УСТРОЙСТВО И СИСТЕМА ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАННОЙ ВОДЫ Российский патент 2014 года по МПК B01D24/00 

Настоящая заявка, согласно Разделу 35 Кодекса законов США, §119(е), утверждает приоритет Предварительной Патентной Заявки США с серийным №61/099,604, озаглавленной «ПУЛЬСИРУЮЩАЯ ПРОТИВОТОЧНАЯ ПРОМЫВКА ДЛЯ ФИЛЬТРА ИЗ СКОРЛУПЫ ГРЕЦКИХ ОРЕХОВ», поданной 24 сентября 2008 г.; и Предварительной Патентной Заявки США с серийным №61/099,608, озаглавленной «ИМПУЛЬСНЫЙ ВОЗДУШНЫЙ ФИЛЬТР ИЗ СКОРЛУПЫ ГРЕЦКИХ ОРЕХОВ», поданной 24 сентября 2008 г.; и Предварительной Патентной Заявки США с серийным №61/099.597, озаглавленной «СПОСОБ ФИЛЬТРОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СКОРЛУПЫ ГРЕЦКИХ ОРЕХОВ», поданной 24 сентября 2008 г.; и Предварительной Патентной Заявки США с серийным №61/165,579, озаглавленной «ТРУБЧАТАЯ КОНСТРУКЦИЯ И ДЕЙСТВИЕ ФИЛЬТРА ИЗ СКОРЛУПЫ ГРЕЦКИХ ОРЕХОВ», поданной 5 мая 2009 г.; каждая из которых включена здесь ссылкой во всей своей полноте для всех целей.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системе и способу обработки отработанной воды, и более конкретно, к системе и способу обработки отработанной воды с использованием фильтрующей среды из скорлупы грецких орехов.

Уровень техники

Фильтрующая среда из скорлупы грецких орехов известна своим сродством как к воде, так и к нефти, что делает ее желательной фильтрующей средой, и обычно используется для удаления нефти из воды и отработанной воды. Общеупотребительные фильтры из скорлупы грецких орехов включают варианты применения напорной фильтрации через толстый слой, в которых воду под напором пропускают через всю высоту наполнителя. Для регенерации слоя также обычно проводят периодические противоточные промывки. Типичные способы противоточной промывки включают расширение или переворачивание слоя подведением энергии к слою.

Традиционные системы противоточной промывки включают механическое перемешивание и механическую очистку с помощью центробежных насосов и рециркуляционных трубопроводов, а также введение высоконапорного газа или высокоскоростного потока воды в противоточном направлении. Механические системы, используемые для противоточной промывки слоев, увеличивают первоначальные стоимости системы и могут вести к повышенным эксплуатационным расходам на техническое обслуживание механических уплотнений. Рециркуляция материала слоя также повышает капиталовложения и расходы на техническое обслуживание фильтровальной установки, и увеличивает занимаемую фильтровальной установкой производственную площадь дополнительными насосами для рециркуляции. В способах механической противоточной промывки также используют текучую среду для противоточной промывки, чтобы удалять любую нефть или взвешенные твердые частицы, вынесенные из слоя, что ведет к образованию значительных количеств промывочной текучей среды. Подобным образом, применение высокоскоростного потока жидкости для противоточной промывки создает большой объем промывочной текучей среды. Также известно, что в традиционных системах для противоточной промывки создаются мертвые зоны, в которых фильтрующая среда переворачивается в недостаточной степени, и/или до которых текучая среда для противоточной промывки не достигает, тем самым в значительной мере оставляя нефть и взвешенные твердые частицы в слое.

Остается насущной потребность в компактной установке с фильтрующей средой из скорлупы грецких орехов, имеющей опорную поверхность, достаточно малую для использования в вариантах применения в открытом море. Более того, существует потребность в снижении количества промывочной воды, образующейся во время противоточной промывки фильтровальной установки со скорлупой грецких орехов, и для сокращения числа мертвых зон, которые не контактируют с промывочной текучей средой.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с одним или более вариантами исполнения, изобретение относится к системе и способу обработки отработанной воды.

В одном варианте исполнения фильтровальное устройство имеет резервуар, фильтрующую среду из скорлупы грецких орехов, размещенную в резервуаре, и питающий впускной канал, расположенный в резервуаре выше фильтрующей среды. Фильтровальное устройство может иметь всасывающую трубную систему, размещенную в фильтрующей среде, которая скомпонована и предназначена для значительного оборачивания фильтрующей среды. Фильтровальное устройство также может иметь впускной канал для первой текучей среды, скомпонованный и размещенный для подачи первой текучей среды во всасывающую трубную систему, и выпускной канал для фильтрата, позиционированный ниже фильтрующей среды.

Еще один вариант исполнения направлен на систему для фильтрования отработанной воды. Система включает источник отработанной воды, включающей нефть и взвешенные твердые частицы, и многочисленные фильтровальные установки. Каждая фильтровальная установка включает резервуар, фильтрующую среду из скорлупы грецких орехов, размещенную в резервуаре, и питающий впускной канал, расположенный в фильтрующей среде и сообщающийся по текучей среде с источником отработанной воды. Фильтровальная установка также включает всасывающую трубную систему, размещенную в фильтрующей среде, скомпонованную и предназначенную для значительного оборачивания фильтрующей среды, впускной канал для первой текучей среды, скомпонованный и размещенный для подачи первой текучей среды во всасывающую трубную систему, и выпускной канал для фильтрата, позиционированный ниже фильтрующей среды. Фильтровальная установка также включает управляющее устройство, связанное с питающим впускным каналом каждой из многочисленных фильтровальных установок; причем управляющее устройство скомпоновано для генерирования первого управляющего сигнала, который инициирует течение отработанной воды в питающий впускной канал первой из многочисленных фильтровальных установок, и для генерирования второго управляющего сигнала, который прерывает течение отработанной воды в питающий впускной канал второй из многочисленных фильтровальных установок.

Еще один вариант исполнения направлен на способ фильтрования загрязненной жидкости, включающей нефть и взвешенные твердые частицы, в котором используют фильтровальное устройство, имеющее резервуар, фильтрующую среду из скорлупы грецких орехов, размещенную в резервуаре, и питающий впускной канал, расположенный в резервуаре над фильтрующей средой. Фильтровальное устройство может иметь всасывающую трубную систему, размещенную в фильтрующей среде, которая может быть скомпонована и предназначена для значительного оборачивания фильтрующей среды. Фильтровальное устройство также может иметь впускной канал для первой текучей среды, скомпонованный и размещенный для подачи первой текучей среды во всасывающую трубную систему, и выпускной канал для фильтрата, расположенный ниже фильтрующей среды.

