil producing, oil refining and petrochemical enterprises in the preparation of oil for processing, namely for introducing a demulsifier and wash water into the oil flow and their mixing before the desalting stage, as well as in other industries for mixing the main liquid or gas stream with smaller amounts of additional liquid or gaseous components. The efficiency of oil desalination, which is characterized by the specific consumption of the demulsifier and washing water with a satisfactory oil quality, depends on their optimal use, which is achieved by devices for intensifying their distribution in the treated stream. Another indicator of efficiency is the energy component of the preparation process - the pressure of the processed flow to overcome the hydraulic resistance in the production line. Local hydraulic resistances are used in static mixers for intensive mixing of liquids due to flow disturbance and turbulence, a side effect of which is a high dispersion of the oil emulsion and an increase in its stability, which entails an increase in oil treatment costs. Therefore, achieving optimal mixing parameters of the demulsifier and wash water is a key factor affecting the efficiency of oil desalination.
Из уровня техники известен способ смешения в диафрагмовом смесителе (Ю.К. Молоканов «Процессы и аппараты нефтегазопереработки». - М.: Химия, 1980, 408 стр.), в котором устройство представляет собой систему перегородок (диафрагм), установленных в трубопроводе, по которому перекачивают смешиваемые жидкости. При прохождении потока жидкости через отверстия в перегородках происходит его турбулизация, приводящая к интенсивному перемешиванию перекачиваемых жидкостей.The prior art method of mixing in a diaphragm mixer (Yu.K. Molokanov "Processes and apparatus for oil and gas processing." - M.: Chemistry, 1980, 408 pages), in which the device is a system of partitions (diaphragms) installed in the pipeline, through which mixed liquids are pumped. When the liquid flow passes through the holes in the partitions, it becomes turbulent, leading to intensive mixing of the pumped liquids.
Недостатком известного способа смешения является существенное гидродинамическое сопротивление потоку, что приводит к запиранию (передавливанию) жидкости с меньшим расходом и давлением закачивания, что, в свою очередь, приводит к нарушению объемного соотношения перемешиваемых жидкостей.The disadvantage of the known method of mixing is a significant hydrodynamic resistance to flow, which leads to blocking (squeezing) of the liquid with a lower flow rate and pumping pressure, which, in turn, leads to a violation of the volume ratio of the mixed liquids.
Известен также жидкостный смеситель (патент РФ 2230882, МПК Е21В 33/13, В28С 5/02, опубл. 20.06.2006), включающий патрубки, один из которых выполнен для подмешиваемой жидкости с меньшим расходом, и трубопровод с установленной перегородкой. Патрубок для жидкости с меньшим расходом размещен соосно в трубопроводе и перфорирован по винтовой линии по всей длине с суммарной площадью отверстий перфорации, равной или большей площади сечения патрубка. Перегородка трубопровода выполнена в виде ленты, навитой на перфорированный патрубок с образованием спирального канала для основного потока жидкости и с возможностью препятствия запирания этим потоком жидкости потока жидкости с меньшим расходом в патрубке.A liquid mixer is also known (RF patent 2230882, IPC E21V 33/13,
Недостатками способа смешения с помощью известного устройства являются низкая интенсивность перемешивания жидких фаз в спиральном канале из-за высокой скорости перемещения основного потока жидкости и невозможность регулирования подачи подмешиваемой жидкости с меньшим расходом при изменении подачи основной жидкости.The disadvantages of the mixing method using the known device are the low intensity of mixing of the liquid phases in the spiral channel due to the high speed of movement of the main fluid flow and the impossibility of regulating the supply of the mixed liquid with a lower flow rate when changing the supply of the main liquid.
Также известен смеситель (см. патент РФ 126623, МПК B01F5/02, опубл. 10.04.2013), содержащий корпус с проточной камерой для основного потока жидкости и соединенный с ним канал ввода добавочной жидкости, последний выполнен в виде коаксиально установленных внешнего и внутреннего патрубков. Форсунки указанных патрубков расположены взаимно перекрывающимися с возможностью изменения площади проходного сечения. Перед форсунками по ходу движения основного потока установлена решетка, а за форсунками - диспергатор.A mixer is also known (see RF patent 126623, IPC B01F5/02, publ. 04/10/2013), containing a housing with a flow chamber for the main liquid flow and an additional liquid input channel connected to it, the latter is made in the form of coaxially mounted external and internal nozzles . The nozzles of the specified nozzles are located mutually overlapping with the possibility of changing the area of the passage section. A grate is installed in front of the nozzles in the direction of the main flow, and a dispersant is installed behind the nozzles.
Недостатком способа смешения с помощью известного устройства является неполный, частичный охват площади поперечного сечения обрабатываемого потока на этапе ввода и распределения жидкого компонента, в результате чего интенсивность перемешивания жидкостей достигается за счет гидродинамического возмущения и турбулизации потока применением решетки и диспергатора, создающие перепад давления на устройстве.The disadvantage of the mixing method using the known device is incomplete, partial coverage of the cross-sectional area of the processed flow at the stage of input and distribution of the liquid component, as a result of which the intensity of mixing of liquids is achieved due to hydrodynamic perturbation and turbulence of the flow using a grate and a dispersant, creating a pressure drop across the device.
