«Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса»

Повышение эффективности процессов разделения жидких фаз в струйных гидроциклонах

УДК: 62-465:539.4.001.21
DOI: 10.33285/1999-6934-2022-3(129)-27-33

Авторы:

¹ Уфимский государственный нефтяной технический университет, Октябрьский, Башкортостан, Россия

Ключевые слова: эффективность, закрученная струя, жидкая фаза, структура сформированного противотока, поток

Аннотация:

Проведение различных технологических процессов, в том числе очистки технологических и сточных вод, связано с разделением фаз. Наиболее эффективно процесс разделения фаз происходит в поле центробежных сил. Такое оборудование, как вихревые аппараты, центрифуги, гидроциклоны работает и разделяет различные смеси: жидкость–твердая фаза, жидкость–жидкость, газ–жидкость, газ–твердая фаза. Процесс разделения происходит в основном на внешнем потоке двигающейся многокомпонентной смеси. Основным фактором при разделении фаз является наличие замкнутых циркуляционных вихрей между вращающимися потоками жидкой фазы и центральным газовоздушным столбом. Решение данного вопроса предполагает выбор схемы процесса центробежного разделения в аппаратах циклонного и гидроциклонного типов. Исходные параметры вводимой струи суспензии определяют процессы формирования потоков в гидроциклоне и разделения струи. Суспензия, поступающая в корпус гидроциклона тангенциально или под некоторым углом, уже имеет сформированный профиль струи и сохраняет его по мере движения к нижнему выгрузному отверстию. Процесс разделения происходит в закрученной струе по мере ее движения в гидроциклоне, и эффективность этого процесса зависит от факторов, определяющих устойчивость струйной структуры потока. Результаты экспериментальных исследований работы гидроциклона с мелкодисперсной суспензией: предлагаемые мероприятия и полученные экспериментальные результаты по гидродинамике у закрученной струи могут применяться для эффективности процесса разделения в цилиндрических противоточных гидроциклонах; взаимодействие закрученной струи в пристенной области с жидкой фазой является определяющим; снижение или полное исключение взаимодействия закрученной струи с жидкой фазой в пристенной зоне обеспечивает резкое повышение процесса разделения фаз; шаг закрученной струи является определяющим параметром для конструирования внутренних элементов, размещаемых в гидроциклонах; конический вытеснитель определяет характер и структуру сформированного противотока в зоне около оси устройства; повышению эффективности процесса разделения способствует замена кольцевого выходного сечения на винтовую поверхность с шагом, подходящим к шагу закрученной струи.

Список литературы:

