EA012104B1 - Инжекционный смеситель для множества текучих сред - Google Patents

Abstract

Инжекционный смеситель для множества текучих сред, предназначенный для инжектирования газа и/или жидкости в качестве по меньшей мере одной текучей среды, добавляемой к потоку газа и/или жидкости, протекающему по трубопроводу (1) в качестве основной текучей среды, и гомогенного перемешивания основной и добавленной в нее текучей среды, при этом указанный инжекционный смеситель образует часть этого трубопровода. Инжекционный смеситель содержит по меньшей мере один контактный элемент (2), имеющий по меньшей мере одну контактную поверхность (2а, 2b), обращенную в сторону потока основной текучей среды и предназначенную для взаимодействия с ним таким образом, что поток основной текучей среды в трубопроводе (1) ускоряется, а основная текучая среда, протекающая вблизи указанной поверхности, отклоняется и протекает вдоль этой поверхности до её края и поверх острой кромки (4а, 4b) этого края, расположенной в зоне максимального сужения и максимальной скорости потока основной и добавленной в нее текучей среды; а также по меньшей мере один инжектирующий элемент (3а, 3b), сообщающийся по текучей среде с указанной поверхностью (2а, 2b) контактного элемента (2) так, что добавляемая текучая среда инжектируется на указанную поверхность и транспортируется вдоль нее посредством основной текучей среды, с прохождением основной и добавленной в нее текучей среды поверх указанной острой кромки (4а, 4b).

Description

Настоящее изобретение относится к инжектированию, осуществляемому в текучие среды, протекающие по трубопроводу, а также к перемешиванию и доведению до требуемой кондиции текучих сред, протекающих через трубопровод. В частности, изобретение относится к инжекционному смесителю для множества текущих сред, смесителю и сборной конструкции, содержащей инжекционный смеситель для множества текущих сред, предназначенной для выполнения большого количества операций по перемешиванию, инжектированию и для доведения до требуемой кондиции. В частности, изобретение относится к обработке углеводородов и процессам, проводимым в реакторе, входящем в состав технологической схемы по производству химических продуктов тонкого органического синтеза.

Сведения о предшествующем уровне техники

Обработка текучих сред является значимой областью техники и находит применение в большинстве отраслей промышленности. Обработка текучих сред, протекающих в трубопроводе, как правило, включает разделение фаз текучих сред и отвод разделенных компонентов в определенном количестве, соответствующем их последующему использованию. Например, поток, вытекающий из углеводородной скважины, разделяют на нефть, газ и воду, при этом указанные фазы обрабатывают и очищают от включений до тех пор, пока не будут выполнены необходимые технические требования. Эта обработка, как правило, включает инжектирование текучих сред, таких как химические реагенты, растворители или текучие среды для экстрагирования, служащих для улучшения действия сепарационного и обрабатывающего оборудования.

Инжектируемые в большинстве случаев текучие среды (добавки) могут быть обобщены следующим образом:

поглотители/невозвратные растворители (жидкость для извлечения высокосернистых компонентов, например И₂8, а также ртути, меркаптанов);

ингибиторы коррозии, ингибиторы гидратообразования, ингибиторы накипеобразования, ингибиторы парафинирования;

агенты, снижающие гидравлическое сопротивление, обессоливатели, деэмульгаторы, пеногасители; вещества, предохраняющие от биологического обрастания;

флокулянты (повышающие интенсивность коалесценции дисперсной фазы); конденсат/углеводород (текучие среды для экстрагирования);

газ (флотация или смягчение снарядного режима течения);

вода (обессоливание или обработка объёма воды, извлекаемой из буровой скважины, находящейся в многофазном потоке в смеси в количестве, меньшем критической величины).

Соответствующие добавляемые текучие среды, как правило, вводятся в поток, протекающий по трубопроводу, выше по ходу его течения от места размещения технологического оборудования, например выше по потоку от сепаратора. Этим потоком может быть любая многофазная смесь газа и одной или более жидкостей, один единственный газ или комбинация газов, какая-либо жидкость или смесь удобосмешиваемых жидких компонентов или несмешивающиеся компоненты, такие как вода и жидкий углеводород. Следовательно, указанный поток может представлять собой, например, необработанную продукцию скважины, добываемую воду, химически обработанный поток нефти и воды, очищенный газовый поток, добываемую вместе с нефтью воду, содержащую включения дисперсной фазы и растворенной фазы углеводорода, поток химически обработанной воды, содержащей включения жидкого углеводорода, или воду, из которой удален газ (например, воду, прошедшую стадию удаления кислорода). Диапазон величин поверхностного натяжения, вязкости, давления и температуры может быть весьма широким, и, кроме того, существенным является использование добавочных текучих сред или добавок.

Несмотря на то что настоящее описание относится, главным образом, к обработке углеводородов, перемешивание текучих сред представляет собой важную единичную операцию также и в других отраслях обрабатывающей промышленности, например при производстве продуктов (например, получение эмульсии), фармацевтической продукции, химических реагентов (реакционный поток, который может содержать активирующие добавки или реагенты), бумаги (очистка/технологическая обработка целлюлозы), расплавов (сплавы) и при проведении других технологических процессов. Эти процессы в основном включают производство с одноразовой загрузкой, осуществляемое в больших емкостях, в которых различные текучие среды перемешивают посредством смесителей. Имеются основания считать, что проведение процесса перемешивания при протекании текучих сред в трубопроводе вместо известного перемешивания в ёмкостях является привлекательным как с точки зрения капиталовложений, эксплуатационных расходов, гибкости производства, так и по качеству полученного продукта.

Как правило, расход добавки, инжектируемой в трубопровод, крайне мал по сравнению с объемным расходом, к примеру, многофазного потока. Поэтому проблемы, возникающие при подаче добавки, связаны с обеспечением постоянного неосциллирующего расхода инжектируемой добавки, гарантированного перемешивания в осевом направлении и одновременно достижения однородного диспергирования и распределения добавки по поперечному сечению трубы в рассматриваемом многофазном потоке (за счет радиального перемешивания).

- 1 012104

Результирующее распределение размеров капель в инжектируемой диспергируемой добавке зависит от конструкции смесителя, свойств текучей среды и реализуемых расходов.

Инжекционные трубчатые элементы являются наиболее общепринятыми устройствами для инжектирования добавок, но эти трубчатые элементы не обеспечивают эффективного распределения химических реагентов в многофазном потоке. Кроме того, при наличии требований достижения неизменной скорости инжектирования ограничивается диапазон изменения расхода добавки. Форсунки обычно обеспечивают лучшее по сравнению с трубчатыми элементами распределение инжектируемой текучей среды в сплошной фазе текучей среды. Однако имеются недостатки, связанные с ограничениями по вторичному дроблению капель, узкой рабочей областью расхода добавки (узким диапазоном изменения расхода) и ограниченной механической устойчивостью в отношении возможных нежелательных воздействий. При этом постепенное увеличение размеров трубчатых элементов является сомнительным.

