УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ВОД Российский патент 1997 года по МПК C02F1/40 B01D17/22 

Изобретение относится к устройствам очистки нефтесодержащих вод и может быть использовано при очистке судовых нефтесодержащих вод, а также при очистке сточных вод на буровых платформах, предприятиях нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, автопредприятиях и прочих промышленных объектах, где образуются сточные воды, содержащие нефтепродукты.

Известен сепаратор типа "Аквамарин", разработанный фирмой "Гейрстен" (Голландия), поставку которых осуществляет фирма "Старк" (Справочник "Средства очистки жидкостей на судах" /Под редакцией к. т. н. И. А.Иванова, Ленинград, "Судостроение", 1984, с. 144 147, рис. 5.29). "Аквамарин" вакуумный сепаратор гравитационно-коалесцирующего типа, однокорпусный, включающий корпус с патрубками входа загрязненной воды, выхода очищенной воды и выхода нефти. В корпусе размещены диафрагма из специальной нефте- и химически устойчивой резины, направляющие потока, образованные стальной гофрированной полосой, свернутой по окружности таким образом, чтобы создавалось большое количество вертикальных каналов. В нижней части корпуса сепаратора расположены коалесцирующие элементы, представляющие собой синтетическую ткань, натянутую между двумя дисками таким образом, что образуется несколько круговых камер. Ткань имеет гладкую поверхность с одной стороны и ворсистую с другой стороны. Сверху коалесцирующие элементы ограничены перфорированным диском, отверстия в котором расположены через равные промежутки друг от друга. Если смотреть на диск сверху, то отверстия образуют серп. Над верхним диском располагается еще один диск-скользун, в котором также сделаны отверстия. Перемещение диска-скользуна осуществляется пневматическим приводом, расположенным под дном сепаратора. В верхней части камеры коалесцирующих элементов установлен защитный датчик, реагирующий на нефтепродукт, по импульсу которого останавливается насос отвода очищенной воды. Сепаратор работает следующим образом: нефтеводяная смесь, поступая в верхнюю часть корпуса по каналам направляющих потока, равномерно распределяется и с небольшой скоростью проходит по ним вниз по направлению к коалесцирующим элементам сепаратора. Уже в верхней части корпуса начинается отделение нефтепродуктов, особенно той части, которая была представлена в виде крупных капель. Отделенная нефть всплывает и собирается под диафрагмой. В связи с тем, что до запуска в работу сепаратор заполняется чистой морской водой, которая находится под диафрагмой и над ней, диафрагма не подвержена давлению. По мере накопления всплывшей нефти под диафрагмой на последнюю начинает воздействовать давление. Диафрагма все больше и больше прогибается вверх, вытесняя воду из наддиафрагмовой полости через коалесцирующую трубу. Выгибаясь, диафрагма тянет за собой металлический стержень, который прикреплен к центру диафрагмы. В свою очередь, стержень соединен с горизонтальным валом, один конец которого выведен из сепаратора. На этот конец вала насажен круглый диск, на котором закреплены два кулачка. Поворачиваясь влево и вправо, диск своими кулачками замыкает пневматические переключатели. Когда под диафрагмой собирается предельно-допустимое количество нефти, левый кулачок замыкает свой пневматический переключатель и сепаратор переключается на работу в режим слива нефтепродуктов и промывки. По мере удаления нефти из сепаратора диафрагма опускается с помощью противовеса на диске и правый кулачок замыкает свой переключатель, вновь возвращая сепаратор на работу в режим отделения нефтепродуктов. Мельчайшие капли нефти, не отделившиеся в верхней ступени, задерживаются на ворсистой поверхности ткани коалесцирующих элементов и сливаются со следующими капельками. Укрупненные капли приобретают достаточную выталкивающую силу и всплывают, собираясь под верхним диском. Когда сепаратор работает в режиме отделения нефтепродуктов, диски расположены так, что отверстия не совпадают, т.е. диск-скользун перекрывает камеру коалесцирующих элементов, не давая возможности отделенной нефти уйти из камеры. В режиме выпуска нефтепродуктов диск-скользун медленно поворачивается на 30^o, совмещая при этом отверстия в обоих дисках. Эта дает возможность нефтепродукту, отделенному в камере коалесценции, подняться вверх и соединиться с нефтепродуктом, собранным под диафрагмой. Очищенная вода насосом забирается из сепаратора и нагнетается в сборный бак, а через него за борт. После переключения на режим выпуска нефтепродуктов вода из сборного бака насосом подается в нижнюю часть сепаратора для промывки коалесцирующих элементов и вытеснения нефтепродуктов из под верхнего диска нижней камеры и полости над диафрагмой.

