Аппараты для магнитной обработки водонефтяных эмульсий типа УМП

3. Аппараты для магнитной обработки водонефтяных эмульсий типа УМП

Электромагнитные установки УМП (ТУ 39-80400-007-99) разработаны авторами при участии А.Б. Лаптева, В.И. Максимочкина, В.С. Кузнецова для обработки водонефтяных эмульсий и вод системы ППД. Разработано три типа установок, отличающиеся конструкцией индуктора и блоком управления.

Установка УМП-108-014 разработана по заданию ОАО "Белкамнефть" для обработки водонефтяной эмульсии Вятской площади Арланского месторождения. Включает индуктор, соединенный кабелем с блоком управления (рис. 1).

а)

б)

                                          Рис.  1- Электромагнитная установка УМП-108-014:

           а) блок управления; б) индуктор установки

Индуктор состоит из магнитопровода, изготовленного из трансформаторного железа, между полюсами которого помещена труба из нержавеющей стали. Внутри трубы размещена вставка из трансформаторного железа- магнитный сердечник. Для возбуждения магнитного поля на полюса надеты катушки из провода диаметром 1,2 мм по 400 витков.

Блок управления состоит из генератора гармонических колебаний с фиксированными частотами, усилителя мощности и батареи конденсаторов (рис. 2).

Технические характеристики УМП-108-014:

1. Установка позволяет создавать магнитное поле на 10 фиксированных частотах: 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 и 100 Гц.

2. Индуктор обеспечивает создание магнитного поля в зазоре шириной не более 110 мм.

3. Максимальное значение индукции магнитного поля в зазоре электромагнита при внутреннем сердечнике представлены в табл. 3.

4. Постоянная установки по току возбуждения: 2 мТл/мкА.

5. Погрешность частоты не превышает 1 Гц.

Рис. 2 - Схема установки УМП-108-014

Таблица 3

Максимальное значение индукции магнитного поля

Частота, Гц	Максимальное значение индукции, Тл
10	0,14
20	0,13
30	0,12
40	0,11
50	0,10
60	0,09
70	0,08
80	0,07
90	0,06
100	0,05

6. Максимальное значение напряжения на выходе усилителя мощности 50 В, максимально допустимый ток 7 А кратковременно.

7. Питание: 220 В, 50 Гц.

8. Температура окружающего воздуха: для блока управления -

-10 - +20 ⁰С; для индуктора -  -50 - +50 ⁰С.

Схемотехнически установка УМП-108-014 выполнена с использованием блочной архитектуры (рис. 3).

Блоки выполнены в виде отдельных плат и соединены между собой двенадцатижильным кабелем с разъемами.

Блок питания

генератор

усилитель

          Рис. 3- Электрическая схема установки УМП-108-014

Блок питания выполнен по трансформаторной схеме с общей точкой и вырабатывает три значения двухполярных напряжений: 12вольт стабилизированное, применяемое для питания задающего генератора; 50 и 60 вольт нестабилизированное, применяемые для питания оконечного усилителя мощности. Все три цепи питания гальванически развязаны как с питающей сетью, так и друг с другом.

Задающий генератор выполнен в виде прямого тонового генератора с дискретно регулируемой RC-цепочкой в цепи положительной обратной связи.

Для предотвращения возможного срыва генерации в цепи отрицательной обратной связи установлен управляемый значением выходного напряжения источник тока.

Блок оконечного усилителя выполнен по линейной бестрансформаторной схеме. Для увеличения выходной мощности и к.п.д. оконечного каскада,последний выполнен на полевых транзисторах высокой мощности по двухтактной двухступенчатой схеме класса А. Так как к данному блоку предъявляются не слишком высокие требования в области внесения искажений (коэффициент гармоник допустим в пределах 3-5 %), то коррекция в цепи отрицательной обратной связи ограничена введением местных ООС на каждом каскаде усиления.

Установка УМП-159-006 состоит из блока управления и соединяемого с ним внешнего индуктора с сердечником, врезаемого в трубопровод. Поток жидкости обрабатывается переменным магнитным полем, направленным поперек потока. Форма изменения напряженности магнитного поля- синусоида. Индуктор соединяется с блоком управления двухжильным кабелем (рис. 4). Индуктор состоит из магнитопровода, изготовленного из трансформаторного железа, между полюсами которого помещается труба из стеклопластика (рис. 5).