В случае смесителя Зульцера и подобных статических смесителях добавка инжектируется выше по потоку от смесителя. Основными элементами таких смесителей являются пластины или направляющие перегородки, установленные последовательно так, что многофазный поток многократно подвергается воздействию высоких касательных напряжений с тем, чтобы в конце концов обеспечить получение подходящей смеси инжектируемой текучей среды и непрерывно протекающей фазы текучей среды. Как правило, для такого перемешивания требуется значительный перепад давления (эквивалентный по величине затратам большого количества энергии и ограничению по выходу продукции или производительности) и использование протяженных смесительных аппаратов. Подобные статические смесители для практически реализуемых их длин, как правило, создают крайне неравномерное распределение капель инжектируемой добавки, поскольку на поверхности пластин или направляющих перегородок действию высоких сдвиговых напряжений подвергается лишь часть добавки.

Смесители с одноразовым прохождением потока, такие как дроссельные шайбы или трубки Вентури, направляют поступающий многофазный поток в зону высоких сдвиговых напряжений, действующих в пределах крайне короткого смесителя. Поскольку в этих смесителях инжектируемая текучая среда вводится предварительно выше по потоку от смесительного устройства, она увлекается движущейся массой непрерывно протекающей фазы текучей среды. В результате инжектируемая текучая среда вообще не поступает в ту часть смесителя, где касательные напряжения высокие, а именно находящуюся вблизи стенки смесителя. Для того чтобы компенсировать этот недостаток и обеспечить разрушение потока инжектируемой текучей среды (обусловленное растяжением элементов текучей среды в областях высоких сдвиговых напряжений и большим градиентом скорости текучей среды), необходимо, чтобы при прохождении через смеситель был создан высокий перепад давления.

Компания ХУсМГаП МапиГасШппд Сотрапу, Βτίδΐοΐ, РНобс ШапФ И8Л предлагает статический смеситель, который приспособлен для размещения в трубопроводе, по которому транспортируется поток текучей среды. Этот статический смеситель включает круговой выступ, проходящий радиально внутрь от внутренней поверхности трубопровода и, в свою очередь, имеющий по меньшей мере пару проходящих от выступа оппозитно расположенных щитков, отогнутых в сторону движения потока текучей среды. Указанный статический смеситель раскрыт в описании изобретения к патенту США № 5839828, на который приведена ссылка в настоящем описании. Действие этого статического смесителя создает комбинацию ламинарного и турбулентного течений (колонка 1, строки 36-39). Кроме того, через инжекционные отверстия на стороне, расположенной ниже по потоку от указанных щитков, могут быть введены химические реагенты (п.4, фиг. 10 и 7, колонка 3, строки 21-33 и 59-62). В этом устройстве химический реагент инжектируют точечно за пластинчатым элементом, а именно за щитком, и не инжектируют так, чтобы химический реагент равномерно распределялся в сплошной фазе. Следует отметить, что в описании к указанному патенту США не содержится сведений относительно наличия в конструкции смесителя какой-либо острой кромки.

Технология перемешивания и инжектирования была улучшена благодаря изобретению инжекционного смесителя С100, описанного в заявке на европейский патент ЕР 019476183. Инжекционный смеситель С100 образован из контактных элементов, выполненных в виде суживающейся трубы, через которую протекает поток газа, и инжектирующего элемента, представляющего собой отверстие для ввода жидкости, сконфигурированное для создания кольцевой пленки жидкости вокруг внутреннего периметра сужающейся трубы, при этом на конце сужающейся трубы выполнена острая кромка, и, кроме того, ниже по потоку от острой кромки расположен некоторый участок трубы. Предпочтительно участок трубы, расположенный ниже по потоку, представляет собой расширяющуюся трубу, предназначенную для восстановления некоторой части потерь давления, имеющих место при прохождении потока через сужающийся участок трубы. В указанной заявке ЕР 019476183 раскрыто, каким образом инжекционный смеситель С100 может быть использован для распределения жидкости в потоке газа, для абсорбирования выбранной газовой компоненты из газового потока путем приведения газового потока в контакт с жидкостью, включающей растворитель или реагент для выбранной газовой компоненты, для удаления примеси Н₂8 из природного газа, для избирательного извлечения Н₂8 из природного газа, предпочтительного по отношению к СО₂, для одновременного извлечения компонентов кислого газа из потока природного газа, для удаления из воды кислорода, для дегидратации природного газа.

- 2 012104

Раскрыто также, каким образом известный инжекционный смеситель используется в комбинации с существующими аппаратами колонного типа, чтобы приспособить существующие установки к изменению условий подачи материала. Кроме того, в указанной заявке описано, каким образом известный инжекционный смеситель может быть использован в качестве смесителя для повторного перемешивания фаз, содержащихся в потоке текучей среды, без инжектирования химических реагентов.

Описано также, каким образом несколько инжекционных смесителей могут быть объединены последовательно или параллельно для инжектирования нескольких жидкостей, причем так, что в каждый смеситель инжектируют один химический реагент (см. пп.15, 16, фиг. 10а и 10Ь в заявке ЕР 019476183). Инжектирование нескольких добавляемых текучих сред в один инжекционный смеситель в заявке ЕР 019476183 не рассматривается, возможно, в связи с тем, что инжектирование нескольких добавляемых текучих сред одновременно считается неэффективным. Например, инжектирование газа вместе с вязкой жидкостью полагают неэффективным, поскольку не считается, что добавляемые текучие среды хорошо смешиваются друг с другом из-за большого различия в свойствах текучих сред, таких как плотность, поверхностное натяжение и вязкость. Данное обстоятельство, наряду с реализуемым расходом и результирующим перепадом давления в инжекционном канале, возможно, может служить причиной осциллирования расходов инжектируемых потоков, по меньшей мере расхода одной из инжектируемых добавок. На основе изложенного в указанной заявке ЕР 019476183 обычный специалист в данной области техники будет принимать во внимание только инжектирование жидкости в поток газа, наличие только одного инжектируемого элемента и контактирующего элемента, выполненного только в виде сужающегося трубопровода, поскольку в заявке не представлены другие варианты выполнения и не показаны возможности улучшения технического результата.

Несмотря на преимущественные характеристики инжекционного смесителя С100, существует потребность в упрощении технологии инжектирования нескольких химических реагентов или добавок с использованием при этом одного инжекционного смесителя, снижая тем самым величину перепада давления и количество инжекционных смесителей. Существует также необходимость улучшения технического результата, достигаемого по сравнению с инжекционным смесителем С100, в отношении перемешивания добавляемой текучей среды, в особенности при инжектировании большого количества текучих сред, а также в отношении осаждения вводимой добавки на внутренней стенке трубопровода. Кроме того, существует потребность в альтернативных конструкциях инжекционного смесителя, которые могут иметь преимущества в специфических случаях применения, например при модифицировании существующего оборудования с целью улучшения достигаемого технического результата. Существует также потребность в инжекционном смесителе с установившимся не осциллирующим, минимизированным расходом инжектируемой добавки (перемешивание при осевом течении) и гомогенным рассеиванием и распределением химического реагента по фазам текучих сред (за счет перемешивания в радиальном направлении) в широком диапазоне параметров течения, в узком диапазоне размеров капель/пузырьков, низком перепаде давления и низкой степени осаждения добавки. Кроме того, смеситель должен соответствовать требованию гомогенного перемешивания текучих сред, протекающих в трубопроводе. Помимо того, существует потребность в обеспечении сборной конструкции, включающей инжекционный смеситель и дополнительное оборудование, предназначенной, в частности, для очистки полученной воды, очистки и обессоливания нефти и обеспечения необходимого расхода текучих сред.