Кроме этого, известен струеинжекционный смеситель (см. патент РФ 2643967, МПК B01F5/04, B01F5/06, опубл. 06.02.2018), содержащий корпус с проточной камерой для обрабатываемого потока жидкости и соединенный с ней патрубок ввода добавочного компонента, В устройстве дополнительно выполнены отдельные проточные каналы, расположенные в проточной камере, выполненные из равномерно распределенных по всему поперечному сечению корпуса смесителя трубок, обеспечивающих спокойный режим течения основного потока, а патрубок ввода добавочного компонента соединен с межтрубным пространством, образованным внешней поверхностью трубок и внутренней поверхностью цилиндрической части корпуса, при этом по поверхности трубок равномерно распределены вводные отверстия, диаметр, форма, количество и взаимное расположение которых определяется из условия достижения оптимальных характеристик смешения, и через которые добавочный компонент в виде свободных затопленных струй с турбулентным режимом истечения попадает из межтрубного пространства корпуса в трубное пространство, распределяясь по отдельным каналам и смешиваясь с отдельными струями обрабатываемого потока.In addition, a jet injection mixer is known (see RF patent 2643967, IPC B01F5 / 04, B01F5 / 06, publ. 02/06/2018), containing a housing with a flow chamber for the processed liquid flow and an additional component input pipe connected to it. separate flow channels are made located in the flow chamber, made of tubes evenly distributed over the entire cross section of the mixer body, providing a calm flow of the main flow, and the inlet pipe of the additional component is connected to the annular space formed by the outer surface of the tubes and the inner surface of the cylindrical part of the body, at the same time, inlet holes are uniformly distributed over the surface of the tubes, the diameter, shape, number and relative position of which is determined from the condition for achieving optimal mixing characteristics, and through which the additional component in the form of free flooded jets with a turbulent flow regime enters from the duct space of the body into the pipe space, distributing through separate channels and mixing with separate jets of the processed flow.
Недостатком способа смешения с помощью известного устройства является неполный, частичный охват площади поперечного сечения обрабатываемого потока на этапе ввода и распределения компонента из-за использования радиального направления ввода с образованием свободных прямоточных струй, о чем свидетельствует указание в формуле и описании изобретения на вид создаваемых струй – «свободных … струй», в отличие от известного как более эффективного для смешения - тангенциального направления ввода, с образованием полуограниченных закрученных струй (из источников: Ляховский Д. Н. Турбулентность в прямоточных и закрученных струях // Теория и практика сжигания газа. Л.: Недра, 1964. т. II. - с. 18-48; Гупта А. и др. Закрученные потоки: Пер. с англ. / Гупта А., Лилли Д., Сайред Н.— М.: Мир, 1987. – 588 с.).The disadvantage of the mixing method using the known device is incomplete, partial coverage of the cross-sectional area of the processed flow at the stage of input and distribution of the component due to the use of the radial direction of input with the formation of free direct-flow jets, as evidenced by the indication in the formula and description of the invention of the type of jets created - “free ... jets”, in contrast to the tangential direction of injection, known as more efficient for mixing, with the formation of semi-limited swirling jets (from sources: Lyakhovsky D.N. Turbulence in direct-flow and swirling jets // Theory and Practice of Gas Burning. L. : Nedra, 1964. v. II. - pp. 18-48; Gupta A. et al. Swirling flows: Translated from English / Gupta A., Lilly D., Saired N. - M .: Mir, 1987. - 588 p.).
Известное техническое решение и принято в качестве прототипа для заявленных изобретений.Known technical solution and accepted as a prototype for the claimed inventions.
Техническим результатом, достигаемым предлагаемыми изобретениями, является повышение эффективности обессоливания нефти, выражающееся в повышении качества подготовки нефти, сокращении затрат на термическое, химическое и электрическое воздействие вследствие снижения устойчивости нефтяной эмульсии, сокращении затрат на подачу промывной воды при обеспечении оптимального качества смешения через оптимальное распределение деэмульгатора и промывной воды по всей площади поперечного сечения обрабатываемого потока нефти не за счет высокоинтенсивного масштабного перемешивания в едином объеме, а за счет инжекционного смешения закрученными струями в отдельных смесительных каналах, равномерно распределенных по всему поперечному сечению обрабатываемого потока.The technical result achieved by the proposed inventions is to increase the efficiency of oil desalination, which is expressed in improving the quality of oil treatment, reducing the cost of thermal, chemical and electrical effects due to a decrease in the stability of the oil emulsion, reducing the cost of washing water supply while ensuring optimal mixing quality through optimal distribution of the demulsifier and wash water over the entire cross-sectional area of the processed oil flow, not due to high-intensity large-scale mixing in a single volume, but due to injection mixing with swirling jets in separate mixing channels uniformly distributed over the entire cross-section of the processed flow.