а)

б)

Рис. 4- Электромагнитная установка УМП-159:

а) блок управления; б) индуктор установки

1- сердечник (внутренняя часть магнитопровода), 2- труба из немагнитного материала,

3 - обмотка, 4 - торцевая часть магнитопровода, 5 - внешняя часть магнитопровода.

Рис. 5 - Конструктивные элементы индуктора:

Внутри трубы помещается сердечник из трансформаторного железа. Возбуждение магнитного поля в контуре производиться обмоткой из медного провода диаметром 0,6 мм в 1200 витков. Блок управления состоит из генератора гармонических колебаний с фиксированными частотами, усилителя мощности и батареи конденсаторов, которая последовательно соединяется с индуктором (блок-схема установки УМП-159-006 на рис. 6).

1 - генератор, 2 - усилитель мощности, 3 - батарея конденсаторов, 4 - индуктор,

5- амперметр.

Рис. 6 -  Блок-схема установки УМП-159-006:

Технические характеристики УМП-159-006:

1. Установка позволяет создавать магнитные поля дискретно на частотах 11, 15, 19, 23,27, 31 Гц.

2. Индуктор обеспечивает создание магнитного поля в кольцевом зазоре размером 35 мм между внутренним и внешним магнитопроводами.

3. Постоянная установки по току возбуждения: 26 мТл/А.

4. Погрешность частоты не превышает 0,5 Гц.

5. Максимальное значение напряжения на выходе усилителя мощности 65 В, максимально допустимый ток 6 А кратковременно.

6. Питание: 220 В, 50 Гц.

7. Температура окружающего воздуха для блока управления и индуктора - -10 - +30 ¦С.

Установка УМП-325-005 состоит из блока управления, расположенного в металлическом корпусе с замком и соединяемого с ним внешнего индуктора с сердечником, врезаемого в трубопровод. Поток жидкости обрабатывается переменным магнитным полем с импульсным изменением напряженности, направленным поперек потока. Индуктор соединяется с блоком управления кабелем (рис. 7).

а)

б)

Рисунок 7- Электромагнитная установка УМП-325-005:

а) блок управления; б) индуктор установки

Индуктор (схема конструкции представлена на рис. (8) состоит из центрального магнитопровода 1, на который навита обмотка 2, боковых магнитопроводов 3 и магнитопровода 4, примыкающего к внутренней стенке трубы 5.

Рис. 8- Схема конструкции индуктора магнитной установки УМП

Технические характеристики установки УМП-325-005:

Диаметр проходного канала, мм	100
Площадь перекрываемого сечения, мм2	7850
Величина магнитной индукции, Тл	0,1
Частота изменения переменного магнитного поля, Гц	10 - 100
Дискретность регулировки частоты магнитного поля, Гц	10
Максимальная мощность установки, кВт	0,3
Максимальная температура перекачиваемой жидкости, оС	100
Максимальное давление перекачиваемой жидкости, МПа	до 6,4
Тип присоединения к трубопроводу	Фланцевое по ГОСТ 12821-80

Электромагнит индуктора расположен непосредственно в потоке обрабатываемой жидкости, и может создавать незначительные гидравлические сопротивления.

Блок управления установки предназначен для эксплуатации в закрытых помещениях с температурой от -20 до +50⁰С. (при температуре окружающего воздуха ниже-10⁰С необходимо закрыть вентиляционные отверстия металлического корпуса установки). Индуктор устанавливается на открытом воздухе (допускается заглубление) при температурах от-50 до +50⁰С. (при условии, что перекачиваемая жидкость имеет температуру 10..80⁰С). Так как индуктор имеет значительную массу, запрещается его установка в подвешенном состоянии. Токоввод на индукторе должен находиться в вертикальном положении. Токоввод залит для герметизации полимерной композицией.

При установке индуктор подключается высоковольтным бронированным кабелем РПШ-2х2,5 длиной до 100 метров к блоку управления при отключенном питании установки. Сечение каждой жилы кабеля определяется по табл. 4.

Таблица 4

Зависимость сечения кабеля от расстояния индукторvблок управления

Расстояние от индуктора до блока управления, метров	Сечение каждой жилы кабеля, мм2
1-10	3
10-25	4
25-50	6
50-100	8

Установка питается от трехфазной четырехпроводной электрической сети (подключается идущим в комплекте кабелем РПШ-4х2,5). Хотя работоспособность сохраняется и при питании от однофазной сети, подобный режим работы ведет к перегреву цепей гальванической развязки и выходу установки из строя.