Сущность изобретения

Вышеупомянутые проблемы решены в настоящем изобретении посредством создания инжекционного смесителя для ввода большого количества текучих сред, предназначенного для инжектирования газа и/или жидкости в качестве добавочной текучей среды к газу и/или жидкости, протекающей по трубопроводу, и гомогенного перемешивания добавляемых текучих сред и текучих сред, протекающих по трубопроводу, при этом указанный инжекционный смеситель образует участок этого трубопровода.

Инжекционный смеситель для ввода большого количества текучих сред характеризуется тем, что он содержит по меньшей мере один контактный элемент, имеющий по меньшей мере одну контактную поверхность, обращенную в сторону некоторой части потока текучей среды, протекающей в трубопроводе, отклоняющую его и формирующую сужение внутреннего поперечного сечения трубопровода таким образом, что поток текучей среды в трубопроводе ускоряется, и текучая среда, протекающая в непосредственной близости от указанной поверхности, отклоняется с изменением направление движения и протекает вдоль этой поверхности до её конца и поверх острой кромки, находящейся в точке максимального сужения и максимальной скорости потока;

по меньшей мере один инжектирующий элемент, установленный с возможностью сообщения по текучей среде с поверхностью контактного элемента, причем добавляемая текучая среда инжектируется на указанную поверхность и транспортируется посредством протекающей по трубопроводу текучей среды, проходя поверх указанной острой кромки, причем для контактного элемента, сформированного в виде сужающегося участка трубопровода, установлены по меньшей мере два инжектирующих элемента.

- 3 012104

Предпочтительно контактный элемент выполнен в виде обратного конуса, расположенного соосно оси трубопровода, поскольку это обеспечивает благоприятный технический результат, в особенности в отношении осаждения добавляемой текучей среды на внутренней поверхности трубопровода. Обратный конус, образованный контактным элементом, имеет острую кромку в основании этого конуса, т.е. в наиболее широкой части конуса. Кроме того, контактный элемент образует участок конуса, имеющего острую кромку в узком его основании, т. е. в узкой части этого конуса.

Предпочтительно контактный элемент содержит несколько конических участков, размещенных по поперечному сечению трубы, например 7 конических участков, что приводит к увеличению общей протяженности острой кромки в поперечном сечении трубопровода и тем самым создает благоприятный технический результат, в особенности для трубопроводов больших диаметров. Подобным образом, контактный элемент может содержать несколько обратных конусов или участков обратного конуса, размещенных по поперечному сечению трубопровода, например бок о бок.

Предпочтительно контактный элемент выполнен в виде одного или нескольких колец, поперечное сечение которых имеет вид сечения обратного конуса, что означает, по меньшей мере, наличие одного кольцеобразного контактного элемента, в поперечном сечении которого, проведенном вдоль радиуса, образован обратный конус с двумя отклоняющими поверхностями. Кроме того, контактный элемент может представлять собой комбинации вышеупомянутых выполнений, например один обратный конус, расположенный соосно оси трубопровода, и по меньшей мере один кольцевой элемент, поперечное сечение которого имеет вид сечения обратного конуса.

Предпочтительным является то, что предусмотрены по меньшей мере один проходной канал для потока текучей среды, сформированный вдоль внутренней стенки трубопровода и байпасирующий контактный элемент; наличие этого проходного канала обеспечивает прохождение текучей среды вдоль внутренней стенки трубопровода, что уменьшает осаждение вводимой добавки на внутренней поверхности стенки трубопровода.

Контактный элемент собран из взаимозаменяемых элементов, позволяющих приспосабливать форму контактного элемента к превалирующим условиям, причем предпочтительно приспосабливать так, что достигается гомогенное перемешивание по всему поперечному сечению трубопровода при любом подходящем режиме течения. Кроме того, контактный элемент предпочтительно включает подвеску, действующую как пружина таким образом, что повышенный расход текучей среды в трубопроводе приводит к увеличению размера отверстия для ввода добавки и расхода вводимой добавки, обеспечивая тем самым саморегулируемое количество инжектируемой добавки. Контактный элемент и инжектирующий элемент предпочтительно выполнены в виде единой конструкции.

В инжектирующем элементе выполнен канал или отверстие для равномерного инжектирования добавляемой текучей среды поверх отклоняющей поверхности контактного элемента, производимого выше по потоку от острой кромки. Предпочтительно для каждой добавляемой текучей среды предназначен один инжектирующий элемент, причем инжектирующие элементы для газов предпочтительно расположены выше по потоку от инжектирующих элементов для жидкостей. Кроме того, инжектирующие элементы предпочтительно выполнены с возможностью регулирования отверстий для инжектирования и давления для регулирования расхода добавляемой текучей среды какого-либо вида или смеси добавляемых текучих сред.

Расширяющиеся участки трубопровода или расширяющиеся элементы конструкции предпочтительно расположены ниже по ходу движения потока от контактного элемента и обеспечивают контролируемый объем турбулентности и переход к давлению и скорости движения потока, имеющим место в трубопроводе, посредством постепенного изменения поперечного сечения потока и его приближения вновь к величине, равной поперечному сечению трубопровода. Однако технический результат является благоприятным также и случае присоединения инжекционного смесителя для большого количества текучих сред непосредственно к трубопроводу или соединительному элементу, расположенному ниже по течению. Следовательно, наличие трубопровода с увеличивающимся сечением или подобного ему элемента не является обязательным, что с точки зрения изложенного в указанной заявке ЕР 019476183 является неожиданным.

Другим объектом настоящего изобретения является смеситель для гомогенного перемешивания текучих сред, протекающих по трубопроводу, при этом указанный смеситель образует некоторый участок трубопровода и характеризуется тем, что содержит по меньшей мере один контактный элемент, имеющий по меньшей мере одну поверхность, обращенную к части потока текучей среды в трубопроводе и отклоняющую его, формирующую сужение внутреннего поперечного сечения трубопровода таким образом, что поток текучей среды в трубопроводе ускоряется, и текучая среда, протекающая в непосредственной близости от указанной поверхности, отклоняется с изменением направление движения и протекает вдоль этой поверхности до её конца и поверх острой кромки, расположенной в точке максимального сужения и максимальной скорости потока;

предпочтительно по меньшей мере одну из отмеченных выше особенностей выполнения контактного элемента.

- 4 012104

Объектом настоящего изобретения является сборная конструкция, характеризующаяся тем, что она содержит инжекционный смеситель для ввода большого количества текучих сред, соответствующий данному изобретению; участок трубопровода, присоединенный одним концом к выходу инжекционного смесителя; и устройство для повторного перемешивания, соответствующее патенту США № 5971604, подсоединенное ко второму концу этого трубопровода.

Приведенная в описании фраза инжекционный смеситель, образующий участок трубопровода, означает, что инжекционный смеситель вмонтирован в трубопровод в качестве его участка или установлен, образуя начало или конец этого трубопровода, так, что в результате текучие среды, транспортируемые по трубопроводу, протекают через инжекционный смеситель.