Другие преимущества, новые признаки и цели изобретения станут очевидными из нижеследующего подробного описания изобретения, при рассмотрении его с привлечением сопроводительных чертежей, которые являются схематическими и не предполагаются быть вычерченными в масштабе. В фигурах каждый идентичный или в значительной мере сходный компонент представлен единым номером позиции или условным знаком. Из соображений ясности, не только в каждой фигуре обозначен не каждый компонент, но и показан не каждый компонент каждого варианта осуществления изобретения, где его изображение не является обязательным для того, чтобы обеспечить специалисту с обычной квалификацией в этой области технологии возможность понять изобретение.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Сопроводительные чертежи не предполагаются быть вычерченными в масштабе. В чертежах каждый идентичный или почти идентичный компонент, которые иллюстрирован в различных фигурах, представлен сходным кодовым номером позиции. Из соображений ясности не каждый компонент может быть обозначен в каждом чертеже. В чертежах:

Фиг.1 представляет схематическое изображение фильтровального устройства согласно одному или более аспектам изобретения;

Фиг.2а представляет схематическое изображение, показывающее один аспект действия фильтровального устройства;

Фиг.2b представляет схематическое изображение, показывающее один аспект действия фильтровального устройства из 2а;

Фиг.2с представляет схематическое изображение, показывающее один аспект действия фильтровального устройства из 2b;

Фиг.3 представляет схематический вид сверху в разрезе фильтрового резервуара согласно одному или более вариантам осуществления изобретения;

Фиг.4 представляет схематическое изображение, показывающее фильтровальное устройство согласно одному или более аспектам изобретения;

Фиг.5 представляет схематический вертикальный вид сбоку базовой части всасывающей трубы согласно одному или более аспектам изобретения;

Фиг.6 представляет блок-схему, показывающую фильтровую систему согласно одному или более аспектам изобретения;

Фиг.7 представляет график, показывающий общую концентрацию нефти на выходе в зависимости от времени, согласно одному или более аспектам изобретения; и

Фиг.8 представляет блок-схему одного варианта осуществления изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение направлено на системы обработки отработанной воды с использованием слоя фильтрующей среды. Как используемая здесь, «отработанная вода» подразумевают любую обрабатываемую отработанную воду, такую как поверхностная вода, грунтовая вода, поток сточных вод из промышленных и муниципальных источников, имеющую такие загрязнения, как нефть и/или взвешенные твердые частицы, и включают воду, полученную из систем первичной или вторичной обработки.

Один вариант осуществления настоящего изобретения включает фильтровальное устройство, включающее резервуар, содержащий фильтрующую среду. Резервуар может быть открытым в атмосферу или закрытым для работы под давлением. Резервуару могут быть приданы размеры и формы соответственно желательному варианту применения и объему обрабатываемой отработанной воды, для обеспечения желательной производительности и/или желательного периода работы до инициирования противоточной промывки. Резервуар может иметь слой любой желательной толщины на основе желательного объема обрабатываемой отработанной воды и фильтрующей среды, выбранной для конкретного использования. Соответственно этому, резервуар может иметь слой фильтрующей среды любой толщины, такой как тонкий слой с толщиной около 10 дюймов (254 мм) вплоть до толстого слоя с толщиной около 66 дюймов (1676,4 мм) или больше. Фильтровый резервуар может быть сооружен из любого материала, пригодного для конкретной цели. Например, открытый фильтровый резервуар может представлять собой открытый бак, сформированный из цемента. В одном варианте исполнения закрытый фильтровый резервуар может быть сформирован из покрытой углеродистой стали, нержавеющей стали или полимера, армированного стекловолокном.

Любая фильтрующая среда, пригодная для удаления целевого загрязнения или загрязнений, может быть использована в такой мере, насколько она также пригодна для применения в фильтрующем слое. Одна фильтрующая среда, применимая для удаления нефти и взвешенных твердых частиц из отработанной воды, представляет собой фильтрующую среду из скорлупы грецких орехов, такую как среда, приготовленная из скорлупы английского грецкого ореха или скорлупы черного грецкого ореха.

Один вариант исполнения фильтровального устройства включает резервуар, имеющий одну или более боковых стенок, в зависимости от желательной формы резервуара. Например, цилиндрический резервуар может иметь одну боковую стенку, тогда как квадратный или прямоугольный резервуар может иметь четыре боковых стенки. В одном варианте исполнения резервуар имеет цилиндрическую форму, имеющую одну непрерывную боковую стенку, размещенную между первой и второй стенками. В одном варианте исполнения резервуар является закрытым, причем одна или более боковых стенок простираются между первой стенкой и второй стенкой.

Фильтрующая среда может быть размещена в резервуаре с предварительно выбранной толщиной, и может заполнять весь объем резервуара целиком или содержаться в конкретной части резервуара. Например, часть объема резервуара, смежная с первой стенкой и/или второй стенкой, может не содержать фильтрующую среду. Фильтрующая среда может содержаться внутри резервуара между одним или более сепараторами, такими как сита или перфорированные пластины, которые удерживают фильтрующую среду в желательном месте внутри резервуара, в то же время позволяя отработанной воде протекать через среду в резервуаре.

В некоторых вариантах исполнения фильтровальное устройство включает всасывающую трубную систему. Всасывающая трубная система может быть скомпонована и размещена для периодической противоточной промывки фильтрующей среды путем подачи промывочной текучей среды с желательными объемом и/или скоростью для оборачивания слоя. Как используемое здесь, «оборачивание слоя» определяют как перемещение фильтрующей среды во время противоточной промывки, в котором фильтрующая среда на второй стенке резервуара или вблизи нее частично или полностью перемещается через всасывающую трубную систему в сторону первой стенки резервуара и обратно в сторону второй стенки резервуара. Всасывающей трубной системе могут быть приданы размеры и формы для желательного варианта применения и объема фильтрующей среды, подвергаемой противоточной промывке, и/или для работы в пределах предварительно выбранного периода времени для проведения операции противоточной промывки. Всасывающая трубная система может включать одну или более всасывающих труб, размещенных в среде. Как используемая здесь, «всасывающая труба» представляет собой конструкцию, имеющую одну или более боковых стенок, открытых с обоих концов, которые, будучи размещенными в фильтрующей среде, создают сквозной проток для течения фильтрующей среды во время противоточной промывки. В одном варианте исполнения резервуар может иметь объем фильтрующей среды, который на величину от около 4 до около 6 раз больше объема всасывающей трубы или суммарного объема всасывающих труб во всасывающей трубной системе.