1. Трошкин О.А., Тарасова Л.А. Гидродинамическая устойчивость течения в аппаратах с закрученным движением фаз // Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2009. – № 3. – С. 3–4.
2. Khabibullin M.Ya. Theoretical grounding and controlling optimal parameters for water flooding tests in field pipelines // J. of Physics: Conference Series. – 2019. – Vol. 1333, Issue 4. – (The Int. Conf. "Information Technologies in Business and Industry", 3 – Control systems, industrial automation and manufacturing execution systems, Feb. 18–20, 2019, Novosibirsk, Russian Federation). – DOI: 10.1088/1742-6596/1333/4/042013
3. Лаптев А.Г. Модели пограничного слоя и расчет тепломассообменных процессов. – Казань: Изд-во Казанского ун-та, 2007. – 500 с.
4. Тарасова Л.А., Морозов А.В., Трошкин О.А. Процесс массопереноса в низконапорной вихревой трубе // Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2007. – № 12. – С. 10–11.
5. Лагуткин М.Г., Исаев С.В. Математическое моделирование процесса инжекции газа в вихревом эжекторе // Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2011. – № 8. – С. 3–6.
6. Khabibullin M.Ya. Managing the reliability of the tubing string in impulse non-stationary flooding // J. of Physics: Conference Series. – 2019. – Vol. 1333, Issue 5. – (The Int. Conf. "Information Technologies in Business and Industry", 4 – Robotics and Electrical Drives, Feb. 18–20, 2019, Novosibirsk, Russian Federation). – DOI: 10.1088/1742-6596/1333/5/052012
7. Khabibullin M.Ya. Development of the design of the sucker-rod pump for sandy wells // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. – 2019. – Vol. 560. – (Int. Conf. on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems 2018, Dec. 12–14, 2018, Novosibirsk, Russian Federation). – DOI: 10.1088/1757-899X/560/1/012065
8. Тарасова Л.А., Терехов М.А., Трошкин О.А. Расчет гидравлического сопротивления вихревого аппарата // Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2004. – № 2. – С. 11–12.
9. Лаптев А.Г., Башаров М.М., Фарахова А.И. Эффективность турбулентной сепарации мелкодисперсной фазы в тонкослойных отстойниках // Энергосбережение и водоподготовка. – 2011. – № 5(73). – С. 43–46.
10. Лагуткин М.Г., Исаев С.В. Расчет параметров работы вихревого эжектора // Математические методы в технике и технологиях – ММТТ-25: сб. тр. XXV Международной науч. конф., Волгоград, 29–31 мая 2012 г.: в 10 т. – Саратов: Саратовский гос. техн. ун-т им. Ю.А. Гагарина, 2012. – Т. 8, секция 12. – С. 29–30.
11. Аделыпин А.Б., Селюгин A.С. Результаты промышленных испытаний блочной автоматизированной гидроциклонной станции очистки нефтепромысловых сточных вод // Нефтепромысловое дело и транспорт нефти. – 1985. – № 12. – С. 36–38.
12. Хабибуллин М.Я. Совершенствование оборудования и технологии избирательной кислотной обработки скважин // Нефтегазовое дело. – 2020. – Т. 18, № 5. – С. 114–121. – DOI: 10.17122/ngdelo-2020-5-114-121
13. Фафурин В.А. Оценка кинематической структуры течения в гидроциклоне // Изв. вузов. Сер.: Химия и химическая технология. – 2003. – Т. 46, № 3. – С. 153–158.
14. Лагуткин М.Г., Баранов Д.А. Оценка действия силы Кориолиса в аппаратах с закрученным потоком // Теоретические основы химической технологии. – 2004. – Т. 38, № 1. – С. 9–13.
15. Бауман А.В. Применение экспериментально-аналитического метода математического моделирования при разработке схемы классификации гидроксида алюминия гидроциклонами // Вестн. Павлодарского гос. ун-та. – 2004. – № 1. – С. 182–191.
16. Хабибуллин М.Я. Систематизированный подход к методам закачки воды в нагнетательные скважины // Нефтегазовое дело. – 2019. – Т. 17, № 3. – С. 80–86. – DOI: 10.17122/ngdelo-2019-3-80-86
17. Лаптев А.Г., Башаров М.М., Фарахова А.И. Явления турбулентного переноса тонкодисперсных частиц в жидкой фазе динамических сепараторов // Политемат. сетевой электрон. науч. журн. Кубанского гос. аграрного ун-та. – 2011. – № 68. – С. 147–177. – URL: http://www.ej.kubagro.ru/2011/04/pdf/43.pdf
18. Расчет разделяющей способности цилиндроконического гидроциклона на основе детерминированного подхода / М.Г. Лагуткин, Д.А. Баранов, С.Ю. Булычев, Е.Ю. Баранова // Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2004. – № 5. – С. 3–6.
19. Чесноков Ю.Г., Бауман A.B., Флисюк O.M. Расчет поля скоростей жидкости в гидроциклоне // Журнал прикладной химии. – 2006. – Т. 79, № 5. – С. 783–786.
20. Бауман А.В., Янин С.В. Влияние реологических свойств суспензии на параметры классификации в гидроциклоне // Алюминий Сибири – 2003: сб. науч. ст. – Красноярск, 2003. – С. 339–342.
21. Хабибуллин М.Я. Увеличение эффективности разделения жидких систем при сборе пластовой жидкости // Нефтегазовое дело. – 2020. – Т. 18, № 2. – С. 64–71. – DOI: 10.17122/ngdelo-2020-2-64-71
22. Хабибуллин М.Я. Совершенствование процесса солянокислотной обработки скважин применением новейших технологий и оборудования // Изв. Томского политехн. ун-та. Инжиниринг георесурсов. – 2020. – Т. 331, № 10. – С. 128–134. – DOI: 10.18799/24131830/2020/10/2861
23. Бауман А.В., Чесноков Ю.Г. Методика технологического расчета процесса гидроциклонирования суспензии гидроксида алюминия // Алюминий Сибири – 2005: сб. науч. ст. – 2005. – С. 205–211.
24. Прокопов И.В. Российская алюминиевая промышленность и некоторые современные тенденции развития мирового рынка алюминия // Алюминий Сибири – 2004: сб. науч. ст. – 2004. – С. 4–16.
25. Гилаев Ген.Г., Хабибуллин М.Я., Гилаев Г.Г. Перспективы применения кислотного геля для закачки проппанта в процессе проведения гидроразрыва карбонатных пластов на территории Самарской области // Нефт. хоз-во. – 2020. – № 8. – С. 54–57. – DOI: 10.24887/0028-2448-2020-8-54-57
26. Yang X., Long X., Yao X. Numerical investigation on the mixing process in a steam ejector with different nozzle structures // Int. J. of Thermal Sciences. – 2012. – Vol. 56. – P. 95–106. – DOI: 10.1016/j.ijthermalsci.2012.01.021
27. Спиридонов Е.К., Битюцких С.Ю. О работе жидкостного эжектора при малых коэффициентах эжекции // Изв. Самарского науч. центра РАН. – 2014. – Т. 16, № 1-2. – С. 538–542.
28. Хабибуллин М.Я. Повышение долговечности и надежности работы центробежных сепараторов путем применения новых материалов // Нефтегазовое дело. – 2020. – Т. 18, № 3. – С. 107–112. – DOI: 10.17122/ngdelo-2020-3-107-112
29. Лагуткин М.Г., Михальченкова А.Н., Бутрин М.М. Влияние конструктивных и режимных параметров работы вихревого аппарата на величину коэффициента эжекции // Энергосбережение и водоподготовка. – 2015. – № 3(95). – С. 55–59.
30. Ламскова М.И., Новиков А.Е. Комплексная механическая водоочистка в гидроциклонах для систем капельного полива // Экологомелиоративные аспекты рационального природопользования: материалы междунар. науч.-практ. конф., Волгоград, 31 янв. – 3 февр. – Волгоград: Волгоградский гос. аграрный ун-т, 2017. – Т. 2. – С. 257–263.