Термин гомогенное перемешивание в данном контексте означает однородное перемешивание, предпочтительно по всему поперечному сечению трубопровода, при этом добавляемые текучие среды равномерно распределены в виде капель или пузырьков очень малых размеров, как правило, имеющих размер, измеряемый в микронах.

Термин острая кромка в данном контексте означает срывная кромка, где инжектируемые текучие среды срываются с внутренней поверхности контактного элемента, распадаясь на тонкие струйки. Эти тонкие струйки затем последовательно разрушаются с образованием небольших капель или пузырьков. Как правило, острая кромка образует острый угол. Фраза острая кромка расположена в точке максимального сужения и максимальной скорости потока подразумевает, что острая кромка находится на нижнем по ходу движения потока и наиболее суженном конце внутренней поверхности, в направлении течения вдоль внутренней поверхности, и что поперечное сечение потока текучей среды непосредственно ниже по потоку от острой кромки в некоторой степени расширяется. В результате за острой кромкой формируется застойный объем, что является существенным для создания участка интенсивной турбулентности, который считается наиболее важным фактором гомогенного перемешивания добавляемых текучих сред и текучих сред, протекающих по трубопроводу.

Неожиданной является возможность инжектирования более чем одной добавляемой текучей среды любого типа в один единственный инжекционный смеситель, выполненный с одним или более инжекционными элементами, даже в том случае, если одна добавляемая текучая среда представляет собой очень вязкую жидкость, а другой добавкой является газ. Отмеченный выше технический результат может быть также достигнут и при других формах контактных элементов, отличных от сужающегося трубопровода, что также представляется неожиданным, при этом некоторые конструктивные выполнения обеспечивают значительное улучшение технического результата, в то время как другие выполнения могут быть использованы для модификаций существующего оборудования с целью улучшения достигаемого технического результата.

В своем простейшем выполнении инжекционный смеситель для множества текучих сред, согласно изобретению, может содержать одну отклоняющую пластину или отклоняющий щиток и содержать один инжектирующий элемент с точкой инжектирования добавляемой текучей среды, находящейся на внутренней поверхности отклоняющей пластины или щитка, при этом данный вариант выполнения при многих условиях функционирования может быть предпочтительным по отношению к инжекционным смесителям, известным из уровня техники.

Контактирующий элемент наиболее предпочтительно выполнен в виде одного или большего количества обратных конусов или кольцевых элементов, поперечное сечение которых имеет вид сечения обратного конуса и которые считаются наиболее предпочтительными вариантами выполнения для достижения гомогенного перемешивания по всему сечению трубопровода, причем при самых низких расходах добавляемых текучих сред, в самой широкой области превалирующих условий течения и самых низких скоростях осаждения. Предпочтительно застойные зоны ниже по потоку от острых срывных кромок не проходят к внутренней стенке трубопровода по всему периметру окружности трубопровода, наиболее предпочтительно они вообще не распространяются до внутренней стенки трубопровода, что снижает скорость осаждения добавок на стенке. В этой связи следует отметить, что контактирующий элемент отклоняет поток в трубопроводе от внутренней стенки максимум на некоторой части периметра окружности трубопровода.

В качестве альтернативы контактный элемент выполнен в виде круговой пластины по меньшей мере с одним отверстием, или в виде кольца с вырезами, или в виде одной или более отклоняющих пластин или щитков. Контактный элемент в виде отклоняющей пластины, наряду с включенными в конструкцию инжектирующими элементами, является элементом модификаций известных смесителей, например смесителей Зульцера, выполненных по меньшей мере с одним инжектирующим элементом, размещенным по меньшей мере на одной отклоняющей пластине, или содержащих элемент для сужения проходного канала с инжектирующим элементом, размещенным на поверхности элемента сужения. Кроме того, в качестве примера можно привести модификацию известного статического смесителя Вестфола с инжектированием текучей среды на поверхность по меньшей мере одного отклоняющего щитка.

Предпочтительно для каждой добавляемой текучей среды предназначен один инжектирующий элемент, установленный на каждом контактирующем элементе, а инжектирующие элементы для газов предпочтительно размещены выше по потоку от элементов для инжектирования жидкостей, поскольку это,

- 5 012104 как оказалось, является более эффективным решением. Удобосмешиваемые добавляемые текучие среды могут быть инжектированы через один инжектирующий элемент. Добавляемые текучие среды, формирующие более стабильное пленочное течение, которыми, как правило, являются более вязкие добавки, инжектируют ближе к острой кромке по сравнению с добавляемыми текучими средами, формирующими менее стабильные тонкие струйки или пленки.

Согласно настоящему изобретению смеситель для гомогенного перемешивания текучих сред, протекающих по трубопроводу, образует некоторый участок этого трубопровода и является идентичным рассмотренному инжекционному смесителю, за исключением того, что в этом смесителе инжектирующие элементы отсутствуют.

Согласно настоящему изобретению сборная конструкция характеризуется тем, что она содержит инжекционный смеситель, соответствующий настоящему изобретению; участок трубопровода, присоединенный первым торцом к выходу инжекционного смесителя; а также смеситель для повторного перемешивания, соответствующий изобретению по патенту И8 5971604 и присоединенный ко второму торцу указанного участка трубопровода.

Перечень чертежей

Настоящее изобретение иллюстрируется чертежами, на которых представлено:

фиг. 1 - продольный разрез инжекционного смесителя для большого количества текучих сред, соответствующего настоящему изобретению, выполненного в виде кольцевого элемента, который имеет форму обратного конуса;

фиг. 2 - вид снизу смесителя по фиг. 1;

фиг. 3 - инжекционный смеситель для большого количества текучих сред, соответствующий настоящему изобретению, выполненный с контактными элементами 7, имеющими коническую форму;

фиг. 4 - инжекционный смеситель для большого количества текучих сред, соответствующий настоящему изобретению, в котором контактный элемент выполнен в виде обратного конуса;

фиг. 5 - смеситель в виде кольцевого элемента, поверхность которого имеет форму обратного конуса в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 6 - сборная конструкция со смесителем, соответствующая настоящему изобретению.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На фиг. 1 представлен продольный разрез инжекционного смесителя 7 для множества текучих сред, соответствующего настоящему изобретению. Инжекционный смеситель содержит контактный элемент (2, 2а, 2Ь), выполненный в виде кольца с поверхностью, имеющей форму обратного конуса, т.е. сечение контактного элемента, проведенное вдоль радиуса кольца, представляет собой сечение обратного конуса. Впускной трубопровод 1 направляет обрабатываемую текучую среду в смеситель. Контактный элемент 2, выполненный в виде кольца с поверхностью, имеющей форму обратного конуса, с внутренней 2Ь и внешней 2а контактными поверхностями, непрерывно ускоряет текучие среды, поступающие из трубопровода, до достижения предварительно заданных максимальной скорости и динамического давления. Диаметр выходного отверстия из контактных поверхностей определяется величиной динамического давления/увлекающим усилием, необходимым для эффективного отрыва инжектируемых текучих сред на острой кромке (4, 4а, 4Ь), находящейся на выходе. Инжектирующие элементы 3а и 3Ь используются для инжектирования добавляемых текучих сред с образованием жидкой пленки и газовых пузырьков на внутренних контактных поверхностях. Инжектирующие элементы содержат камеру или кольцевой канал, из которого инжектируемые текучие среды поступают к контактным поверхностям через непрерывный (проходящий по всей окружности контактной поверхности) канал. Диаметр и длину (глубина) этого канала, оба этих параметра предпочтительно регулируемые, вычисляют с использованием свойств жидкой и газообразной текучих сред и расходов инжектируемых жидких и газообразных добавок так, чтобы действующий перепад давления в кольцевом канале, как правило, превышал различие в гидростатическом давлении, имеющее место по периметру окружности при горизонтальном расположении смесителей. На конце контактного элемента, расположенного ниже по ходу движения потока, находятся острые кромки 4а и 4Ь, одна для каждой контактной поверхности, при этом предпочтительно острые кромки образуют угол менее чем 90°, рассчитанный таким образом, чтобы пленка с жидкостью и газовыми пузырьками ускорялась за счет её увлечения содержимым текучих сред и разрывалась на нитевидные струйки жидкости и газовых пузырьков в объеме ниже по потоку, а не ползла по стенке трубы в направлении ниже по ходу течения.