Технической задачей, стоящей перед автором, является создание эффективного способа и простого в исполнении устройства смешения текучих сред с низким гидравлическим сопротивлением, позволяющего производить оптимальный ввод - распределение деэмульгатора и промывной воды в обрабатываемой потоке нефти с целью дальнейшего обессоливания последней.The technical challenge facing the author is to create an effective method and easy-to-execute device for mixing fluids with low hydraulic resistance, which allows for optimal input - distribution of the demulsifier and wash water in the treated oil stream in order to further desalt the latter.
Задачу, положенную в основу настоящих изобретений, решают за счет организации инжектирования закрученных струй добавочного компонента в отдельные струи обрабатываемого потока при использовании инжекционного смесителя, содержащего корпус, проточная камера которого имеет смесительные каналы, выполненные из отдельных трубок, имеющих тангенциально направленные вводные отверстия, через которые закрученными струями в обрабатываемый поток попадает добавочный компонент.The problem underlying the present inventions is solved by organizing the injection of swirling jets of an additional component into separate jets of the processed stream using an injection mixer containing a body, the flow chamber of which has mixing channels made of separate tubes having tangentially directed inlet holes through which In swirling jets, an additional component enters the processed flow.
Кроме того, на внешней цилиндрической поверхности корпуса имеется патрубок для ввода добавочного компонента в межтрубное пространство.In addition, on the outer cylindrical surface of the housing there is a branch pipe for introducing an additional component into the annulus.
Кроме того, корпус герметизируется с торцов крышками, имеющими сквозные отверстия, количество и диаметр которых соответствует количеству и диаметру трубок, и имеющие кольцевые пазы для центровки, как самого корпуса, так и всех трубок, а для придания герметичности всей конструкции пазы уплотняются прокладочным материалом; крышки стягиваются шпильками, устанавливаемые в отверстия, расположенные на периферии крышек.In addition, the body is sealed from the ends with covers having through holes, the number and diameter of which corresponds to the number and diameter of the tubes, and having annular grooves for centering both the body itself and all tubes, and to make the entire structure tight, the grooves are sealed with gasket material; the covers are pulled together with pins installed in the holes located on the periphery of the covers.
Кроме того, к крышкам монтируются переходные патрубки с фланцами или под приварку для соединения с трубопроводом в виде диффузора на входе и конфузора на выходе обрабатываемого потока, что способствует дополнительному перемешиванию компонентов смеси и делает доступным сборку и разборку устройства при техническом обслуживании.In addition, adapter pipes with flanges or for welding are mounted to the covers for connection with the pipeline in the form of a diffuser at the inlet and a confuser at the outlet of the processed stream, which contributes to additional mixing of the mixture components and makes it possible to assemble and disassemble the device during maintenance.
Переход разделительной камеры к отдельным каналам с суммарной площадью поперечных сечений равной и большей площади поперечного сечения подводящего трубопровода позволяет обрабатываемый поток разбивать на отдельные мелкие потоки, тем самым обеспечивая спокойный режим течения и выравнивание скоростей во внутритрубном пространстве смесительных каналов при практически полном отсутствии перепада давления на устройстве.The transition of the separation chamber to separate channels with a total cross-sectional area equal to or greater than the cross-sectional area of the supply pipeline allows the processed flow to be divided into separate small flows, thereby ensuring a calm flow regime and equalization of velocities in the internal space of the mixing channels with the almost complete absence of pressure drop across the device .
Необходимые для технологического процесса характеристики: эффективность и интенсивность смешения, обеспечиваются за счет определенных расчетом параметров устройства: количества, диаметра, взаимного расположения трубок и вводных отверстий, формирующих струи добавочного компонента, диспергируемого в отдельных каналах обрабатываемого потока.The characteristics necessary for the technological process: the efficiency and intensity of mixing, are provided by the device parameters determined by the calculation: the number, diameter, mutual arrangement of tubes and inlet holes that form jets of the additional component dispersed in individual channels of the processed flow.
Форма вводных отверстий из предложенных вариантов, а также угол наклона их оси относительно направления потока, выбирается исходя из требуемой дисперсности добавочного компонента, определяемой эмпирически, например, микроскопическим методом. The shape of the inlet holes from the proposed options, as well as the angle of inclination of their axis relative to the flow direction, is selected based on the required dispersion of the additional component, determined empirically, for example, by a microscopic method.
Равномерное размещение трубок по всей площади поперечного сечения корпуса смесителя обеспечивает максимальный охват обрабатываемого потока, а расстояние между трубками каналов определяется из условия прохождения потока вводимого добавочного компонента без образования перепада давления.Uniform placement of the tubes over the entire cross-sectional area of the mixer body ensures maximum coverage of the processed flow, and the distance between the tubes of the channels is determined from the condition of the flow of the introduced additional component without the formation of a pressure drop.