Всасывающая труба может быть изготовлена из любого материала, пригодного для конкретной цели, в такой мере, насколько она устойчива к истиранию и нефти. Например, всасывающая труба может быть сформирована из такого же материала, как и резервуар, или может быть изготовлена из других более легких и менее дорогостоящих материалов, таких как пластики, в том числе армированные стекловолокном пластики. Всасывающая труба может быть предварительно сформована для введения в резервуар или изготовлена как деталь резервуара. Как таковая, всасывающая труба может быть предназначена для модифицирования современных установок с фильтрующей средой. Всасывающая трубная система может опираться на вторую стенку резервуара. Альтернативно, всасывающая трубная система может опираться на сепаратор или пластину, которая удерживает среду, такую как сито или перфорированная пластина, предназначенная для удержания среды внутри области резервуара, в то же время обеспечивая возможность течения жидкости и загрязнений в среду и из нее.

Индивидуальной всасывающей трубе могут быть приданы размеры и формы соответственно желательном условиям применения и объему фильтрующей среды, подвергаемой противоточной промывке, и/или для работы в пределах предварительно выбранного периода времени для проведения операции противоточной промывки. Всасывающей трубе также могут быть приданы размеры и формы для обеспечения желательного уровня перемешивания внутри всасывающей трубы для частичной или полной очистки фильтрующей среды, чтобы высвобождать по меньшей мере часть нефти и взвешенных твердых частиц из фильтрующей среды. Желательный объем всасывающей трубной системы может быть создан единичной всасывающей трубой или многочисленными всасывающими трубами, имеющими общий объем, по существу равный желательному объему. Индивидуальная всасывающая труба может иметь площадь поперечного сечения любой формы, такой как круглая, эллиптическая, квадратная, прямоугольная или любая неправильная форма. Индивидуальная всасывающая труба может иметь любую общую форму, такую как коническая, прямоугольная или цилиндрическая. В одном варианте исполнения всасывающая труба является цилиндрической. Всасывающая труба может быть размещена в фильтрующей среде так, чтобы быть полностью охваченной фильтрующей средой, а также быть полностью заполненной фильтрующей средой. Один или оба конца всасывающей трубы могут быть скомпонованы и размещены для того, чтобы способствовать течению фильтрующей среды во всасывающую трубу и/или из нее. Например, боковая стенка первого конца всасывающей трубы может включать один или более вырезов, формирующих протоки для обеспечения возможности для некоторой части фильтрующей среды на первом конце всасывающей трубы или вблизи него поступать через боковую стенку всасывающей трубы. Вырезы, образующие протоки, могут иметь любую форму, обеспечивающую возможность поступления достаточного объема фильтрующей среды во всасывающую трубу. Например, вырезы могут быть треугольными, квадратными, полукруглыми или имеющими неправильную форму. Многочисленные протоки могут быть идентичными друг другу и равномерно размещенными вокруг первого конца всасывающей трубы для однородного распределения потока фильтрующей среды во всасывающую трубу.

Всасывающая труба или всасывающие трубы могут быть позиционированы в любом подходящем месте внутри фильтрующей среды. Например, единичная всасывающая труба может, но не обязательно должна быть размещена по центру относительно боковых стенок резервуара. Подобным образом, многочисленные всасывающие трубы в отдельном резервуаре могут быть размещены хаотично, или расположены в единообразном порядке относительно боковых стенок резервуара. В одном варианте исполнения отдельную всасывающую трубу размещают в фильтрующей среде относительно резервуара таким образом, что ось, проведенная от каждого конца всасывающей трубы, совпадает с осью, параллельной боковой стенке резервуара. Многочисленные всасывающие трубы в единичном резервуаре могут, не обязательно должны быть идентичными по объему или площади поперечного сечения. Например, единичный резервуар может включать цилиндрические, конические и прямоугольные всасывающие трубы с различными высотой и площадью поперечного сечения. В одном варианте исполнения резервуар может иметь первую всасывающую трубу, размещенную по центру, имеющую первую площадь поперечного сечения, и многочисленные вторые всасывающие трубы, позиционированные как смежные с боковой стенкой резервуара, в которых каждая из вторых всасывающих труб имеет вторую площадь поперечного сечения, меньшую, чем первая площадь поперечного сечения. В еще одном варианте исполнения резервуар имеет многочисленные идентичные всасывающие трубы.

В еще одном варианте исполнения всасывающая труба может включать перегородку для предотвращения или сокращения обратного течения внутри всасывающей трубы. Перегородка может иметь любые размер и форму, пригодные для конкретной всасывающей трубы. Например, перегородка может представлять собой пластину, надлежащим образом позиционированную на внутренней поверхности всасывающей трубы, или цилиндр, установленный во всасывающей трубе. В одном варианте исполнения перегородка может быть сплошной, или представлять собой пустотелый цилиндр, размещенный по центру внутри всасывающей трубы.

Резервуар с фильтрующей средой также включает питающий впускной канал для отработанной воды, размещенный над фильтрующей средой, и выпускной канал для фильтрата, расположенный под фильтрующей средой. Резервуар также включает первый впускной канал для первой текучей среды, скомпонованный и размещенный для подачи первой текучей среды в первый конец всасывающей трубы, чтобы во время противоточной промывки возбуждать течение фильтрующей среды внутри всасывающей трубы от первого конца всасывающей трубы ко второму концу всасывающей трубы, в то же время создавая течение фильтрующей среды вдоль наружной боковой стенки всасывающей трубы от второго конца всасывающей трубы к первому концу всасывающей трубы.

Действие всасывающей трубной системы во время противоточной промывки создает противоточные течения внутри резервуара и заставляет фильтрующую среду перемещаться так, как в порядке примера показано в установке 100 с фильтрующей средой в Фиг.1. Фильтрующая среда 16 перемещается от первого конца 12 резервуара 20 вдоль наружной стороны всасывающей трубы 18 ко второму концу 14 резервуара 20, где она может затем поступать в первый конец 22 всасывающей трубы 18 рядом со вторым концом 14 резервуара 20, как показано обозначающими течение пунктирными линиями (немаркированными). Фильтрующая среда 16 (показано только частично) затем перемещается внутри всасывающей трубы 18 во внутреннюю область 50 из первого конца 22 всасывающей трубы ко второму концу 24 всасывающей трубы, где она выходит из трубы и поступает в периферийную зону 26 резервуара 20, как показано обозначающими течение пунктирными линиями (немаркированными). Как используемая здесь, «периферийная зона» представляет собой внутренний объем резервуара, не занятый всасывающей трубной системой. Протекая во всасывающей трубе 18, фильтрующая среда 16 может перемешиваться, тем самым высвобождая часть нефти и взвешенных твердых частиц, ранее зафиксированных на фильтрующей среде. Во время противоточной промывки, при выходе из всасывающей трубы и поступлении в периферийную зону, фильтрующая среда находится в турбулентной зоне над всасывающей трубой, в которой фильтрующая среда продолжает перемешиваться, высвобождая дополнительные загрязнения, такие как нефть и взвешенные твердые частицы. Фильтрующая среда 16 представлена в фигурах в виде одинаковых сферических частиц, однако понятно, что фильтрующая среда может быть составлена из частиц с любыми размерами и формами, в том числе частиц с неправильной формой.