Элемент 5 с увеличивающимся сечением, выполненный в виде расширяющейся трубы, расположен ниже по потоку по отношению к контактному элементу и острой кромке и предназначен для ускорения потока до достижения нормальной скорости, соответствующей скорости текучей среды в трубопроводе. Угол наклона и длина элемента с увеличивающимся сечением являются в особенности важными для генерации турбулентности и непрерывного падения давления в инжекционном смесителе. Выходной трубопровод 6 направляет обработанную смесь текучих сред дальше. Как показано на фиг. 1 посредством иллюстрации размера и распределения капель и пузырьков в выходном трубопроводе 6, эти капли и пузырьки газа распадаются на капли и пузырьки крайне малых размеров и распределяются весьма равномерно по всему сечению трубопровода. Размер малых капель/пузырьков может составлять до нескольких

- 6 012104 микрон.

Смеситель, представленный на фиг. 1, выполнен в виде кольца, имеющего форму обратного конуса, и содержит две контактные поверхности, а именно по одной с каждой боковой стороны обратного конуса и с одним элементом для инжектирования добавки для каждой контактной поверхности. Места расположения острых кромок показаны позициями 4а и 4Ь соответственно, при этом острые кромки выполнены как кольцевые элементы с острыми кромками. Фиг. 2 иллюстрирует вид снизу инжекционного смесителя для множества текучих сред, показанного на фиг. 1, т.е. со стороны, расположенной ниже по ходу движения потока. На фиг. 2 показаны острые кромки 4а и 4Ь. Вариант выполнения смесителя, иллюстрируемый на фиг. 1 и 2, весьма привлекателен с точки зрения перемешивания и осаждения, поскольку в этом случае добавляемые инжектируемые текучие среды перемешиваются очень равномерно на протяженном участке ниже по потоку при отсутствии осаждения на внутренней поверхности стенки трубопровода.

Возможно большое количество альтернативных геометрических форм исполнения, из которых здесь иллюстрируется несколько предпочтительных вариантов.

На фиг. 3 представлен инжекционный смеситель для множества текучих сред, называемый С700, имеющий 7 контактных поверхностей, образованных участками конической поверхности. Указанный инжекционный смеситель обеспечивает большую площадь контактной поверхности и большую длину острой кромки, т.е. срывной кромки, по отношению к сечению трубопровода. Кроме того, в смесителе имеются три отверстия 10, выполненные вдоль внутренней стенки трубопровода, служащие для байпасирования текучей среды, протекающей по трубопроводу, уменьшающие осаждение добавки на внутренней стенке трубопровода. В результате достигается более высокий технический результат.

Другой вариант конструкции представлен на фиг. 4, иллюстрирующей смеситель с обратным конусом, в котором обратный конус расположен коаксиально оси трубопровода. Объем, занятый турбулентностью, находится ниже по потоку и отделен от внутренней поверхности стенки трубопровода, что обусловливает низкую скорость осаждения инжектируемой добавки.

На фиг. 5 представлен вариант конструкции инжекционного смесителя для большого количества текучих сред в соответствии с настоящим изобретением, а именно разработанный кольцевой смеситель, который представляет собой вариант выполнения кольцевого смесителя, имеющего форму обратного конуса, показанного на фиг. 1 и 2, обеспечивающий почти одинаковый технический результат. Для этого варианта отклонение потока текучей среды в трубе с его приближением к острой кромке увеличивается, что может быть выгодным.

В качестве альтернативы контактный элемент может быть выполнен в виде фланца по меньшей мере с одним отверстием, предпочтительно с отверстием, соосным потоку в трубопроводе, или в виде паза на внутренней поверхности, проходящего по периметру окружности трубопровода. При выполнении контактного элемента в виде участка с конической поверхностью инжектируемые текучие среды или добавки протекают в одном направлении с текучей средой, транспортируемой по трубопроводу. В случае контактного элемента, выполненного в виде фланца или подобным образом, инжектируемые текучие среды протекают в боковом направлении или поперек основного направления потока, проходящего по трубопроводу. При выполнении контактного элемента в виде паза инжектируемая текучая среда протекает, по меньшей мере частично, в противотоке относительно направления основного потока, проходящего по трубопроводу. Варианты выполнения контактного элемента, реализуемые, по меньшей мере с частичным, поперечным током или противотоком инжектируемых текучих сред-добавок, будут характеризоваться наличием увеличенной застойной зоны на контактной поверхности, самой ближайшей к стенке трубопровода, в которой может накапливаться утолщенная пленка, образованная инжектируемыми жидкостью и пузырьками газа, уносимая затем жидкой или газовой пробкой, или повышенным расходом потока текучей среды. Следует отметить, что на локальные граничные условия по величине давления на выходе из канала для ввода добавляемой текучей среды будет оказывать влияние ориентация канала относительно направления движения основного потока или площадь поверхности в направлении движения многофазного потока в трубопроводе. Так, при увеличении количества движения многофазного потока увеличивается эффект всасывания, обусловленный повышенным динамическим давлением, приводящий к увеличению, до некоторой степени, расхода добавляемой текучей среды. В результате достигается некоторая разновидность саморегулирования, что может быть полезным в случае флуктуации условий течения в трубопроводе. Кроме того, может быть различной степень сужения канала.

В качестве дополнительного пояснения и со ссылкой на фиг. 1, не задаваясь целью ограничиваться теорией, последовательность образования капель может быть разделена на четыре стадии, из которых на стадии А первоначально кольцевая пленка инжектируемой текучей среды подвергается воздействию ускоряющегося потока текучей среды в трубопроводе. На стадии В особая геометрия острой кромки способствует формированию непрерывного потока текучей среды из тонких нитеобразных струй инжектируемых текучих сред. На стадии С эти нитеобразные струйки инжектируемой текучей среды разрываются на небольшие капли. Разрыв струек определяется величиной критерия Вебера (число \Ус). вычисленного исходя из величины поверхностного натяжения σ между фазой текучей среды в трубопроводе и инжектируемой текучей средой, характерным размером (диаметром) 6 нитеобразной струйки, относи

- 7 012104 тельной скоростью и течения фаз и плотностью ρ непрерывно протекающей фазы (см. 1<г/ссхко\\ък|. 1980)

Разрыв соответствует числам \Уе>\Уе_к|, Для экспериментов. проведенных в аэродинамических трубах. и инжектирования капель в поток текучей среды было установлено. что величина ^е_кр составляет 8-10. На стадии Ό происходит перемешивание капель в радиальном направлении. определяемое начальным разрывом нитеобразных струек на капли и локальной турбулентностью. характеризуемой локальным числом Рейнольдса для течения в трубе.

