Устройство для транспортирования вязких структурированных жидкостей по трубопроводу

 

Использование: для транспортирования нефти и нефтегазожидкостных смесей, содержащих песок и другие механические примеси. Сущность: в трубопроводе установлен полый корпус переменного сечения, содержащий последовательно размещенные конфузор, цилиндрический участок и безотрывный диффузор. В корпусе соосно установлен рассекатель потока с жестко укрепленными на нем направляющими лопатками. Рассекатель выполнен в виде тела вращения с изогнутой лобовой частью, цилиндрической средней частью и выпуклой конической хвостовой частью. Лопатки установлены в виде гидродинамической конфузорной решетки из цилиндрической части рассекателя. Соотношение площади сечения свободной части корпуса и площади сечения проходной части конфузорной решетки составляет не менее 1,5-2,0. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано в различных областях техники при транспортировании вязких структурированных жидкостей, в частности нефти и нефтегазожидкостных смесей, содержащих песок и другие механические примеси, по внутрипромысловым и магистральным трубопроводам.

Известны устройства аналогичного назначения, включающие активный орган в виде размещенной в трубопроводе возле его стенок спиральной ленты, установленной с возможностью вращения вокруг оси трубопровода [1] или активный орган из ферромагнитного материала и охватывающего его кольцевого постоянного магнита [2] Известно также устройство, в котором для уменьшения выпадения осадка при транспортировании сред, содержащих мелкодисперсные частицы, используют вращающуюся изогнутую трубу, по внутреннему периметру которой на входном участке установлены направляющие лопатки [3] Указанные устройства, однако, не обеспечивают эффективную защиту внутренней поверхности достаточно длинных по протяженности трубопроводов от интенсивного абразивного износа.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для перекачки высоковязких жидкостей, в котором используют установленный в линии трубопровода полый корпус переменного сечения, включающий последовательно размещенные конфузор, цилиндрический участок и безотрывной диффузор [4] Однако, данное устройство также не обеспечивает эффективную защиту трубопроводов от интенсивного абразивного износа при транспортировке нефти и нефтегазожидкостных смесей, содержащих песок и другие механические примеси.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности защиты внутренних поверхностей трубопроводов от абразивного износа.

Эта задача решается за счет того, что в отличие от прототипа устройство дополнительно снабжено установленным соосно в корпусе рассекателем потока с жестко укрепленными на нем направляющими лопатками.

При этом рассекатель потока выполнен в виде тела вращения, передняя лобовая часть которого имеет форму вогнутого конуса, средняя часть цилиндрическую форму и хвостовая часть форму выпуклого конуса, а направляющие лопатки установлены в виде гидродинамической конфузорной решетки на средней цилиндрической части рассекателя.

Кроме того, конфузорная решетка выполнена с соотношением площадей сечений свободной части корпуса и проходной части решетки не менее 1,5-2,0.

Как известно, при транспортировании нефтегазожидкостной смеси, содержащей значительное количество песка и механических примесей, выносимых потоком из скважин в процессе добычи нефти и газа, песок и другие механические примеси, имеющие более высокую плотность, осаждаются в нижней части трубопровода.

Песок, являющийся абразивом, движущимся потоком жидкости перемещается по донной части трубопровода и разрушает его внутреннюю поверхность, вызывая, т. н. ручейковую коррозию стенок, которая, в конечном счете, приводит к разрыву трубопровода, находящегося под давлением, а следовательно, приводит к значительным потерям нефти и загрязнению поверхности почвы, водоемов и т.п. т.е. нарушению экологии окружающей среды.

При осуществлении предлагаемого изобретения создается технический результат, выражающийся в том, что в отличие от известных конструкций снабжение устройства рассекателем потока предложенной формы с направляющими лопатками, расположенными в виде гидродинамической конфузорной решетки, обеспечивает интенсивную закрутку потока и дальнобойность закрученной струи, т.е. перемещение закрученного потока в продольном направлении на максимально возможное расстояние. При этом за счет действия центробежных сил создаются условия для витания абразивных частиц в потоке с определенной окружной скоростью и перемещения их в направлении движения потока. Таким образом обеспечивается сохранение структуры потока, исключается выпадение абразивных частиц в осадок и скопление их в донной части трубопровода, особенно на участках с резким изменением направления движения, что, в свою очередь, позволяет резко снизить абразивный износ внутренней поверхности трубопровода, ручейковую коррозию и тем самым значительно повысить эффективность защиты трубопроводов от абразивного износа при транспортировке нефти и нефтегазожидкостных смесей. При этом не требуется дополнительных источников энергии, а потери напора при вышеуказанной форме рассекателя к предложенному расположению направляющих лопаток являются несущественными.