Первая текучая среда может представлять собой любую текучую среду для возбуждения перемещения фильтрующей среды через всасывающую трубу. Например, первая текучая среда может быть газом, таким как воздух или добытый газ; жидкостью, такой как фильтрат или фильтруемая отработанная вода; и их комбинацией. В одном варианте исполнения первая текучая среда представляет собой газ. Хотя впускной канал для первой текучей среды показан ниже фильтрующей среды, в других вариантах исполнения впускной канал для первой текучей среды может быть размещен внутри всасывающей трубы 18. Впускной канал для первой текучей среды может включать один или более впускных каналов, размещенных внутри резервуара для подачи первой текучей среды во всасывающую трубную систему, чтобы обеспечивать течение фильтрующей среды через всасывающую трубную систему. Впускной канал для первой текучей среды может иметь любую конфигурацию, пригодную для подачи первой текучей среды во всасывающую трубу. Например, впускной канал для первой текучей среды может представлять собой отверстие, сопло или форсунку для подачи газа, жидкости или их комбинации во всасывающую трубу. В одном варианте исполнения первый впускной канал представляет собой диффузор для подведения газа во всасывающую трубу.

Фильтровый резервуар также может включать один или более вторых впускных каналов для подачи второй текучей среды в периферийную зону. Вторые впускные каналы подают вторую текучую среду на вторую стенку резервуара или вблизи нее для возбуждения течения или способствованию течению среды в сторону первого конца всасывающей трубы. Один или более вторых впускных каналов могут быть размещены внутри резервуара для создания противоточного промывного потока в резервуар и направления фильтрующей среды в сторону всасывающей трубной системы. Вторая текучая среда может представлять собой газ, жидкость, такую как фильтрат или фильтруемая отработанная вода, или их комбинации. В одном варианте исполнения вторая текучая среда представляет собой отработанную воду, отведенную из питающего впускного канала для отработанной воды, или отведенную из выпускного канала для фильтрата. Впускной канал для второй текучей среды может иметь любую конфигурацию, пригодную для подведения второй текучей среды в периферийную зону. Например, впускной канал для второй текучей среды может представлять собой отверстие, сопло или форсунку для подачи газа, жидкости или их комбинации. В одном варианте исполнения второй впускной канал тянется до периферийной зоны. Второй впускной канал может быть протяженным из любого подходящего места, чтобы способствовать распределению воды. Например, второй впускной канал может выступать в периферийную зону из боковой стенки резервуара и/или из боковой стенки всасывающей трубы. В еще одном варианте исполнения второй впускной канал может входить в периферийную зону под углом, обусловливая компонент, направленный по касательной к боковой стенке резервуара.

В еще одном дополнительном варианте исполнения периферийная зона также может включать один или более впускных каналов для первой текучей среды для дополнительного перемешивания слоя фильтрующей среды. Впускные каналы для первой текучей среды в периферийной зоне могут, но не обязательно должны быть идентичными впускному каналу для первой текучей среды, скомпонованному и размещенному для подачи первой текучей среды во всасывающую трубу.

Периферийная зона резервуара может также включать очистную зону, размещенную над вторым концом всасывающей трубы. Фильтрующая среда, выходящая из всасывающей трубы, может быть дополнительно перемешана, чтобы тем самым высвобождать дополнительные нефть и взвешенные твердые частицы из фильтрующей среды во время цикла противоточной промывки.

В одном варианте исполнения, по завершении цикла противоточной промывки, осаждению слоя может способствовать введение газа, такого как воздух или добытый газ, через всасывающую трубную систему, для достаточного взмучивания среды и возможности повторного оседания. Газ может быть введен периодически во время стадии оседания слоя. Слой может быть оставлен для оседания под действием силы тяжести между импульсными подачами газа.

Периодическая импульсная подача газа может также совпадать или перемежаться с периодической импульсной подачей жидкости через впускной канал для второй текучей среды. Импульсные выбросы газа или жидкости могут взмучивать слой в достаточной мере, чтобы позволить слою уплотниться, тем самым сокращая поровый объем и общий объем слоя, по сравнению с традиционными способами осаждения слоя. Обычно после противоточной промывки слои фильтрующей среды оседают под действием силы тяжести и увлекаются прямоточным потоком отработанной воды, что может иметь результатом недостаточное оседание среды и дефекты, в которые прорывается отработанная вода, или каналы в фильтрующей среде, и проскоки нефти и взвешенных твердых частиц.

Еще один вариант исполнения направлен на систему обработки отработанной воды, включающую многочисленные установки с фильтрующей средой для обеспечения непрерывной фильтрации в то время, когда одну или более установок с фильтрующей средой отключают вследствие перевода в режим цикла противоточной промывки или на время стадии оседания слоя. В системе обработки отработанной воды источник отработанной воды, включающей по меньшей мере одно загрязнение, может питать параллельно многочисленные установки с фильтрующей средой. Поток отработанной воды, подводимый к одной или более установкам с фильтрующей средой, может быть прерван, тогда как течение отработанной воды, подводимой к остальным установкам с фильтрующей средой, продолжается. Установка с фильтрующей средой, выведенная из рабочего режима, затем может быть подвергнута противоточной промывке и выдержана для оседания своего слоя перед тем, как быть возвращенной в эксплуатационный режим. Как только установка с фильтрующей средой возвращается в рабочий режим, еще одна установка с фильтрующей средой может быть выведена из эксплуатационного режима для проведения циклов противоточной промывки и оседания слоя.