Регулировка устройства не требуется, конструкция изначально рассчитывается на заданные технологические параметры процесса, но при необходимости изменения расхода обрабатываемого или добавочного потоков производится пересчет на новые технологические параметры геометрических размеров по нижеприведенным формулам и замена трубок с измененными характеристиками вводных отверстий (количество, диаметр, форма и расположение).Adjustment of the device is not required, the design is initially calculated for the specified technological parameters of the process, but if it is necessary to change the flow rate of the processed or additional flows, the recalculation is made for new technological parameters of the geometric dimensions according to the formulas below and the replacement of tubes with modified characteristics of the inlet holes (number, diameter, shape and location ).
Простота и компактность конструкции, не требующая дополнительной центровки и регулировки устройства, позволяет с легкостью проводить сборку – разборку, монтаж – демонтаж и техническое обслуживание смесителя.The simplicity and compactness of the design, which does not require additional alignment and adjustment of the device, makes it easy to assemble - disassemble, install - dismantle and maintain the mixer.
Совокупность конструктивных признаков заявляемого смесителя значительно снижает энергетические затраты при достижении оптимальных параметров процесса смешения деэмульгатора и воды с нефтью и, как следствие, эффективное обессоливание последней.The combination of design features of the proposed mixer significantly reduces energy costs while achieving optimal parameters for the process of mixing the demulsifier and water with oil and, as a result, the effective desalination of the latter.
Перечисленные признаки являются существенными и взаимосвязанными между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения указанного технического результата.The listed features are essential and interconnected with the formation of a stable set of essential features sufficient to obtain the specified technical result.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники показал, что оно отличается от известных аналогов, поэтому заявленные изобретения является новыми. Заявленные отличительные признаки изобретений явным образом не следуют из уровня техники, являются неочевидными для среднего специалиста в области смешения газожидкостных сред, в связи с чем, считаем, что заявленные изобретения имеют изобретательский уровень. С учетом возможности промышленного серийного изготовления смесителя и использования способа в производстве можно считать изобретения промышленно применимыми, и в итоге сделать вывод об их соответствии критериям патентоспособности.The comparative analysis of the proposed technical solution with the identified analogues of the prior art showed that it differs from the known analogues, therefore the claimed inventions are new. The claimed distinguishing features of the inventions do not explicitly follow from the prior art, are not obvious to the average specialist in the field of mixing gas-liquid media, and therefore, we believe that the claimed inventions have an inventive step. Taking into account the possibility of industrial batch production of the mixer and the use of the method in production, the inventions can be considered industrially applicable, and as a result, it can be concluded that they meet the patentability criteria.
Настоящие изобретения поясняются конкретными примерами расчета и выполнения инжекционного смесителя и применения способа инжекционного смешения текучих сред закрученными струями, который наглядно демонстрирует возможность получения указанного технического результата. Допускаются различные модификации и улучшения, не выходящие за пределы области действия изобретений, определенные прилагаемой формулой.The present inventions are illustrated by specific examples of calculation and execution of an injection mixer and application of the method of injection mixing of fluids with swirling jets, which clearly demonstrates the possibility of obtaining the specified technical result. Various modifications and improvements are allowed that do not go beyond the scope of the inventions defined by the attached claims.
Представленный вариант исполнения и использования изобретений описывается далее на основе представленных чертежей, где:The presented embodiment and use of the inventions is described below on the basis of the presented drawings, where:
- на фиг. 1 изображен общий вид смесителя;- in Fig. 1 shows a general view of the mixer;
- на фиг. 2 изображен поперечный разрез А корпуса смесителя;- in Fig. 2 shows a cross section A of the mixer body;
- на фиг. 3 изображены выносные элементы Б и В c тангенциальным вводом;- in Fig. 3 shows the remote elements B and C with a tangential input;
- на фиг. 4 изображена принципиальная схема ступени обессоливания.- in Fig. 4 shows a schematic diagram of the desalination stage.