Важно контролировать давление инжектирования и расход инжектируемой текучей среды так. чтобы добавляемые текучие среды инжектировались на внутренние контактные поверхности. а не в поток. протекающий в трубопроводе. и чтобы текучие среды. протекающие по трубопроводу. не попадали в оборудование для инжектирования.

Фиг. 6 иллюстрирует сборную конструкцию в соответствии с настоящим изобретением. В частности. данная сборная конструкция содержит инжекционный смеситель 7 для ввода множества текучих сред. выполненный согласно изобретению. установленный вместе с участком 8 трубопровода и дополнительным смесителем 9. Дополнительный смеситель выполнен в соответствии с описанием изобретения к патенту И8 5971604. Этот дополнительный смеситель. в частности. содержит корпус. встроенный в трубопровод для текучей среды так. чтобы текучая среда протекала через этот корпус. В корпусе выполнен по меньшей мер. один. а предпочтительно два или более прилегающих к нему и индивидуально приводимых в движение регулирующих элементов. установленных с уплотнением. имеющих взаимодействующие участки стенок. выполненные с проходными каналами для потока. Эти регулирующие элементы могут быть регулируемыми таким образом. чтобы все проходные каналы для потока сходились в одном месте в центральной камере или чтобы была обеспечена несоосность между выпускными каналами и выходными каналами. отводящими поток из центральной камеры. тем самым осуществляется управление протеканием сред и перемешиванием потока. Для более детального ознакомления с указанным смесителем можно обратиться к вышеупомянутому патентному документу ϋδ 5971604. Сборная конструкция. иллюстрируемая на фиг. 6. особенно полезна для обработки воды. добываемой вместе с нефтью. для снижения содержания в ней нефти.

Пример 1. Обработка добываемой из скважины воды.

Сборная конструкция согласно фиг. 6 была использована для уменьшения содержания нефти в добываемой из скважины воде. Инжекционный смеситель содержал инжектирующий элемент в виде части конуса. Дополнительный смеситель был выполнен в соответствии с п.2 формулы изобретения к патенту υδ 5971604. Были инжектированы две добавляемые текучие среды. а именно газообразный азот и флокулянт. Азот можно было частично или полностью заменить природным газом. Длина трубопровода составляла от 0.1 до 30 м. Истинные объемные расходы. представленные в общем виде. были следующими: Добываемая вода: '0^

Газообразный азот: ζ)\ν·10'²

Флокулянт: 0\ν·10'⁵

При подходящих расходах могут быть получены в одинаковой степени хорошие или лучшие характеристики относительно содержаний нефти в отделенной добываемой воде. ниже по ходу её течения. по сравнению с инжекционным устройством. состоящим из двух инжекционных смесителей С100. размещенных последовательно (при этом полученная величина перепада давления составляла 50% от реализуемого в устройстве из двух смесителей С100). или по сравнению с инжекционным устройством. инжектирующим флокулянт через трубку или форсунку выше по потоку от инжекционного смесителя С100. используемого для инжектирования газа. Перепад давления составлял от 0.02 до 2 бар в зависимости от условий течения в трубопроводе. Инжектируемый газ обеспечивал эффект флотации. Дополнительный смеситель поддерживал эффект флотации пузырьков газа и равномерное распределение флокулянта и газовых пузырьков по всему поперечному сечению трубопровода.

На некотором расстоянии ниже по потоку от оборудования со смесителем повторного перемешивания установлен. например. гидроциклон для отделения нефти от воды. который. как доказано. является эффективным устройством для отделения нефти от потока воды. содержащего пузырьки газа и объединившиеся капли нефти. Смеситель для повторного перемешивания выполнен с регулированием процесса перемешивания и может управляться так. чтобы функционирование сепарационного оборудования. размещенного ниже по ходу течения потока. было эффективным даже при некотором изменении расхода текучей среды в трубопроводе. допускаемом до тех пор. пока эти изменения расхода могут быть компенсированы регулированием процесса перемешивания в смесителе повторного перемешивания. Указанный смеситель для повторного перемешивания может быть заменен смесителем. соответствующим настоящему изобретению. или инжекционным смесителем согласно изобретению. или инжекционным смесителем С100. инжекционными смесителями без инжектирования дополнительных химических реагентов. функционирующими лишь как смесители. или в качестве альтернативы - с дополнительным инжектиро

- 8 012104 ванием вводимых добавок. Однако сборная конструкция согласно изобретению, выполненная с инжекционным смесителем и смесителем повторного перемешивания, присоединенным посредством участка трубопровода, обеспечивает такой технический результат по обработке добываемой воды, который до сих пор не был достигнут. Не имея желания ограничиваться теоретическим объяснением, можно лишь предположить, что инжекционный смеситель, выполненный с каналом для подвода газа, за которым следует канал для флокулянта, способствует изменению профиля скорости и касательного напряжения на стенке, за счет воздействия инжектируемого флокулянта. Газ моментально диспергируется в виде небольших пузырьков и локально увеличивает скорость течения многофазного потока вблизи стенки инжекционной части смесителя. В результате этого увеличивается градиент скорости и, следовательно, касательные напряжения, прикладываемые к инжектируемому флокулянту. Таким образом осуществляется гомогенное диспергирование флокулянта. Это в особенности важно, если время нахождения флокулянта в смесителе перед процессом разделения ограничено.

Пример 2. Обработка нефти.

Данный пример относится к использованию сборной конструкции, соответствующей изобретению, при реализации одного из способов обработки нефти. Известную обработку текучей среды, содержащей нефть и воду, обычно проводят в больших горизонтальных ёмкостях с тем, чтобы обеспечить гравитационное осаждение капель воды. При такой обработке систем, содержащих сырую нефть, обычно требуется применение значительных количеств деэмульгатора для эффективного отделения воды от нефти, чтобы удовлетворить технические требования к продукту, заключающиеся, в частности, в том, что объемное содержание осадка на дне резервуара (состоящего из эмульсии нефти, воды и грязи) составляет менее чем 0,5%. Деэмульгатор представляет собой поверхностно-активное соединение, которое конкурирует с природными поверхностно-активными веществами, содержащимися в нефти, с вытеснением их с поверхности раздела фаз нефть-вода. Поэтому для облегчения процесса коалесценции, а именно слияния капель друг с другом, может быть разрушена поверхностная пленка, образованная вокруг капель.

При использовании оборудования, известного из уровня техники, например инжектирующих форсунок или инжектирующих трубок, очень трудно обеспечить достижение деэмульгатором поверхности капель, которые диспергированы в непрерывном потоке нефти. Поэтому проблемой становится избыточное дозирование химического реагента, так как вместо дестабилизации эмульсии может быть образована новая эмульсия, что приводит к нарушению нормальной работы аппарата для разделения нефти и воды.