В некоторых вариантах исполнения система и/или индивидуальное устройство с фильтрующей средой может включать управляющее устройство для прерывания и инициирования потоков, как желательно. Как используемый здесь, термин «прерывать» определяют как полное прекращение течения. Управляющее устройство может направлять поток подводимой отработанной воды, первой и второй текучих сред и газа, в зависимости от желательных условий работы устройства. Управляющее устройство может корректировать или регулировать клапаны, связанные с каждым потенциальным потоком, на основе сигналов, выдаваемых датчиками, размещенными внутри установки. Например, датчик может генерировать первый сигнал, показывающий, что падение давления над слоем фильтрующей среды достигло предварительно заданного значения, тем самым обусловливая срабатывание управляющего устройства для прерывания течения отработанной воды на питающем впускном канале и инициирования течения отработанной воды через второй впускной канал для текучей среды и газа через впускной канал для первой текучей среды. Подобным образом, управляющее устройство может инициировать противоточную промывку на основе второго сигнала, генерированного по истечении предварительно заданного периода времени. Управляющее устройство также может выдавать управляющий сигнал, прерывающий подачу отработанной воды на одно из устройств с фильтрующей средой и инициирующий течение подводимой отработанной воды к еще одному устройству с фильтрующей средой, на основе первого сигнала, второго сигнала и их комбинации.

Еще один вариант исполнения показан в Фиг.2а. Устройство 200 включает цилиндрический резервуар 20, имеющий боковую стенку 40, первую стенку 42 и вторую стенку 44. Фильтрующая среда 16 содержится внутри части резервуара 20 с пластиной 30 для удержания среды, расположенной рядом с первым концом 12 резервуара, и ситом 60, размещенным рядом со вторым концом 14 резервуара. Пластина для удержания среды может иметь любую подходящую конструкцию, такую как сито или перфорированная пластина, для задерживания фильтрующей среды внутри части резервуара, в то же время позволяя подводимой жидкости и загрязнениям проходить в среду и выходить из нее. Резервуар 20 также включает первый конец 12, смежный с первой стенкой 42, второй конец 14, смежный со второй стенкой 44, и впускной канал 32 для подводимой отработанной воды, рядом с первым концом 12 резервуара 20 и над фильтрующей средой 16. В Фиг.2а резервуар 20 также включает выпускной канал 38 для фильтрата, расположенный ниже фильтрующей среды 16 рядом со вторым концом 14 резервуара 20.

В Фиг.2а цилиндрическую всасывающую трубу 18, имеющую первый конец 22 и второй конец 24, размещают по центру внутри фильтрующей среды 16 так, что первый конец 22 всасывающей трубы 18 находится рядом со вторым концом 14 резервуара. Фильтрующую среду 16 также размещают внутри всасывающей трубы 18, и она частично показана в Фиг.2а. Второй конец 24 всасывающей трубы размещают полностью ниже верхнего конца слоя фильтрующей среды так, чтобы в слое присутствовало количество фильтрующей среды, достаточное для повторного заполнения всасывающей трубы по завершении цикла противоточной промывки. Периферийная зона 26 в резервуаре 20 представляет собой область, очерченную объемом фильтрующей среды 16, за исключением пространства, занятого фильтрующей средой во всасывающей трубе 18. Очистная зона 28 в периферийной зоне расположена над верхней поверхностью среды, между верхней поверхностью среды и ситом 30. Сито 30 размещают над очистной зоной 28 рядом с первым концом 12 резервуара 20 для предотвращения потери среды во время противоточной промывки. В Фиг.2а также показана очистная зона 28 в периферийной зоне, размещенная между верхней поверхностью слоя 54 фильтрующей среды и нижней поверхностью сита 30. Фиг.2а показывает сито 30, хотя понятно, что могут быть использованы любое устройство или конструкция, которые удерживают среду в резервуаре. Например, среду можно удерживать с помощью перфорированной пластины или цилиндра, а также цилиндрического сита. Впускной канал 34 для первой текучей среды скомпонован и размещен для подачи первой текучей среды во всасывающую трубу. В Фиг.2а впускной канал 34 для первой текучей среды включает воздушный диффузор 46. Впускной канал 36 для второй текучей среды скомпонован и размещен для подведения второй текучей среды в периферийную зону рядом со вторым концом резервуара 20. Резервуар 20 в Фиг.2а включает выпускной канал 50 для загрязнений, для удаления из резервуара загрязнений, таких как нефть и взвешенные твердые частицы. Необязательно, периферийная зона может включать один или более впускных каналов для первой текучей среды, для частичного оборачивания слоя во время фильтрации, и/или чтобы способствовать расширению и оборачиванию слоя во время противоточной промывки.

Во время фильтрации отработанная вода, содержащая нефть и взвешенные твердые частицы, направляется в подводящий впускной канал 32, проходит через сито 30 и поступает в фильтрующую среду 16 в слое, смежном с первым концом 12 резервуара 20, в сторону второго конца 14, как отмечено обозначающими течение пунктирными стрелками в Фиг.2а. Отработанная вода одновременно проходит через фильтрующую среду 16 во всасывающей трубе 18 из второго конца 24 всасывающей трубы к первому концу 22 всасывающей трубы. Фильтрат выходит из резервуара 20 через выходной канал 38 для фильтрата и может быть направлен для дополнительной обработки или на утилизацию.

Для увеличения продолжительности периода времени, в течение которого производят фильтрацию между противоточными промывками, во время фильтрационного цикла можно импульсами подавать первую текучую среду во всасывающую трубу через впускной канал 34 для первой текучей среды. Необязательно, первую текучую среду во время фильтрации можно подавать импульсами через один или более впускных каналов для первой текучей среды (не показаны), размещенных в периферийной зоне. Как используемое здесь, «пульсирующее течение» определяют как поток текучей среды, который периодически прерывается. Пульсирующее течение может происходить со случайными интервалами или может быть периодическим, в котором течение происходит с регулярной цикличностью между отключением и включением с предварительно заданными промежутками. Период времени, в течение которого протекает текучая среда, может, но не обязательно должен быть таким же, как период времени, в течение которого поток текучей среды прерывается. Например, текучая среда может протекать в течение более длительного или более короткого периода времени, чем период времени, в течение которого поток текучей среды прерывают. В одном варианте исполнения период времени, в течение которого текучая среда протекает, по существу идентичен периоду времени, в течение которого поток текучей среды прерывают.Пульсирующая подача первой текучей среды, такой как газ, может частично оборачивать слой фильтрующей среды, тем самым снижая падение давления и продлевая продолжительность работы между циклами противоточной промывки. Увеличение продолжительности времени фильтрации между циклами противоточной промывки может сокращать общее число противоточных промывок, тем самым сокращая объем промывных стоков, образующихся в течение срока службы фильтровальной установки.

Фильтрация продолжается через фильтрующую среду 16 до тех пор, пока не станет желательной очистка фильтрующей среды противоточной промывкой фильтрующей среды. В одном варианте исполнения противоточная промывка может быть инициирована, когда падение давления в пределах фильтрующей среды достигает предварительно заданного значения, или когда резервуар был в режиме технического обслуживания в течение предварительно заданного времени.