Техническая характеристика индуктора

Индуктор электромагнитной установки с изменяемыми параметрами должен соответствовать следующим требованиям:

1 Основные параметры и размеры

1.1 Тип- электромагнитный;

1.2 Исполнение взрывозащиты 2ExsIIaT4 по ГОСТ 12.1.020-76;

1) уровень защиты - 2 (электрооборудование повышенной надежности против взрыва);

2) вид исполнения защиты "m" (заливка компаундом);

3) категория смеси "IIa" (БЭМЗ>0,9мм);

4) группа смеси "Т3" (температура самовоспламенения 200-300⁰С);

1.3 Область применения - обработка потоков жидкостей.

1.4 Место установки - трубопроводы систем нефтесбора и поддержания пластового давления.

1.5 Максимальное давление перекачиваемой жидкости в трубопроводе, МПа- 1,6;

1.6 Скорость движения перекачиваемой жидкости до 1,1 м/с,

1.7 Плотность перекачиваемой жидкости до 970 кг/м³.

1.8 Вид климатического исполнения -Хл по ГОСТ15150-69.

1.9 Температура перекачиваемой жидкости - до 20 10 ^оС;

1.10 рН перекачиваемой жидкости- 4,0 - 9,5;

1.11 Присоединение - фланцевое;

1.12 Ориентировочные размеры в соответствии с рис. 8.

1.13 Величина магнитной индукции - максимальное - 0,1 Т;

                     - минимальное - 0,001 Т ;

1.14 Частота переменного магнитного поля - от 10 до 50 Гц;

1.15 Форма изменения напряженности магнитного поля- импульсная, затухающая.

1.16 Максимальная мощность установки- 2100 Вт;

1.17 Напряжение питания установки - 220 В 10 % (38010 %)

1.18 Частота тока питания установки - 50 Гц 10 %;

1.19 Число витков намагничивающей катушки- 200.

1.20 Сечение медного провода- мин. 12 мм².

1.21 Пиковое значение тока- 37 А.

1.22 Среднее значение тока  - 2 А

4. Сравнительный анализ электромагнитных установок УМП

Разработаные электромагнитные установки УМП (ТУ 39-80400-008-99), которые отличаются различным исполнением индуктора и управляющей станции. Рассмотрим задачу анализа установок УМП по их техническим характеристикам и параметрам с использованием теории нечетких множеств. Основные технические характеристики, параметры трудоемкости и металлоемкости изготовления установок представлены в табл. 5. и 6.

Таблица 5.

Технические характеристики и параметры установок УМП

Марка УМП Параметры установок УМП	УМП-108	УМП-159	УМП-325
1 Условный диаметр трубы, мм	108	159	325
2 Перекрытие проходного сечения, %	50	10	10
3 Давление перекачиваемой жидкости, МПа	6,4	1,0	1,0
4 Длина индуктора, мм	700	1200	1400
5 Масса индуктора, кг	40	60	900
6 Регулируемая величина магнитной индукции, Т	0-0,13	0-0,10	0-0,06
7 Изменение режимов	Дискрет.	Дискрет.	Плавное
8 Рабочая частота, Гц	10-100	10-30	10-60
9 Форма изменения сигнала
9.1 Синусоидальная	Есть	Есть	Есть
9.2 Импульсный режим	Нет	Нет	Есть
10 Наличие компенсатора	Не треб.	Необходим	Не треб.

Таблица 6

Трудоемкость и металлоемкость изготовления установок УМП

Параметры установок УМП	УМП-108	УМП-159	УМП-325
1 Трудоемкость индуктора, час	85	40	785
2 Трудоемкость станции управления, час	215	215	230
3 Материалоемкость индуктора, тыс. руб.
3.1 Нержавеющая сталь	1600	нет	3200
3.2 Электротехническая сталь	200	200	32000
3.3 Конструкционная сталь	100	150	6000
3.4 Обмотка	100	300	6000
3.5 Антикоррозионная композиция	50	600	2100
3.6 Полимерные материалы	нет	300	2700
4  Материалоемкость станции управления, тыс. руб.	4500	4500	6000
5 Приспособления, тыс. руб.	нет	500	5200

Суммарные вероятности альтернатив

А1(УМП-108)	А2 (УМП-159)	А3 (УМП-325)
0,9300	1,2000	0,9048

По сравниваемым параметрам лучшей установкой является УМП-159, так как имеет наибольшую суммарную вероятность принадлежности.