ВОДООЧИСТНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1998 года по МПК B01D17/28 

Изобретение относится к устройствам для очистки воды от нефтепродуктов и шламообразующих осадков, попадающих в систему оборотного водоснабжения промышленных предприятий, и может быть использовано в любой отрасли промышленности для разделения двух несмешивающихся жидкостей с неодинаковой плотностью.

Известно устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод, имеющее камеру для предварительной очистки поступающей воды от легких фракций и твердых загрязнений, отстойную камеру с патрубком для удаления шлама, фильтровальную камеру с фильтрующим элементом, патрубки для отвода разделенных жидких фракций (авт. св. СССР N 1806817, кл. В 01 D 17/022). Конструкция устройства не обеспечивает большую пропускную способность, поскольку необходимость промывки фильтрующего элемента требует частой остановки и, следовательно, прерывания технологического процесса. Кроме того, качество очистки воды зависит от чистоты фильтрующего элемента.

Известны отстойники для очистки нефтесодержащих вод, имеющие емкость с водой и контактной массой из нефти, трубопровод с водоподводящими патрубками разнообразной формы, погруженными в слой контактной нефти (авт.св. СССР NN 1632454, 1648529, 1692609, 1725951, кл. B 01 D 17/022, 1653804, 1680252, кл. B 01 D 17/02, и 1664357, кл. B 01 D 17/04). Все перечисленные отстойники характеризуются общим недостатком, заключающимся в том, что они не обеспечивают очистку нефтепродуктов от шлама, что затрудняет их использование для утилизации масел, попадающих в систему оборотного водоснабжения, поскольку увеличивает затраты на удаление механических примесей из масла при регенерации.

Известен способ разделения двух несмешивающихся жидкостей и устройство для его осуществления, в частности, для утилизации нефтепродуктов и шламообразующих осадков из промышленных водостоков. Устройство выполнено в виде емкости с внутренними вертикальными перегородками и патрубками для подачи исходной смеси и слива разделенных жидкостей, расположенных на высотах от днища Н₁ и Н₂, определяемых зависимостью: Н₁:Н₂ 1:(1,005.1,250), причем перегородка перед патрубком слива воды установлена на расстоянии Н₃ от днища, находящейся в соотношении: Н₁:Н₃ 1:(0,05.0,20) [1] Данное устройство по технической сущности и достигаемому результату является наиболее близким к предлагаемому и принято в качестве прототипа.

Недостаток прототипа заключается в том, что мелкие шламообразующие частицы, находящиеся в исходной смеси, при прохождении через слой контактной нефти задерживаются в ней силами поверхностного натяжения подобно тому, как в масле, используемом в качестве смазки какого-либо механизма, прочно удерживаются частицы его износа. Аналогичное явление происходит и с водой при прохождении ее через слой нефти, в результате чего в утилизированных нефтепродуктах накапливается значительное количество остаточных механических примесей и влаги.

Цель изобретения повышение эффективности работы установки за счет снижения содержания в утилизированных нефтепродуктах остаточных механических примесей и влаги.

Поставленная цель достигается тем, что исходная смесь подается в слой воды, находящейся в емкости, ниже уровня слива нефтепродуктов на величину Н₂=(0,20.0,22)•Н₁, где Н₁ высота перегородки от уровня слива нефтепродуктов, определяемая зависимостью от пропускной способности Р [м³/ч] установки, от которой зависит также и весь ее объем V [м³] , при этом высота h₁ слоя нефтепродуктов должна быть в пределах h₁ (0,050.0,055)H₁.