Как показано в Фиг.2b, при инициировании противоточной промывки прерывают поток отработанной воды, подаваемый на питающий впускной канал 32, и поток фильтрата из выпускного канала для фильтрата. Включают поток газа через впускной канал 34 для первой текучей среды и диффузор 46, и инициируют поток отработанной воды через впускной канал 36 для второй текучей среды. В одном варианте исполнения течение второй текучей среды может происходить через выпускной канал для фильтрата, тем самым устраняя необходимость в отдельном впускном канале для второй текучей среды. Течение газа через впускной канал 34 для первой текучей среды может, но не обязательно должно происходить до того, как инициируют течение второй текучей среды. В одном варианте исполнения течение первой и второй текучих сред начинается одновременно, тогда как в еще одном варианте исполнения течение второй текучей среды начинается до того, как инициируют течение первой текучей среды. При введении первой и второй текучих сред слой фильтрующей среды расширяется и перемещается в противоточных потоках внутри резервуара 20, как показано обозначающими течение стрелками в Фиг.2а. В Фиг.2а фильтрующая среда рядом с первым концом 22 всасывающей трубы перемещается в сторону второго конца 24 в направлении, противоположном течению отработанной воды во время фильтрации. Фильтрующая среда 16 рядом со вторым концом 24 всасывающей трубы перемещается вдоль наружной стороны всасывающей трубы в сторону первого конца 22 всасывающей трубы, тем самым обеспечивая частичное или полное оборачивание слоя.

Фильтрующая среда, перемещающаяся через всасывающую трубу, перемешивается, тем самым высвобождая часть нефти и взвешенных твердых частиц, зафиксированных на фильтрующей среде. Фильтрующая среда, выходящая из всасывающей трубы, может дополнительно перемешиваться в очистной зоне, тем самым высвобождая дополнительные нефть и взвешенные твердые частицы из фильтрующей среды. Нефть и взвешенные твердые частицы выводят из резервуара 20 через выпускной канал 50 для загрязнений в Фиг.2b. Газ также удаляют из резервуара 20 через выпускной канал 50 для загрязнений.

Первая текучая среда и вторая текучая среда во время противоточной промывки могут протекать непрерывно. Альтернативно, течение одной или обеих из первой и второй текучих сред может быть периодическим. В одном варианте исполнения воздух непрерывно протекает через всасывающую трубу, тогда как воду подают импульсами в периферийную зону. Пульсирующее течение может быть периодическим, в котором течение происходит с регулярной периодичностью между выключением и включением с предварительно заданными интервалами. Период времени, в течение которого протекает текучая среда, может, но не обязательно должен быть таким же, как период времени, в течение которого поток текучей среды прерывают. Например, текучая среда может протекать в течение более длительного или более короткого периода времени, чем период времени, в течение которого поток текучей среды прерывают. В одном варианте исполнения период времени, в течение которого текучая среда протекает, по существу идентичен периоду времени, в течение которого поток текучей среды прерывают.

В еще одном варианте исполнения первую текучую среду можно периодически подавать во всасывающую трубу, тогда как вторую текучую среду непрерывно подводят во время противоточной промывки. Вторая текучая среда проходит в фильтровый резервуар и в фильтрующую среду из скорлупы грецких орехов в течение первого периода времени, в направлении, противоположном течению жидкости через резервуар, и первая текучая среда проходит через фильтрующую среду из скорлупы грецких орехов во всасывающую трубу в течение второго периода времени, для отделения по меньшей мере части загрязнения из фильтрующей среды. Продолжительность первого периода времени может быть достаточной для выполнения частичного оборачивания, или одного или более полных оборачиваний слоя. Течение первой текучей среды может быть прервано, тогда как течение второй текучей среды продолжается, и загрязнения удаляются. Течение фильтрата через выходной канал для фильтрата может быть прервано, и может быть возобновлено течение первой текучей среды. Затем может быть прервано течение первой текучей среды, тогда как течение второй текучей среды продолжается, чтобы опять провести частичное или полное оборачивание слоя один или более раз. Опять же, может быть удален поток загрязнений, тогда как течение второй текучей среды продолжается. Течение первой текучей среды может непрерывно перемежаться, пока не будет достигнут желательный уровень противоточной промывки. Для завершения цикла противоточной промывки течение первой текучей среды может быть прервано, тогда как течение второй текучей среды продолжается, и загрязнения удаляются из резервуара. При удалении загрязнений течение второй текучей среды может быть прервано, и может быть инициировано прямоточное течение отработанной воды. Комбинация импульсных противоточных промывок может иметь результатом частичное или одно или несколько полных оборачиваний слоя во время противоточной промывки. В одном варианте исполнения слой оборачивают около 3 раз. В еще одном варианте исполнения слой оборачивают около 4 раз.

Система импульсной противоточной промывки обеспечивает преимущества над традиционными способами противоточной промывки в том, что она может сокращать капиталовложения и эксплуатационные расходы благодаря устранению механического оборудования внутри фильтрового резервуара или снаружи резервуара. Способ импульсной противоточной промывки также может быть более простым в исполнении, поскольку он может исключить традиционные рециркуляционные насосы, которые удаляют фильтрующую среду из резервуара для регенерации и затем возвращают регенерированную фильтрующую среду обратно в резервуар. Техническое обслуживание общеупотребительных рециркуляционных насосов часто является затруднительным, поскольку эти насосы часто размещают на высоте от 20 до 25 футов (6,1-7,62 м) над полом. Промывание рециркуляционных трубопроводов при завершении цикла противоточной промывки также может быть затруднительным, и может включать удаление фильтрующей среды вручную. Кроме того, устранение необходимости в механических смесителях и рециркуляционных насосах сокращает вес системы и занимаемую ею площадь. Кроме того, поскольку компоненты противоточной промывки находятся внутри резервуара, они могут быть сформированы из менее дорогостоящих материалов, таких как пластики, поскольку они не работают в рециркуляционной системе под давлением, как традиционные наружные компоненты противоточной промывки. Использование более легких компонентов также может уменьшать затраты на монтаж оборудования в некоторых вариантах применения, таких как платформы для морской добычи, где стоимость монтажных работ значительно возрастает с увеличением веса системы. Еще одно преимущество состоит в том, что газ или воздух, используемые в системе импульсной противоточной промывки, могут быть легкодоступными на многих установках, такие как газ, извлеченный при добыче углеводородов или полученный на нефтеперегонных установках, тем самым устраняя необходимость в компрессоре для подачи газа для системы импульсной противоточной промывки. Более существенно то, что, поскольку система импульсной противоточной промывки может использовать газ и жидкость, это может сокращать объем образующейся промывной жидкости. Кроме того, поскольку фильтрующую среду не удаляют из резервуара во время противоточной промывки, сокращается воздействие на нее трубопроводов и насосов, так что может быть использована фильтрующая среда, имеющая более низкий модуль упругости, чем традиционная фильтрующая среда. Например, скорлупа черного и английского грецкого ореха известна как обеспечивающая превосходное слияние и отфильтровывание нефти, содержащейся в отработанной воде, однако фильтры из скорлупы грецких орехов типично заполняют более дорогой скорлупой черного грецкого ореха, поскольку она имеет более высокий модуль упругости, чем скорлупа английского грецкого ореха, и поэтому имеет более прочную поверхность для применения в наружных системах противоточной промывки. Поскольку согласно одному варианту исполнения операции противоточной промывки выполняют внутри, может быть возможным применение менее дорогостоящей скорлупы английского грецкого ореха без ухудшения производительности.