Известно, что рециркуляция добываемой с нефтью воды улучшает производительность разделительного аппарата благодаря повышению величины критического содержания воды (в пластовой жидкости) и возможной инверсии фаз в системе непрерывной добычи воды. Используя двойную функцию инжектирования в инжекционном смесителе, рециркулирующая добываемая вода и деэмульгатор могут быть инжектированы выше по потоку от аппарата для разделения продукции скважины. Когда воду вместе с деэмульгатором инжектируют и гомогенно перемешивают в непрерывно транспортируемой фазе, для создания новой площади поверхности, необходимой для слияния капель, используют смеситель для повторного перемешивания согласно патенту и8 5971604. При тщательном повторном перемешивании инжектируемого химического реагента, рециркулирующей воды и обрабатываемого многофазного потока деэмульгатор может достигать новой образованной площади поверхности капель, и в результате может начинаться процесс непосредственного и эффективного объединения капель. На практике такое эффективное перемешивание деэмульгатора и последующее слияние капель воды может уменьшить содержание воды в нефти по меньшей мере на 35% по сравнению с известными системами. В качестве альтернативы в данном процессе может быть использовано на 20% меньше деэмульгатора и, тем не менее, обеспечивается необходимое техническое условие - объемное содержание осадка на дне резервуара (состоящего из эмульсии нефти, воды и грязи), составляющее 0,5%.

Пример 3. Обессоливание.

Данный пример относится к использованию сборной конструкции, соответствующей настоящему изобретению, для обессоливания сырой нефти. Сырая нефть часто содержит воду, неорганические соли, взвешенную твердую фазу и водорастворимые металлические микроэлементы.

В качестве первой стадии процесса переработки нефти для снижения коррозии, закупоривания трубопровода, загрязнения оборудования (в результате осадкообразования) и для предотвращения отравления катализатора в обрабатывающих аппаратах эти загрязнения необходимо удалить путем обессоливания, включающего инжектирование добавки, содержащей воду, перемешивание многофазного потока и процесс разделения фаз, осуществляемый ниже по ходу течения потока.

В двух наиболее типичных способах обессоливания сырой нефти, основанных на химической и электростатической сепарации, в качестве агента экстрагирования используют горячую воду. При химическом обессоливании в сырую нефть добавляют воду и химические поверхностно-активные вещества (деэмульгаторы), нагретые так, чтобы соли и другие включения растворялись в воде или связывались водой, и затем направляют в резервуар, где они осаждаются. Электрическое обессоливание заключается в приложении высоковольтных электростатических зарядов к сосредоточению взвешенных капель воды в придонной части отстойного резервуара. Практическая реализация процесса обессоливания, кроме то

- 9 012104 го, может включать комбинацию двух указанных методов.

Известное из уровня техники оборудование для инжектирования, перемешивания, ввода воды и деэмульгатора может представлять собой комбинацию инжектирующей трубки с размещенным ниже по потоку смесителем Зульцера или дроссельным клапаном.

Использование сборной конструкции в соответствии с изобретением будет гарантировать эффективное и гомогенное распределение нагретой воды и деэмульгатора, такое, что создается оптимальная площадь поверхности для извлечения из нефти соли и её растворения в инжектируемой воде. Можно ожидать, что эффективность процесса будет улучшена как по количеству деэмульгатора, необходимого для достижения качества, соответствующего техническим условиям, так и по величине перепада давления, необходимого для проведения обессоливания, и объемной производительности данного процесса.

Пример 4. Обеспечение протекания.

Данный пример относится к использованию сборной конструкции, соответствующей изобретению, при осуществлении способа обеспечения протекания текучей среды. Обеспечение протекания текучей среды объединяет все проблемы, немаловажные для поддержания протекания нефти и газа из продуктивного пласта в приемные устройства. Потенциальные проблемы блокирования потока в трубопроводах могут быть связаны с гидратами, парафином, асфальтенами, твёрдым осадком на стенках или нефтеносным песком.

Формирование гидратов представляет собой основную проблему надежности и эксплуатации, которая может непредсказуемым образом проявляться в подводных трубопроводных линиях и оборудовании, установленном в устье скважины. Гидраты газа потенциально могут образоваться в подводных напорных трубопроводах, проходящих от нефтедобывающей скважины в том случае, если только содержание воды не уменьшено ниже самой низкой точки росы, которая может быть реализована. Типичные меры предосторожности включают изоляцию магистрального трубопровода, нагрев и/или применение ингибиторов. Известный метод предотвращения образования гидратов заключается в инжектировании в трубопровод метанола или гликоля. В этом случае линия появления образований гидратов смещается в сторону более низких температур для реализуемого уровня давления.

При использовании сборной конструкции согласно данному изобретению метанол вместе с необратимо реагирующим веществом на основе триазина инжектируют в трубопровод для одновременного удаления высококоррозийного Н₂8 и предотвращения образования гидратов. Химический реагент на основе триазина, формирующий более стабильную пленку, вводят через инжектирующий элемент инжекционного смесителя для множества текучих сред в непосредственной близости от острой кромки, в то время как метанол или гликоль вводят через инжектирующий элемент, наиболее удаленный от этой острой кромки. В результате профиль скорости потока в трубе изменяется таким образом, что касательные напряжения на поверхности по мере приближения к острой кромке увеличиваются. Как следствие, достигается более эффективная деформация нитевидных струек; эффективная генерация вторичных капель за счет разрыва струек под действием триазина по сравнению со случаем отсутствия непосредственного инжектирования метанола выше по потоку от места инжектирования триазина.

Пример 5. Результаты сравнения со смесителем С100.

Неожиданным представляется то обстоятельство, что в предпочтительных вариантах выполнения инжекционных смесителей для множества текучих сред, согласно настоящему изобретению, используется турбулентность, генерируемая острыми срывными кромками, для распределения и сохранения капель в газовой фазе и, вероятно, подобным образом в любой фазе текучей среды в трубопроводе в течение более продолжительного времени, чем при использовании смесителя С100. За счет изменения геометрии контактного элемента и срывной кромки турбулентность неожиданным образом способствует сохранению капель в газовой фазе. Новая предложенная геометрия позволяет газу обтекать острую срывную кромку и, кроме того, образовать газовую завесу между стенкой и острыми срывными кромками. Это способствует уменьшению осаждения капель по сравнению со случаем применения С100.

Нижеприведенные таблицы демонстрируют некоторые типичные параметры для трех вариантов выполнения изобретения в сравнении со смесителем С100.

Табл. 1 отображает долю общего потока жидкости (добавляемая текучая среда), протекающей вместе с газовой фазой (текучая среда в трубопроводе), на расстоянии 40 см за точкой инжектирования. Остальная часть жидкости протекает в виде жидкой пленки на стенке трубы. Как видно из этой таблицы, посредством настоящего изобретения может быть достигнуто значительное улучшение в части величины уносимой фракции в данной точке ниже по ходу течения потока.