Наилучшими условиями для качественного разделения исходной смеси является соблюдение условий деления перегородкой всего объема V емкости на две части с образованием двух камер очистной и проходной с объемами V_оч, V_пр, находящихся в соотношении: V_оч:V_пр 1,5:1; V V_оч + V_пр. Подача исходной смеси осуществляется вертикально в расширительный карман, расположенный на внешней боковой поверхности емкости, имеющей ступенчатое трех-четырехкратное увеличение проходного сечения по сравнению с соответствующим патрубком и трубопроводом. Расширительный карман соединен с размещенными внутри очистной камеры гасителем напора, выполненным из нескольких по крайней мере двух перфорированных, закрепленных на двух противоположных стенках емкости, труб, имеющих горизонтальные диаметрально расположенные симметричные отверстия с суммарной площадью, превышающей площадь сечения патрубка подачи исходной смеси. Очистная камера выполнена в виде усеченного параллелепипеда, обращенного заостренным концом вверх, наклонная стенка которого, имеющая на уровне слива ряд горизонтально расположенных отверстий, образует со стенками емкости камеру первичного отстоя нефтепродуктов, а площадка для обслуживания установки выполнена в виде дополнительной емкости для вторичного отстоя, расположенной ниже камеры первичного отстоя и соединенной с последней с помощью трубопровода.

На фиг. 1 изображен общий вид предлагаемой водоочистной установки вид спереди; на фиг. 2 то же, вид сбоку по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 -горизонтальный ступенчатый разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 фрагмент В разреза гасителя напора на фиг. 3 в увеличенном масштабе.

Водоочистная установка содержит емкость 1 с объемом V, выполненную в виде прямоугольного параллелепипеда, сопряженного в нижней части с бункером, имеющим форму усеченной пирамиды, переходящей в трапециевидный желоб, в котором размещен шнек 2 для выгрузки шлама через горловину 3. Шнек 2 имеет электромеханический привод 4. Емкость 1 разделена вертикальной перегородкой 5, имеющей высоту Н₁ от верхнего уровня нефтепродуктов (фиг. 1, на две части, сообщающиеся между собой под нижней кромкой перегородки 5 и образующие две камеры: очистную 6 и проходную 7 с объемами V_оч и V_пр.. Объем V емкости установки, высота перегородки 5 находятся в зависимости от пропускной способности установки Р[м³/ч] Экспериментально установлено ; V_оч:V_пр 1,5:1. Установка имеет трубопровод 8 для подачи смеси через вертикальный патрубок 9 в расширительный карман 10, соединенный с гасителем напора 11, выполненным из нескольких, по крайней мере из двух труб, закрепленных на противоположных стенках емкости 1 и имеющих перфорацию в виде горизонтальных симметричных диаметрально расположенных отверстий 12 с суммарной площадью, превышающей площадь сечения патрубка 9 для подачи исходной смеси. Очистная камера 6 выполнена в форме усеченного прямоугольного параллелепипеда, обращенного заостренным концом вверх, наклонная стенка 13 которого имеет на верхнем уровне нефтепродуктов (фиг. 1) ряд горизонтально расположенных отверстий 14. Наклонная стенка 13 образует со стенками емкости 1 камеру 15 первичного отстоя нефтепродуктов, сообщающуюся с очистной камерой 6 наклонным трубопроводом 16 с вентилем 17. Трубопровод 16 соединен с камерой 6 очистки ниже верхнего уровня нефтепродуктов на величину где h₂ - высота столба воды от нижнего уровня нефтепродуктов до уровня слива очищенной воды, D₁ плотность нефтеподуктов, D₂ плотность очищенной воды. Слив очищенной воды из проходной камеры 7 осуществляется через патрубок 18 и трубопровод 19. Площадка для обслуживания 20 (фиг. 2) водоочистной установки выполнена в виде дополнительной емкости 21 для вторичного отстоя утилизированных нефтепродуктов, смонтированной на стенке емкости 1 и соединенной с камерой 15 трубопроводом 22 с вентилем 23. Отстой воды из камеры 15 сливают через вентиль 24, а из дополнительной емкости 21 -через вентиль 25. Для слива очищенных и отстоявшихся от воды нефтепродуктов предусмотрен патрубок 26 с вентилем 27. Слив воды из установки для удаления шлама производится через вентиль 27. Для ревизии внутренней части установки предусмотрены люки 28.