Как только определяют, что нефть и взвешенные твердые частицы удалены из фильтрующей среды в достаточной степени, и/или противоточная промывка проходила в течение предварительно заданного периода времени, течение первой и второй текучих сред затем прерывают, и в питающий впускной канал направляют поток отработанной воды, как показано в Фиг.2 с, когда фильтрующая среда оседает в слой.

Фиг.3 представляет схематический вид сверху в разрезе устройства 300 с фильтрующей средой, подобного устройству 200 с фильтрующей средой, от которого устройство с фильтрующей средой отличается тем, что имеет четыре всасывающих трубы 18, размещенных в фильтрующей среде 16. Устройство 300 с фильтрующей средой также отличается от фильтрующей среды 200 тем, что устройство 300 также может включать четыре впускных канала для первой текучей среды (не показаны) для направления первой текучей среды к каждой из четырех всасывающих труб. Другие конструкционные особенности устройства 300 могут быть подобными или идентичными таковым в устройстве 200 и поэтому не показаны. Циклы фильтрации и противоточной промывки в устройстве 300 выполняют таким же образом, как в устройстве 200, кроме того, что течение к четырем впускным каналам для первой текучей среды может быть либо инициировано, либо прервано одновременно. Как и для устройства 200, устройство 300 с фильтрующей средой может необязательно включать дополнительные впускные каналы для первой текучей среды и/или впускные каналы для второй текучей среды в периферийной зоне 26, чтобы способствовать оборачиванию слоя. Благодаря присутствию многочисленных всасывающих труб внутри фильтрующей среды можно более равномерно распределять газ, выходящий из всасывающих труб и поступающий в очистную зону, тем самым увеличивая турбулентность перемешивания в очистной зоне для более эффективного удаления нефти и взвешенных твердых частиц из фильтрующей среды. Устранение центральной всасывающей трубы, как показано в Фиг.3, хотя и не является обязательным, может обеспечивать более легкое и более универсальное распределение воды.

Фиг.4 представляет схематическое изображение устройства 400 с фильтрующей средой. Устройство 400 с фильтрующей средой подобно устройству с фильтрующей средой, за тем исключением, что всасывающая труба 18 устройства 400 включает перегородку 62. Перегородка может быть полезной, когда диаметр промывной трубы является достаточно большим для возникновения возможности обратного перемешивания внутри всасывающей трубы. Обратное перемешивание отработанной воды и фильтрующей среды внутри всасывающей трубы может оказывать негативное влияние на течение и перемешивание фильтрующей среды во всасывающей трубе, приводя к ухудшению всасывания на первом конце всасывающей трубы и снижению эффективности оборачивания фильтрующей среды. Перегородке могут быть приданы размеры и форма соответственно конкретному варианту применения. Фиг.4 показывает цилиндрическую перегородку 62, размещенную по центру внутри всасывающей трубы 18. Хотя показаны 4 всасывающих трубы, понятно, что могут быть использованы любое число и компоновка всасывающих труб в такой мере, насколько всасывающая трубная система обеспечивает желательный объем оборачивания среды через резервуар.

В устройстве 400 впускной канал 34 для первой текучей среды, такой как газовый впускной канал, может быть скомпонован и размещен для направления воздуха через всю всасывающую трубу, в том числе наружную часть 66, ограниченную боковой стенкой всасывающей трубы и боковой стенкой перегородок, а также через центральную часть 64 всасывающей трубы, ограниченную боковой стенкой перегородки 62. Наружная область 66 может представлять собой окружную кольцевую область, ограниченную цилиндрической всасывающей трубой и цилиндрической перегородкой. Циклы фильтрации и противоточной промывки в устройстве 400 выполняют таким же образом, как в устройстве 200. Как и в устройстве 200, устройство 400 с фильтрующей средой может необязательно включать дополнительные впускные каналы для первой текучей среды и/или впускные каналы для второй текучей среды в периферийной зоне 26, чтобы способствовать оборачиванию слоя. Во время противоточной промывки фильтрующая среда протекает через центральную часть 64, а также наружную область 66, тогда как фильтрующая среда в периферийной зоне протекает в противоточном направлении. Во время прямоточной фильтрации жидкость, содержащая загрязнения, протекает через фильтрующую среду, размещенную в периферийной зоне 26, наружную область 66 и центральную часть 64.

Фиг.5 представляет схематический вертикальный вид сбоку одного варианта исполнения базовой части 500 всасывающей трубы 518, пригодной для применения в любой из установок 200, 300, 400 с фильтрующей средой. В этом варианте исполнения всасывающая труба 518 включает многочисленные протоки 570 в первом конце 522 всасывающей трубы. Вырезы могут способствовать течению фильтрующей среды из периферийной зоны (не показана) к первому концу 522 и через всасывающую трубу 518. Протоки могут быть идентичными друг другу и размещенными в регулярном порядке вокруг второго конца всасывающей трубы для обеспечения единообразного течения внутри всасывающей трубы. Протоки 570 могут иметь любые размеры и формы, чтобы создавать достаточное течение фильтрующей среды и промывной текучей среды внутри всасывающей трубы при проведении желательного цикла противоточной промывки.

Фиг.6 представляет блок-схему системы 600 для обработки отработанной воды, включающей первое устройство 610 с фильтрующей средой и второе устройство 620 с фильтрующей средой, действующие параллельно. Установки 610 и 620 с фильтрующей средой могут включать резервуар, фильтрующую среду и всасывающую трубу, размещенную внутри среды. Источник 630 отработанной воды, содержащей нефть и взвешенные твердые частицы, сообщается по текучей среде с впускным каналом для подачи отработанной воды в устройство 610 с фильтрующей средой через клапан 632. Подобным образом источник 630 отработанной воды сообщается по текучей среде с впускным каналом для подачи отработанной воды в устройство 620 с фильтрующей средой через клапан 634. Источник отработанной воды сообщается по текучей среде с впускным каналом для второй текучей среды устройства 610 через клапан 636, и также соединен по текучей среде с впускным каналом для второй текучей среды устройства 620 через клапан 638.