На фиг.1 представлен общий вид устройства; на фиг.2 сечение А-А на фиг. 1.

Устройство включает полый корпус переменного сечения в виде последовательно расположенных конфузоров 1, цилиндрического участка 2 и безотрывного диффузора 3. Для соединения корпуса с основным трубопроводом предназначены фланцы 4. В корпусе соосно ему установлен рассекатель потока, лобовая (передняя) часть 5 которого выполнена в виде вогнутого конуса, средняя часть 6 имеет цилиндрическую форму, а хвостовая часть 7 выполнена в виде выпуклого конуса. Таким образом, рассекатель потока представляет собой безотрывный аэродинамический профиль с лобовым сопротивлением С_х ≈ 0,1. На средней цилиндрической части 6 рассекателя потока жестко закреплены установленные в виде конфузорной решетки направляющие лопатки 8. Геометрические параметры конфузорной решетки рассчитываются по известным соотношениям, используемым при расчетах решеток турбомашин (М.Е.Дейч. Техническая газодинамика. ГЭИ. М. 1961, с.449).

Для того, чтобы обеспечить эффективную работу конфузорной решетки в трубопроводе, отношение площадей свободного сечения трубопровода S_тр и проходного сечения конфузорной решетки S_кр должно соответствовать следующему соотношению ≥ 1,5÷2,0 C целью повышения долговечности элементов устройства все поверхности, соприкасающиеся с движущимся потоком структурированной жидкости, покрываются сверхтвердыми материалами или изготавливаются из них (например, из карбида бора, карбида кремния и др.).

Устройство монтируется во внутрипромысловый или магистральный нефтегазопровод в виде вставки с помощью фланцевых соединений или устанавливается на отводном байпасе, позволяющем его быструю замену при выходе из строя внутренних его элементов.

Устройство работает следующим образом.

Оно устанавливается пеpед теми участками трубопровода, где трубопровод меняет свое направление, снижается скорость перемещения твердых абразивных частиц, содержащихся в структурированной жидкости, и наблюдается их интенсивное выпадение и скопление на дне трубопровода. Поток жидкости, проходя через сужающуюся входную часть 1, ускоряется в продольном направлении, а пройдя через конфузорную решетку закручивается. При этом твердые абразивные частицы, находясь в закрученном потоке, также закручиваясь, находятся в нем в состоянии "витания", что способствует, во-первых, сохранению на поверхности частиц обволакивающей их нефтяной пленки и, во-вторых, исключает их выпадение на дно трубопровода, снижая нагрузки на донную область трубопровода, исключая металлический контакт с поверхностью абразивных частиц. За счет значительного увеличения скоростных параметров потока, т.е. за счет увеличения динамического напора, абразивные частицы, покрытые нефтяной пленкой, уносятся потоком в направлении его движения, не касаясь поверхности трубопровода. При такой методике воздействия не возникают структурные изменения по сечению движущегося структурированного потока. С помощью предлагаемого устройства обеспечивается, во-первых, сохранность внутренней поверхности трубопровода от абразивного износа и исключаются его обрывы, а следовательно, и аварийные ситуации, нарушающие экологию окружающей среды, и, во-вторых, значительно сокращаются энергетические затраты за счет снижения потерь напора на трение, а следовательно, повышается экономическая эффективность от внедрения данного устройства по сравнению со всеми известными аналогами.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ВЯЗКИХ СТРУКТУРИРОВАННЫХ ЖИДКОСТЕЙ ПО ТРУБОПРОВОДУ, содержащее установленный в линии трубопровода полый корпус переменного сечения; включающий последовательно размещенные конфузор, цилиндрический участок и безотрывный диффузор, отличающееся тем, что оно снабжено соосно установленным в корпусе рассекателем потока с жестко укрепленными на нем направляющими лопатками, при этом рассекатель потока выполнен в виде тела вращения с вогнутой конической лобовой частью, цилиндрической средней частью и выпуклой конической хвостовой частью, а направляющие лопатки установлены в виде гидродинамической конфузорной решетки из цилиндрической части рассекателя потока.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отношение площади сечения свободной части корпуса к площади сечения проходной части конфузорной решетки составляет не менее 1,5 2,

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2