Сепаратор "Аквамарин" обладает следующими недостатками. Периодический отвод скоалесцировавшегося нефтепродукта из круговых камер неизбежно ведет к забросу его в очищенную воду, что снижает очистную способность сепаратора в целом. Время систематических промывок выпадает из времени полезной работы сепаратора (в режиме очистки), что уменьшает производительность сепаратора. Используемая в коалесцирующих элементах синтетическая ткань, имеющая гладкую поверхность с одной стороны и ворсистую с другой работает только по принципу поверхностной коалесценции одной ворсистой стороной и не может скоалесцировать мелкодисперсные фракции нефтепродукта, которые поступают в очищенную воду, что также снижает очистную способность сепаратора. Объем, ограниченный круговыми камерами, определяет путь частицы нефтепродукта до момента ее коалесценции. Чем больше путь возможного движения частицы, тем больше вероятность участи ее в процессе коалесценции. Следовательно, круговая камера не является оптимальной с точки зрения увеличения пути возможного движения частицы, т. е. возможности частицы скоалесцироваться с другой частицей или волокном и всплыть. Систематическое изменение режимов работы сепаратора вызывает диаметрально противоположное изменение направления движения потока жидкости в нем, что предъявляет повышенные требования к качеству тканевого наполнителя коалесцирующих элементов, и снижает ресурс фильтроэлемента.

Наиболее близким к изобретению по достигаемому эффекту является устройство для очистки нефтесодержащих вод (авт.св. N 1592282), содержащее нефтеотделитель, в корпусе которого имеются полости загрязненной и очищенной воды, а также очистной блок, ограниченный сверху диском. Очистной блок выполнен в виде намотанного по спирали на прикрепленную к непромокаемой части перфорированного диска центральную перфорированную трубу фильтрующего элемента, представляющего собой композицию фильтрующе-коалесцирующего материала и крупноячеистого объемного каркаса, имеющего поперечные и продольные каналы. Над очистным блоком установлен герметично прикрепленный к перфорированному диску дополнительный нефтесборник, соединенный с устройством отсоса, входящий патрубок которого соединен с полостью загрязненной воды нефтеотделителя, а нижняя часть очистного блока ограничена герметичной перегородкой, прикрепленной к корпусу, расположенной между полостями загрязненной и очищенной воды и имеющей отверстие, соединяющее полость очищенной воды с центральной трубой очистного блока.

По сравнению с предыдущими сепараторами устройство по авт.св. N 1592282 обладает увеличенной очистной способностью благодаря улучшению условий прохождения процесса коалесценции поверхностного фильтрующе-коалесцирующего материала, за счет организации потока жидкости по спирали в нефтесборник, а также увеличенной производительностью за счет уменьшения времени обязательных промывок устройства.

Однако это устройство обладает тем недостатком, что не позволяет значительно увеличить ресурс фильтрующе-коалесцирующего материала. Это тем объясняется, что довольно быстро загрязняется начальный участок единственного седиментационного канала, который через некоторое время становится источником загрязнений. Для обеспечения необходимой очистной способности седиментационный канал выполняют длинным, при этом фильтрующе-коалесцирующий материал используется нерационально. При предельном загрязнении начального участка приходится заменить весь материал.

Цель изобретения увеличение ресурса фильтрующе-коалесцирующего материала.

Цель достигается путем создания нескольких седиментационных каналов. При этом наиболее напряженный участок седиментационного канала загрязняется медленнее во столько раз, во сколько раз больше количество этих каналов, т.е. ресурс фильтрующе-коалесцирующего материала возрастает пропорционально количеству седиментационных каналов. Количество седиментационных каналов выбирается с учетом рациональной длины канала и габаритов очистного блока. Количество седиментационных каналов образуют путем создания многозаходной спирали из фильтрующе-коалесцирующего материала и крупноячеистого объемного каркаса. Такую спираль можно получить путем скручивания нескольких слоев материала и расположенных между ними слоев каркаса и закрепленных конечными участками на центральной перфорированной трубе.

Пример. При толщине фильтрующе-коалесцирующего материала 5 мм, при толщине объемного крупноячеистого каркаса 5 мм, при максимальном диаметре очистного блока 250 мм, при наружном диаметре центральной перфорированной трубы 40 мм и при рациональной длине седиментационного канала 700 мм заходов многозаходной спирали составит 4.

Таким образом, ресурс фильтрующе-коалесцирующего материала можно увеличить в 4 раза.

Наибольший эффект увеличения ресурса материала можно достичь при одинаковом загрязнении начальных участков всех видов спирали, т.е. при равномерном размещении всех начальных участков многозаходной спирали относительно друг друга.