Конструкция инжекционного смесителя сборная, состоит из цилиндрического корпуса 1, выполненного из отрезка трубы стандартного сортамента, с внешней стороны которого смонтирован патрубок 2 для ввода добавочного компонента в межтрубное пространство корпуса 3, оканчивающийся штуцером 4 с монтажной резьбой. Корпус 1 герметизирован с торцов крышками 5, которые имеют сквозные отверстия 6, количество и диаметр которых соответствует количеству и внутреннему диаметру трубок 7, выполняющих с одной стороны функцию каналов для смешения, а с другой стороны функцию устройств для инжектирования добавочного компонента под давлением. Между трубками 7 имеется пространство 3, достаточное для беспрепятственного ввода добавочного компонента, а сами трубки 7 имеют вводные отверстия 8 для формирования необходимой формы и длины струи. Количество, диаметр, форма и взаимное расположение вводных отверстий могут быть различными в зависимости от требуемых характеристик смешения (интенсивности и эффективности). Крышки 5 с внутренней стороны имеют кольцевые пазы 9 и 10 для центровки, как корпуса 1, так и отдельных трубок 7. Для придания герметичности всей конструкции пазы уплотнены кольцевыми прокладками 11 и 12, а крышки 5 стянуты шпильками 13 с гайками 14, устанавливаемые в отверстия 15, расположенные на периферийной окружности крышек 5. К крышкам 5 смонтированы переходные патрубки 16 распределительной и сборной камеры с монтажными фланцами 17 для соединения с трубопроводом.The design of the injection mixer is prefabricated, it consists of a
Обрабатываемый поток поступает в инжекционный смеситель через входной монтажный фланец 17, попадает в диффузор распределительной камеры, образованной внутренней поверхностью переходного патрубка 16 и перфорированной поверхностью наружной стороны крышки 5, распределяется по отдельным смесительным каналам, выполненным из трубок 7 с рассчитанными размерами (длина, диаметр и толщина стенки). Режим течения в трубках меняется на более спокойный, что создает условия послойного, невозмущенного течения, обеспечивающего малую скорость сдвига при смешивании обрабатываемого потока с добавочным компонентом. Добавочный компонент подается в смеситель через патрубок 2, попадает в межтрубное пространство 3 корпуса 1 и, омывая наружную поверхность трубок 7, инжектируется через вводные отверстия 8 и смешивается с обрабатываемым потоком в трубном пространстве. Отдельные потоки из смесительных каналов, образованных трубками 7 попадают в конфузор сборной камеры, образованный аналогично распределительной камере - внутренней поверхностью переходного патрубка 16 и перфорированной поверхностью наружной стороны крышки 5, где введенный добавочный компонент дополнительно перемешиваются за счет вихрей, образованных сужением конфузора, после чего готовая смесь покидает смеситель через выходной монтажный фланец 17.The treated flow enters the injection mixer through the
Количество, диаметр, толщина стенок и длина трубок 7 рассчитывают исходя из условия обеспечения суммарной площади поперечных сечений трубок равной или большей площади поперечного сечения подводящего нефтепровода без изменения скорости потока в трубках и со снижением турбулентности обрабатываемого потока и переводом его в ламинарный режим. Расстояние между трубками 7 определяется из условий равномерного охвата всей площади внутренней поверхности крышек 5 и межтрубного пространства 3, достаточного для беспрепятственного движения вводимого компонента.The number, diameter, wall thickness and length of
Количество, диаметр, форма и взаимное расположение вводных отверстий 8 в трубках 7 рассчитывают исходя из условия формирования свободных затопленных струй с турбулентным режимом, а форму и угол наклона вводных отверстий 8 относительно оси трубок 7 выбирают в зависимости от требуемой эффективности смешения, с целью обеспечения необходимой степени дисперсности смеси, определяемой эмпирически, например, с помощью микроскопического метода исследования.The number, diameter, shape and relative position of the
Давление подачи добавочного компонента создают больше давления обрабатываемого потока, при этом конкретное значение разницы давлений рассчитывают в зависимости от физических характеристик смешиваемых сред и геометрии вводных отверстий, которая определяется опытным путем.The supply pressure of the additional component is created more than the pressure of the processed stream, while the specific value of the pressure difference is calculated depending on the physical characteristics of the mixed media and the geometry of the inlet holes, which is determined empirically.
Расчет основных конструктивных размеров достаточно прост, не требует специальных программ, так как основан на геометрических и гидродинамических зависимостях при соблюдении вышеназванных условий.The calculation of the main structural dimensions is quite simple, does not require special programs, as it is based on geometric and hydrodynamic dependencies, subject to the above conditions.
В таблице 1 представлен алгоритм расчета основных параметров устройства на примере смешения пресной воды с обезвоженной нефтью на ступени обессоливания.Table 1 presents the algorithm for calculating the main parameters of the device using the example of mixing fresh water with dehydrated oil at the desalination stage.
Таблица 1 – Расчет основных параметров инжекционного смесителяTable 1 - Calculation of the main parameters of the injection mixer
Продолжение таблицы 1 - Расчет основных параметров инжекционного смесителяTable 1 continued - Calculation of the main parameters of the injection mixer
- по известным параметрам обрабатываемого потока (пп. 1.1-1.3) и размерам подводящего трубопровода (пп. 2.1, 2.2) определяются геометрические характеристики (пп. 2.3, 2.4), скорость потока и режим течения в трубопроводе (пп. 2.5-2.7);- according to the known parameters of the processed flow (clauses 1.1-1.3) and the dimensions of the supply pipeline (clauses 2.1, 2.2), the geometric characteristics (clauses 2.3, 2.4), the flow rate and the flow regime in the pipeline (clauses 2.5-2.7) are determined;
- из стандартного ряда ГОСТ 8734 - 75 выбираются диаметры и толщина трубок (пп. 3.1, 3.2) для труб в диапазоне наружных диаметров от 10 до 25 мм, после чего из них выбирается один вариант исходя из соображений целесообразности и простоты изготовления устройства, определяются геометрические характеристики трубок (пп. 3.3, 3.4), а также количество самих трубок (п. 3.5) из условия обеспечения равной проходимости сечения подводящего трубопровода и суммы сечений всех трубок устройства;- from the standard range of GOST 8734 - 75, the diameters and thickness of the tubes are selected (clauses 3.1, 3.2) for pipes in the range of outer diameters from 10 to 25 mm, after which one option is selected from them based on considerations of expediency and ease of manufacture of the device, geometric characteristics of the tubes (clauses 3.3, 3.4), as well as the number of tubes themselves (clause 3.5) from the condition of ensuring equal cross-section of the supply pipeline and the sum of the sections of all tubes of the device;
- по полученным данным рассчитывается расход обрабатываемого потока через одну трубку (п. 3.6.) и режим течения в трубке (пп. 3.7, 3.8) с учетом перевода из турбулентного в ламинарный режим.- according to the data obtained, the flow rate of the processed flow through one tube (section 3.6.) and the flow regime in the tube (sections 3.7, 3.8) are calculated taking into account the transfer from turbulent to laminar regime.