Для работы, в отличие от прототипа, предлагаемая водоочистная установка не требует специальной предварительной подготовки. После очистки ее от шлама она готова к использованию. Исходную смесь подают центробежным насосом по трубопроводу 8 и патрубку 9 в расширительный карман 10. За счет резкого увеличения проходного сечения и изменения направления потока жидкости создается ее турбулентное движение, при котором происходит первичное отделение механических примесей от нефтепродуктов, благодаря чему при попадании в камеру очистки 6 через отверстия 12 гасителя напора 11 они оседают на дно емкости 1, в трапециевидный желоб, в котором размещен шнек 2 для выгрузки шлама. Этому эффекту способствует симметричное расположение отверстий 12 в глушителе 11, обеспечивающее турбулентное движение потоков жидкости из встречно расположенных отверстий 12 гасителя напора 11, которое, с одной стороны, способствует вторичному отделению механических примесей из нефтепродуктов и оседанию их на дно емкости 1, а с другой стороны гашению скорости потоков жидкости, благодаря которому не нарушается спокойное состояние слоя нефтепродуктов в камере 6 очистки. Большая суммарная площадь отверстий 12 в гасителе напора 11, значительно превышающая площадь сечения патрубка 9, создает спокойное истечение исходной смеси в емкость 1 установки. Уровень жидкости в установке повышается до тех пор, пока не начнется вытекание очищенной воды через патрубок 18 в трубопровод 19 для повторного использования. Частицы нефтепродуктов, освобожденные от механических примесей, как более легкие по сравнению с водой, всплывают на поверхность, наращивая слой нефтепродуктов до тех пор, пока он недостигнет толщины h₁, после чего начнется перетекание их через отверстия 14 в камеру 15 предварительного отстоя. Отделение частиц нефтепродуктов от воды и их всплывание на поверхность происходит так же при движении смеси вниз по закону сообщающихся сосудов со скоростью, достаточной для пребывания в камере очистки 6 для отделения нефтепродуктов от воды и механических примесей. Для достижения качественного разделения исходной смеси на составляющие компоненты величина объема емкости 1 и ее деление перегородкой на две камеры очистную 6 и проходную 7, рассчитываются исходя из требуемой производительности центробежного насоса по вышеприведенным формулам. При меньших объемах очистной 6 и проходной 7 камер эффективность работы водоочистной установки снижается. В утилизированных нефтепродуктах увеличивается содержание механических примесей и влаги, а в воде, направляемой на повторное использование, остается значительное количество нефтепродуктов с содержащимися в них механическими примесями, что ухудшает условия работы технологического оборудования, для которого используется вода в качестве охладителя, например в автоматических линиях горячей штамповки колец подшипников. Соотношение верхних уровней нефтепродуктов в очистной камере 6 и очищенной воды в проходной камере 7 связаны обратно пропорциональной зависимостью: h₁/h₂ D₂/D₁, где h₁ толщина слоя нефтепродуктов; h₂ - высота уровня воды в проходной камере, измеренной от нижнего уровня нефтепродуктов; D₁ и D₂ соответствующие плотности нефтепродуктов и очищенной воды. Накапливающиеся в камере 15 нефтепродукты отстаиваются, чем обеспечивается их первичная очистка от воды, после чего их переливают в дополнительную емкость 21 через патрубок 22 с вентилем 23, где они находятся продолжительное время ( 5 7 сут), в течение которого происходит почти полное отделение воды от утилизированных нефтепродуктов. Отстой воды сливают через вентиль 25, а нефтепродукты через патрубок 26 и вентиль 27 для отправки их по назначению. Накопившийся шлам удаляют шнеком с помощью привода 4. Для этого установку освобождают от воды и накопившихся в камере очистки 6 нефтепродуктов, которые при помощи наклонного трубопровода 16 при открытом вентиле 17 сливают в камеру 15. Местоположение наклонного трубопровода 16 в очистной камере 15 определено расстоянием H₃ от верхнего уровня нефтепродуктов, которое обеспечивает их слив с поверхности воды без остатка. После этого из установки сливают всю воду через вентиль 27 или в канализацию, или в предусмотренную для этой цели емкость. Шлам при помощи шнека 2 выгружают через открытую горловину 3 в тележку (не показана), которую отправляют по назначению. Установка готова к выполнению очередного цикла. Для этого закрывают горловину 3, вентили 27 и 17 и включают центробежный насос, подающий исходную смесь на разделение компонентов. Для выполнения ремонтно-профилактических работ используют люки 28.