На фиг. 1 показан общий вид устройства, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Устройство для очистки нефтесодержащих вод включает корпус 1 с патрубками; 2 подвода загрязненной воды, 3 отвода нефтепродукта из нефтесборника 4, расположенного в верхней части корпуса. Ниже патрубка 2 расположен распределитель 5 потока загрязненной воды. Под распределителем 5 установлен очистной блок, выполненный в виде каркаса 6 с продольными и поперечными каналами и фильтрующе-коалесцирующего материала 7. Каркас 6 и коалесцирующего материал 7 уложены в несколько слоев, например 4, и расположены по спирали вокруг центральной перфорированной трубы 10, при этом начальные участки 11 14 коалесцирующего материала 7 смещены относительно друг друга на равные расстояния (фиг. 2). Верхняя часть очистного блока ограничена перфорированным диском 15, имеющим в центральной части непроницаемую поверхность, к которой прикреплена центральная труба 10. Сверху по периметру к диску 15 герметично прикреплен конусообразный нефтесборник 16, соединенный трубопроводом 17 с устройством отсоса, выполненным, например, в виде струйного аппарата 18. Нижняя часть очистного блока ограничена непроницаемой горизонтальной перегородкой 19, герметично прикрепленной к корпусу 1, и центральной трубе 10. Перегородка 19 разделяет корпус 1 на полость 20 загрязненной воды и полость 21 очищенной воды и имеет отверстие 22, соединяющее полость 21 с внутренней полостью трубы 10. Полость 21 очищенной воды соединена с насосом 23, напорный патрубок которого соединен с трубопроводом 24 отвода очищенной воды и трубопроводом 25 подачи рабочей жидкости к струйному аппарату 18, выход которого трубопроводом 26 соединен с полостью 20 загрязненной воды.

Устройство работает следующим образом.

Загрязненная вода через патрубок 2 поступает в верхнюю часть корпуса 1, равномерно распределяется по каналам распределителя потока 5 и с небольшой скоростью проходит по ним вниз по направлению к очистному блоку. В верхней части корпуса 1 начинается отделение нефтепродуктов, особенно той их части, которая была представлена в виде крупных капель. Отделенный нефтепродукт всплывает и собирается в нефтесборнике 4. Далее загрязненная вода поступает в очистной блок, где неотделившиеся в верхней части устройства мельчайшие капли нефти участвуют в процессе коалесценции, как за счет поверхностной, так и внутрипоровой коалесценции.

Очищенная вода через центральную трубу 10 и полость 21 очищенной воды насосом 23 отводится за пределы устройства. Движение жидкости в очистном блоке осуществляется следующим образом. При поступлении загрязненной воды через наружный слой каркаса 6 на начальные участки 11 14 фильтрующе-коалесцирующего материала 9 происходит ее очистка за счет коалесценции нефтепродукта внутри материала. Укрупненный нефтепродукт в результате разности давления, создаваемой насосом в центральной трубе 10 и полости 20 загрязненной воды, проходит через поры материала в продольные каналы, образованные следующими слоями каркаса. Под действием архимедовой силы и силы, создаваемой струйным аппаратом, часть укрупнившегося нефтепродукта с частью воды отводится в верхнюю часть корпуса, а оставшиеся частицы нефтепродукта коагулируют на поверхности фильтрующе-коалесцирующего материала 9, укрупняются и также увлекаются потоком воды вверх, а остальные движутся в двух направлениях, внутрь фильтрующе-коалесцирующего материала по порам и по спиральным каналам вокруг него. Процесс разделения на последующих слоях происходит аналогично. Физической основой процесса является перемещение капель нефтепродукта в потоке к волокнистой стенке под действием массовой силы, возникающей из-за течения вдоль криволинейной поверхности, а также последующая коагуляция нефтепродуктов в более крупные капли на волокнах и их всплытие под воздействием разности архимедовой и гравитационной сил.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство обладает следующими преимуществами:
увеличивается ресурс фильтрующе-коалесцирующего материала за счет увеличения числа седиментационных каналов;
появляется возможность определения оптимального ресурса фильтрующего материала за счет выбора рационального числа седиментационных каналов.

Использование: очистка нефтесодержащих вод. Сущность изобретения: в устройстве для очистки нефтесодержащих вод, содержащем корпус с дном, распределитель потока, полости загрязненной и очищенной воды, нефтесборник, устройство отсоса, соединенное с нефтесборником и полостью загрязненной воды, очистной блок выполнен в виде каркаса с фильтрующе-коалесцирующим материалом, расположенных по спирали вокруг центральной перфорированной трубы. Спираль очистного блока выполнена многозаходной, при этом входные (начальные) участки многозаходной спирали равномерно разнесены по диаметру очистного блока, а длина седиментационного канала L равна 700 мм при диаметре очистного блока 250 мм. 2 ил.

Устройство для очистки нефтесодержащих вод, содержащее корпус с дном, распределитель потока, образующий с верхней частью корпуса полость загрязненной воды, соединенную с подводящим патрубком, очистной блок в виде каркаса и фильтрующе-коалесцирующего материала, расположенных по спирали вокруг центральной перфорированной трубы, и ограниченный сверху перфорированным диском нефтесборник, герметично прикрепленный к верхней поверхности перфорированного диска, устройство отсоса, соединенное с нефтесборником и полостью загрязненной воды, закрепленную на нижней поверхности диска центральную перфорированную трубу и горизонтальную перегородку, герметично прикрепленную к корпусу под очистным блоком с образованием с дном корпуса полости очищенной воды, сообщающейся с центральной перфорированной трубой, трубопроводы отвода нефтепродуктов и очищенной воды, отличающееся тем, что спираль очистного блока выполнена многозаходной, начальные участки которой равномерно разнесены по диаметру очистного блока, а длина седиментационного канала равна 700 мм при диаметре очистного блока 250 мм.