- исходя из 4-х кратного превышения всей площади крышки (п. 4.3) к площади части занятой трубками (п. 4.1), с учетом толщины корпуса (п. 4.5) и минимального расстояния между трубками и внутренней поверхностью корпуса (п. 4.10), определяется минимальный наружный диаметр цилиндрической части корпуса смесителя (п. 4.6), далее из стандартного ряда ГОСТ 8732 - 78 выбирается ближайший больший наружный диаметр корпуса (п. 4.7), находятся внутренний диаметр (п. 4.8) и площадь сечения трубопровода (п. 4.9);- based on a 4-fold excess of the entire area of the cover (clause 4.3) to the area of the part occupied by tubes (clause 4.1), taking into account the thickness of the body (clause 4.5) and the minimum distance between the tubes and the inner surface of the body (clause 4.10) , the minimum outer diameter of the cylindrical part of the mixer body is determined (clause 4.6), then the nearest larger outer diameter of the casing (clause 4.7) is selected from the standard series GOST 8732 - 78, the inner diameter (clause 4.8) and the cross-sectional area of the pipeline (clause 4.8) are found. 4.9);
- по известным геометрическим характеристикам подводящего трубопровода добавочного компонента (пп. 6.1, 6.2) и заданного расстояния между трубками (п. 4.10) определяется длина трубок и длина цилиндрической части корпуса (п. 4.12, 4.13) из условия обеспечения равной проходимости сечения подводящего трубопровода компонента и пространства, образованного расстоянием между трубками и крышками устройства;- according to the known geometric characteristics of the supply pipeline of the additional component (clauses 6.1, 6.2) and the specified distance between the tubes (clause 4.10), the length of the tubes and the length of the cylindrical part of the body (clauses 4.12, 4.13) are determined from the condition of ensuring equal cross-section of the component's supply pipeline and the space formed by the distance between the tubes and covers of the device;
- на основании размеров цилиндрической части корпуса рассчитываются и выбираются из стандартных рядов размеры всех деталей (пп. 4.14 - 4.23);- based on the dimensions of the cylindrical part of the body, the dimensions of all parts are calculated and selected from the standard series (clauses 4.14 - 4.23);
- по известным характеристикам добавочного компонента (пп. 5.1, 5.2) и параметрам трубопровода (пп. 6.1, 6.2), исходя из соображения возможности выполнения, выбирается значение диаметра вводного отверстия и определяется требуемый расход компонента через одно вводное отверстие (п. 7.3) для условия гарантированного превышения числа Рейнольдса для потока во вводном отверстии (п. 7.4) критическому значению перехода режима течения из ламинарного в турбулентный, соответствующему 10 единицам (по данным источника: Экспериментальное исследование затопленных струй при низких числах Рейнольдса / В.В. Леманов, В.И. Терехов, К.А. Шаров, А.А. Шумейко / Письма в ЖТФ, 2013, том 39, вып. 9, с. 34-40);- according to the known characteristics of the additional component (clauses 5.1, 5.2) and the parameters of the pipeline (clauses 6.1, 6.2), based on the consideration of the feasibility, the value of the diameter of the inlet is selected and the required flow rate of the component through one inlet is determined (clause 7.3) for conditions for guaranteed excess of the Reynolds number for the flow in the inlet (section 7.4) to the critical value of the transition of the flow regime from laminar to turbulent, corresponding to 10 units (according to the source: Experimental study of submerged jets at low Reynolds numbers / V.V. Lemanov, V. I. Terekhov, K. A. Sharov, A. A. Shumeiko / Letters to ZhTF, 2013, volume 39, issue 9, pp. 34-40);
- по полученным данным определяется количество отверстий (п. 7.7) и их расположение на трубке (пп. 7.9 - 7.11) с учетом равномерного их размещения на цилиндрической поверхности трубки;- according to the data obtained, the number of holes is determined (clause 7.7) and their location on the tube (clauses 7.9 - 7.11), taking into account their uniform placement on the cylindrical surface of the tube;
- по полученным значениям площади сечения вводного отверстия (п. 7.2) и требуемого через него расхода компонента (п. 7.5.) определяются скорость потока (п. 7.6) и потери давления (п. 7.8) компонента во вводном отверстии, а исходя из известного значения давления обрабатываемого потока (п. 1.3), определяется давление добавочного компонента (п. 5.4).- according to the obtained values of the cross-sectional area of the inlet (clause 7.2) and the component flow required through it (clause 7.5.), the flow rate (clause 7.6) and the pressure loss (clause 7.8) of the component in the inlet are determined, and based on the known the value of the pressure of the processed stream (clause 1.3), the pressure of the additional component is determined (clause 5.4).