- 10 012104

Таблица 1

Доля уносимой жидкости, содержащейся в газовой фазе, для смесителя диаметром 76 мм

Приведенная скорость жидкости, м/с (воздух при давлении 1 бар, неизменном до величины приведенной скорости газа, равной 22 м/с)

1- смеситель С100; 2-кольцевой смеситель; 3 - обратный конус

Табл. 2 отображает перепад давления, зарегистрированный при испытаниях смесителя с воздухом при давлении 1 бар и приведенной скорости 22 м/с. Данная таблица отображает также величину коэффициента С, который характеризует геометрию с аэродинамической точки зрения (т.е. характеризует аэродинамическое качество смесителя). Предпочтительно иметь величину С как можно меньшую, поскольку это представляет собой потенциальную возможность получения низкого общего перепада давления в смесительном аппарате.

Таблица 2

Перепад давления и величины коэффициента С для испытанных смесителей

- перепад давления; 2 - коэффициент О

Испытанные варианты смесителя иллюстрируются на следующих чертежах:

фиг. 3 иллюстрирует инжекционный смеситель С700, выполненный с семью конусами (контактными элементами) и тремя проходными каналами для текучей среды, выполненными по длине стенки трубопровода (отверстия 10 для байпасирования текучей среды в трубопроводе);

фиг. 4 иллюстрирует смеситель, выполненный с обратным конусом;

фиг. 5 (а также фиг. 1 и 2) отображает кольцевой смеситель, имеющий форму обратного конуса, который иногда называют также кольцевым смесителем.

Инжекционный смеситель для ввода множества текучих сред, не инжекционный смеситель и сборная конструкция, соответствующая настоящему изобретению, в принципе, могут быть использованы в любой отрасли промышленности, в которой перемешивание, инжектирование, приведение к требуемым условиям, а также обработка реагентами могут быть осуществлены в трубопроводе, по которому транспортируется текучая среда.

Claims (17)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Инжекционный смеситель для множества текучих сред, предназначенный для инжектирования газа и/или жидкости в качестве по меньшей мере одной текучей среды, добавляемой к потоку газа и/или жидкости, протекающему по трубопроводу (1) в качестве основной текучей среды, и гомогенного перемешивания основной и добавленной в нее текучей среды, при этом указанный инжекционный смеситель образует часть этого трубопровода, отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере один контактный элемент (2), имеющий по меньшей мере одну контактную поверхность (2а, 2Ь), обращенную в сторону потока основной текучей среды и предназначенную для взаимодействия с ним таким образом, что поток основной текучей среды в трубопроводе (1) ускоряется, а основная текучая среда, протекающая вблизи указанной поверхности, отклоняется и протекает вдоль этой поверхности до её края и поверх острой кромки (4а, 4Ь) этого края, расположенной в зоне максимального сужения и максимальной скорости потока основной и добавленной в нее текучей среды;

   по меньшей мере один инжектирующий элемент (3а, 3Ь), сообщающийся по текучей среде с указанной поверхностью (2а, 2Ь) контактного элемента (2) так, что добавляемая текучая среда инжектируется на указанную поверхность и транспортируется вдоль нее посредством основной текучей среды, с прохождением основной и добавленной в нее текучей среды поверх указанной острой кромки (4а, 4Ь).
2. 2. Инжекционный смеситель по п.1, отличающийся тем, что контактный элемент (2) выполнен в виде обратного конуса, расположенного коаксиально оси трубопровода.
3. 3. Инжекционный смеситель по п.1, отличающийся тем, что контактный элемент (2) содержит множество конических участков, размещенных по поперечному сечению трубопровода.
4. 4. Инжекционный смеситель по п.1, отличающийся тем, что контактный элемент (2) содержит множество обратных конусов, размещенных по поперечному сечению трубопровода.
5. 5. Инжекционный смеситель по п.1, отличающийся тем, что контактный элемент (2) выполнен в виде одного или множества колец, имеющих форму обратного конуса.
6. 6. Инжекционный смеситель по п.1, отличающийся тем, что контактный элемент (2) содержит один обратный конус, расположенный коаксиально трубопроводу, и по меньшей мере одно кольцо, имеющее форму обратного конуса.
7. 7. Инжекционный смеситель по п.1, отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере один проходной канал (10) для текучей среды, транспортируемой по трубопроводу, выполненный вдоль внутренней стенки трубопровода, и байпасирующий контактный элемент.
8. 8. Инжекционный смеситель по п.1, отличающийся тем, что инжектирующий элемент (3а, 3Ь) содержит канал или отверстие для инжектирования добавляемой текучей среды, осуществляемого равномерно по контактной поверхности контактного элемента, расположенное выше по потоку от острой кромки.
9. 9. Инжекционный смеситель по п.1, отличающийся тем, что инжектирующие элементы (3 а, 3Ь) предназначены для каждой из добавляемых инжектируемых текучих сред, которую предполагается инжектировать.
10. 10. Инжекционный смеситель по п.1, отличающийся тем, что инжектирующие элементы для газов расположены выше по потоку от инжектирующих элементов, предназначенных для ввода жидкостей.
11. 11. Инжекционный смеситель по п.8, отличающийся тем, что содержит средство для изменения проходного сечения канала или отверстия для обеспечения требуемых расхода и давления добавляемой текучей среды любого типа или смеси добавляемых текучих сред.
12. 12. Инжекционный смеситель по п.1, отличающийся тем, что контактный элемент (2) выполнен из взаимозаменяемых элементов, что позволяет приспосабливать форму контактного элемента к превалирующим рабочим условиям.
13. 13. Инжекционный смеситель по п.11, отличающийся тем, что контактный элемент (2) содержит подвеску пружинного действия, выполненную так, что повышение расхода основной текучей среды приводит к увеличению сечения канала или отверстия и повышению расхода этой добавляемой текучей среды.
14. 14. Инжекционный смеситель по п.1, отличающийся тем, что контактный элемент (2) и инжектирующий элемент (3 а, 3Ь) объединены в одной сборочной единице.
15. 15. Смеситель для гомогенного перемешивания газообразных и/или жидких текучих сред, протекающих через трубопровод, при этом указанный смеситель образует часть этого трубопровода, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере один контактный элемент (2), имеющий по меньшей мере одну контактную поверхность (2а, 2Ь), обращенную в сторону потока текучих сред, протекающих по трубопроводу, и предназначенную для взаимодействия с этим потоком таким образом, что поток текучей среды в трубопроводе ускоряется и текучая среда, протекающая вблизи указанной поверхности, отклоняется и протекает вдоль поверхности до её края и поверх острой кромки (4а, 4Ь) этого края, расположенной в точке максимального сужения и максимальной скорости потока текучей среды.

    - 12 012104
16. 16. Смеситель по п.15, отличающийся тем, что контактный элемент (2) содержит один обратный конус, расположенный коаксиально трубопроводу (1), и по меньшей мере одно кольцо, имеющее форму обратного конуса.
17. 17. Комбинированное устройство для смешивания газообразных и/или жидких текучих сред, протекающих по трубопроводу, отличающееся тем, что оно содержит инжекционный смеситель (7) для множества текучих сред по п.1 и соединенный с ним по ходу потока дополнительный смеситель (9) для повторного перемешивания этих текучих сред, образующие часть трубопровода (1).