Предлагаемая водоочистная установка используется на Курском АПЗ-20 для очистки воды от масла и шламообразующих осадков в системе оборотного водоснабжения на автоматической линии горячей штамповки колец подшипников. Установка, обладая большой пропускной способностью (Р=90 м³/ч ), обеспечивает высококачественную очистку воды от масла и механических примесей. Содержание воды в утилизированном масле не превышает 0,21.0,4% механических примесей не более 0,2.0,38% В течение месяца при двухсменной работе автоматической линии установка утилизирует до 2,5 т масла.

Использование: изобретение относится к устройствам очистки воды от нефтепродуктов и шламообразующих осадков в системе оборотного водоснабжения промышленных предприятий и может быть использовано для разделения двух несмешивающихся жидкостей с различной плотностью при непрерывной подаче исходной смеси. Сущность: установка содержит емкость, разделенную вертикальной перегородкой, размеры которой находятся в зависимости от ее пропускной способности. Перегородка делит объем емкости на две части, образующие две камеры: очистную и проходную. Подача исходной смеси осуществляется вертикально через патрубок и расширительный карман, расположенный на внешней боковой поверхности емкости, который имеет трех-четырехкратное увеличение проходного сечения. Расширительный карман соединен с размещенным внутри очистной камеры гасителем напора, выполненным из нескольких по крайней мере из двух перфорированных труб с горизонтальными, симметричными отверстиями. Очистная камера имеет наклонную стенку, имеющую ряд горизонтально расположенных отверстий на уровне слива нефтепродуктов и образующими со стенками емкости камеру первичного отстоя нефтепродуктов, сообщающуюся при помощи наклонного трубопровода и вентиля с нижерасположенной дополнительной емкостью вторичного отстоя нефтепродуктов, выполненной в виде площадки обслуживания установки. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. Водоочистная установка для нефтепродуктов и шламообразующих осадков, выполненная в виде емкости с внутренней перегородкой, образующей две сообщающиеся между собой камеры очистную и проходную, с патрубками, присоединенными к соответствующим трубопроводам подачи исходной смеси и слива разделенных жидкостей, а также устройством для удаления шлама, отличающаяся тем, что емкость имеет объем V (м³) и высоту перегородки Н₁ (м) от уровня слива нефтепродуктов, определяемые зависимостью от пропускной способности установки Р (м³/ч):

причем наилучшими условиями для качественного разделения исходной смеси являются следующие условия:
V_0 4 V_п р 1,5 1; V_0 4 + V_п р V,
где V_0 4 и V_п р объем очистной и проходной камер. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что патрубок для подачи исходной смеси вертикально соединен с расширительным карманом, расположенным на внешней боковой поверхности емкости, имеющим ступенчатое трех-, четырехкратное увеличение проходного сечения по сравнению с соответствующим трубопроводом и взаимодействующим с размещенным внутри очистной камеры гасителем напора, выполненным из нескольких, по крайней мере из двух перфорированных, закрепленных на двух противоположных стенках емкости труб, имеющих диаметрально расположенные горизонтальные, симметричные отверстия с суммарной площадью, превышающей площадь сечения патрубка подачи исходной смеси, и расположенных ниже уровня слива нефтепродуктов на величину Н₂ (0,20 - 0,22) Н₁, при этом высота h₁ слоя нефтепродуктов должна быть в пределах h₁ (0,050 0,055) H₁. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что очистная камера выполнена в виде усеченного прямоугольного параллелепипеда, обращенного заостренным концом вверх, наклонная стенка которого, имеющая на уровне слива ряд горизонтально расположенных отверстий, образует со стенками емкости камеру первичного отстоя нефтепродуктов. 4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что площадка для обслуживания установки выполнена в виде дополнительной емкости для вторичного отстоя нефтепродуктов, расположенной ниже камеры первичного отстоя и соединенной с последней с помощью трубопровода.