Большинство деталей инжекционного смесителя стандартизировано и выпускается промышленностью, а конструкция устройства проста и доступна в изготовлении средствами ремонтно-механических служб производственных предприятий и характеризуется компактностью и простотой в эксплуатации.Most of the parts of the injection mixer are standardized and produced by the industry, and the design of the device is simple and can be manufactured by means of mechanical repair services of manufacturing enterprises and is characterized by compactness and ease of operation.
Предлагаемое техническое решение инжекционного смешивания компонентов в обрабатываемом потоке повышает эффективность ввода и распределения деэмульгатора и промывной воды в потоке сырой нефти и впоследствии значительно улучшает процесс обессоливания.The proposed technical solution for injection mixing of components in the treated stream increases the efficiency of introducing and distributing the demulsifier and wash water in the crude oil stream and subsequently significantly improves the desalting process.
Пример применения способа с использованием устройства. На фиг. 4 представлена принципиальная схема ступени обессоливания нефти, используемого для подготовки нефти на нефтепромыслах и нефтеперерабатывающих заводах. Неподготовленную сырую нефть подают на вход обессоливателя 18, где в поток сырой нефти через инжекционные смесители 19 и 20 поочередно добавляют деэмульгатор и пресную воду. Обессоленную нефть выводят с обессоливателя 18 и направляют на ступень стабилизации или концевую сепарационную установку. Минерализованная вода сбрасывается с обессоливателя 18 и выводится со ступени обессоливания, предварительно передавая тепло пресной воде в теплообменнике 21.An example of the application of the method using the device. In FIG. 4 is a schematic diagram of an oil desalting stage used to treat oil in oil fields and refineries. Unprepared crude oil is fed to the inlet of the
Для подтверждения теоретических выводов о большей эффективности тангенциального ввода, обеспечивающим закручивание струй вводимого компонента в обрабатываемом потоке, проведены натурные испытания и сравнение показателей работы ступени обессоливания нефти по представленной на фиг. 4 схеме с применением предлагаемых способа и конструкции инжекционного смесителя и технического решения по прототипу.To confirm the theoretical conclusions about the greater efficiency of the tangential injection, which ensures the swirling of the jets of the injected component in the processed stream, full-scale tests and a comparison of the performance of the oil desalination stage according to the one shown in Fig. 4 scheme using the proposed method and design of the injection mixer and technical solutions for the prototype.
По результатам испытаний определялась степень обессоливания нефти как отношение минерализации воды в обессоленной нефти к ее минерализации в исходной (сырой) нефти:According to the test results, the degree of oil desalination was determined as the ratio of water salinity in desalted oil to its mineralization in the original (crude) oil:
δс = 1 - (Мвых / Мвх), (1)δ c \ u003d 1 - (M out / M in ), (1)
где Мсвх, Мсвых – минерализация воды на входе и на выходе, мг/дм3.where Ms in , Ms out - mineralization of water at the inlet and outlet, mg / dm 3 .
Минерализация воды в сырой и обессоленной нефти определялась на основании результатов анализов проб нефти на содержание воды по ГОСТ Р54284-2010 и хлористых солей по ГОСТ 33703-2015, отобранных по ГОСТ 2517-2012 на входе и выходе первой ступени обессоливания, соответственно:The mineralization of water in crude and desalted oil was determined based on the results of analyzes of oil samples for water content in accordance with GOST R54284-2010 and chloride salts in accordance with GOST 33703-2015, selected in accordance with GOST 2517-2012 at the inlet and outlet of the first stage of desalination, respectively:
Мвх = Sвх × 100 / Wвх, (2)M in = S in × 100 / W in , (2)
Мвых = Sвых × 100 / Wвых, (3)M out \ u003d S out × 100 / W out , (3)
где Sвх, Sвых – содержание солей в нефти на входе и на выходе, мг/дм3;where S in , S out - the salt content in the oil at the inlet and outlet, mg / dm 3 ;
Wвх, Wвых – содержание воды в нефти на входе и на выходе, мг/дм3.W in , W out - the water content in oil at the inlet and outlet, mg / dm 3 .
По содержанию воды и хлористых солей в нефти до и после обессоливания, рассчитывалась минерализация капель воды, содержащейся в нефти до и после обессоливания по формулам (2) и (3), а затем и степень обессоливания по формуле (1) для предлагаемой конструкции смесителя и для прототипа. According to the content of water and chloride salts in oil before and after desalting, the mineralization of water droplets contained in oil before and after desalting was calculated using formulas (2) and (3), and then the degree of desalting was calculated using formula (1) for the proposed design of the mixer and for the prototype.
В соответствии с данными таблицы 2, использование предлагаемого смесителя, при прочих равных условиях, повышает степень обессоливания нефти на 15% в абсолютных и на 20% в относительных величинах по сравнению с прототипом, что подтверждает более высокую эффективность заявленного способа и устройства инжекционного смешения текучих сред закрученными струями.In accordance with the data of table 2, the use of the proposed mixer, ceteris paribus, increases the degree of desalting of oil by 15% in absolute and 20% in relative terms compared to the prototype, which confirms the higher efficiency of the claimed method and device for injection mixing of fluids swirling streams.
Таблица 2 - Результаты испытаний и эффективность смесителейTable 2 - Test results and efficiency of mixers
Claims (2)
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2022113741A RU2022113741A (en) | 2022-08-04 |
RU2785705C2 true RU2785705C2 (en) | 2022-12-12 |
Family
ID=
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1377190A1 (en) * | 1986-01-10 | 1988-02-28 | Центральный межведомственный институт повышения квалификации руководящих работников и специалистов строительства | Mixer |
FR2643287B1 (en) * | 1989-02-20 | 1991-05-31 | Lecoffre Yves | DEVICE FOR MIXING TWO FLUIDS IN A DUCT |
US5409672A (en) * | 1993-12-17 | 1995-04-25 | Uop | Plug flow reaction apparatus with high shear |
RU2230882C2 (en) * | 2002-08-19 | 2004-06-20 | Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина | Fluid mixer |
RU126623U1 (en) * | 2012-11-27 | 2013-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Контэкс" | LIQUID MIXER |
RU2482906C2 (en) * | 2008-08-15 | 2013-05-27 | Леонид Родионович Красильник | Hydrodynamic method of making water-fuel emulsion and hydrodynamic cavitation reactor |
RU2643967C2 (en) * | 2015-06-11 | 2018-02-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ухтинский государственный технический университет" | Method of fluid jet mixing and device for its implementation |
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1377190A1 (en) * | 1986-01-10 | 1988-02-28 | Центральный межведомственный институт повышения квалификации руководящих работников и специалистов строительства | Mixer |
FR2643287B1 (en) * | 1989-02-20 | 1991-05-31 | Lecoffre Yves | DEVICE FOR MIXING TWO FLUIDS IN A DUCT |
US5409672A (en) * | 1993-12-17 | 1995-04-25 | Uop | Plug flow reaction apparatus with high shear |
RU2230882C2 (en) * | 2002-08-19 | 2004-06-20 | Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина | Fluid mixer |
RU2482906C2 (en) * | 2008-08-15 | 2013-05-27 | Леонид Родионович Красильник | Hydrodynamic method of making water-fuel emulsion and hydrodynamic cavitation reactor |
RU126623U1 (en) * | 2012-11-27 | 2013-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Контэкс" | LIQUID MIXER |
RU2643967C2 (en) * | 2015-06-11 | 2018-02-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ухтинский государственный технический университет" | Method of fluid jet mixing and device for its implementation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6682057B2 (en) | Aerator and wastewater treatment system | |
EA012104B1 (en) | Multi fluid injection mixer | |
JP2009138943A (en) | Conduit pipe | |
CN111203123A (en) | Gas-liquid static mixer and gas-liquid mixing system | |
RU2785705C2 (en) | Method and device for injection mixing of fluids with twisted jets | |
JP2008093515A (en) | Fluid mixer and fluid-mixing device | |
RU2414283C2 (en) | Whirl flow mixer | |
US7264394B1 (en) | Static device and method of making | |
RU2643967C2 (en) | Method of fluid jet mixing and device for its implementation | |
RU2482906C2 (en) | Hydrodynamic method of making water-fuel emulsion and hydrodynamic cavitation reactor | |
EP3645150B1 (en) | Mixing assembly | |
CN210934523U (en) | Mixing device for gas-liquid two-phase flow for improving membrane flux | |
RU84256U1 (en) | HYDRODYNAMIC CAVITATION REACTOR | |
KR102039187B1 (en) | Apparatus for mixing chemicals with a liquid carrier | |
RU2473667C1 (en) | Method of desalinating gas condensates | |
RU64560U1 (en) | LIQUID MIXER | |
KR102034241B1 (en) | Fluid mixer | |
RU198301U1 (en) | Vortex Jet Mixer | |
CN219922616U (en) | Tubular mixer | |
JP4901923B2 (en) | Refinement mixing equipment | |
RU2336938C2 (en) | Mixer-dispenser | |
RU116366U1 (en) | STATIC MIXER | |
RU2790067C1 (en) | Oil preparation method and desorption column for its implementation | |
DE3631311A1 (en) | Mixing apparatus | |
RU207722U1 (en) | Device for mixing coagulum with water |