Источник 640 газа, такой как воздуходувка, соединен по текучей среде с газовым впускным каналом устройства 610 через клапан 646. Источник 640 газа также сообщается по текучей среде с газовым впускным каналом устройства 620 через клапан 648.

Когда устройство 610 действует в цикле фильтрации, клапан 632 открыт для подведения отработанной воды в устройство. Соответственно этому клапаны 636, 646 закрыты для предотвращения противоточной промывки слоя отработанной водой и газом, соответственно. Подобным образом, клапан 642 остается закрытым, чтобы предотвратить вытеснение отработанной воды газом во время фильтрации.

Устройство 620 может действовать в цикле противоточной промывки в течение всего или части времени, когда устройство 610 работает в цикле фильтрации. Когда устройство 620 действует в цикле противоточной промывки, клапан 634 закрыт, чтобы предотвращать поступление отработанной воды в питающий впускной канал устройства. Клапаны 638, 648 открыты для подведения отработанной воды и газа в цикл противоточной промывки. В системе согласно Фиг.6, управляющее устройство 650 может срабатывать по сигналу, посланному таймером, который указывает на истечение предварительно заданного периода противоточной промывки, и выдает один или более управляющих сигналов на закрывание клапанов 638, 648 и открывание клапана 634, чтобы устройство 620 могло работать в условиях фильтрации.

Необязательно, источник фильтрата может сообщаться по текучей среде с впускным каналом для второй текучей среды первого устройства и впускным каналом для второй текучей среды второго устройства. В еще одном варианте исполнения вторая текучая среда может быть соединена с первым и вторым выпускными каналами для фильтрата для подведения второй текучей среды в первое устройство и второе устройство, тем самым исключая отдельные впускные каналы для второй текучей среды.

В системе на Фиг.6 управляющее устройство 650 может также срабатывать на сигналы от датчиков (не показаны), размещенных в любом конкретном месте внутри системы. Например, датчик в устройстве 610 с фильтрующей средой, работающем в цикле фильтрации, может посылать сигнал, показывающий, что падение давления в пределах слоя фильтрующей среды достигло предварительно заданного значения, при котором может быть желательным выполнение противоточной промывки среды в устройстве 610. Управляющее устройство 650 может срабатывать посыланием одного или более управляющих сигналов на закрывание клапана 632 и открывание клапанов 636, 646 для начала цикла противоточной промывки. Управляющее устройство 650 затем может получать сигналы и отвечать на них попеременным переводом одной или обеих установок 610, 620 в эксплуатационный режим или выведением одной или другой из них из рабочего режима для проведения цикла противоточной промывки.

Во время циклов противоточной промывки одного из устройств 610, 620 управляющее устройство 650 может подавать сигнал клапанам 636, 638, 646, 648, чтобы они оставались постоянно открытыми или открывались и закрывались периодически для проведения пульсирующей противоточной промывки. Во время переключения каждого слоя из цикла противоточной промывки управляющее устройство 650 может также периодически открывать и закрывать клапан 646, 648 для создания импульсных подач газа во всасывающую трубу, чтобы способствовать оседанию слоя. Импульсная подача газа через всасывающую трубу может взмучивать слой, после чего слой оседает под действием силы тяжести. Затем импульсная подача газа может быть опять направлена через всасывающую трубу, чтобы опять взмутить слой, после чего слой оседает под действием силы тяжести. Осаждение слоя в пульсирующем режиме может продолжаться в течение предварительно заданного периода времени или числа импульсов, или до тех пор, пока слой не осядет до желательной высоты, в каковой момент времени клапаны 646, 648 могут оставаться закрытыми, когда инициируют прямоточную подачу от источника 630 отработанной воды. Во время пульсирующего оседания слоя с помощью газа, жидкость может, но не обязательно должна подаваться импульсами в резервуар через клапаны 636, 638, чтобы способствовать оседанию. Импульсная подача жидкости может происходить между моментами или в то же время, когда для оседания слоя проводят импульсную подачу газа.

Фиг.8 представляет блок-схему, иллюстрирующую вариант исполнения изобретения. На Фиг.8 стадия 801 включает пропускание подводимой жидкости в фильтровальное устройство. Фильтрат удаляют во время прямоточной фильтрации в стадии 801. При пропускании подводимой жидкости датчик отслеживает давление в первом фильтровальном устройстве для определения, не достигло ли падение давления в пределах фильтрующей среды предварительно заданного значения, как показано в стадии 802. Если значение падения давления не достигло предварительно заданного значения, подводимая жидкость продолжает проходить через первое фильтровальное устройство, как в стадии 801. Если же показания давления определяют достижение или превышение предварительно заданного значения, течение подводимой жидкости в фильтровальное устройство прерывают в стадии 803.

В Фиг.8, после прерывания течения подводимой жидкости, поток первой текучей среды вводят во всасывающую трубу в резервуаре на стадии 804 в направлении, противоположном течению подводимой жидкости. Поток второй текучей среды также вводят в периферийную зону на стадии 805. В стадии 806 проводят определение того, достаточным ли или нет было оборачивание фильтрующей среды. Это определение может проводиться в течение всего периода времени выполнения стадий 804 и 805. В стадии 806, если оборачивание фильтрующей среды было достаточным, течение первой текучей среды прерывают в стадии 807. Если оборачивание фильтрующей среды было недостаточным, течение второй текучей среды прерывают в стадии 809. После прерывания течения второй текучей среды опять инициируют течение первой текучей среды в стадии 810. Еще раз проводят определение в стадии 811, было ли достаточным или нет оборачивание фильтрующей среды. Если оборачивание слоя было достаточным, то течение первой текучей среды прерывают в стадии 807. Если оборачивание фильтрующей среды было недостаточным, течение второй текучей среды прерывают в стадии 809. Стадии 809-811 повторяют до тех пор, пока в стадии 811 будет определено, что оборачивание фильтрующей среды было достаточным.

Когда в стадии 807 прерывают течение первой текучей среды после определения, что оборачивание фильтрующей среды было достаточным, в стадии 812 из фильтровального устройства удаляют загрязнения. После удаления загрязнений течение второй текучей среды прерывают в стадии 813, и течение жидкости, подводимой в фильтровальное устройство, возобновляют в стадии 814. Фильтрат опять удаляют во время прямоточной фильтрации в стадии 814.

Назначение и преимущества этих и других вариантов осуществления настоящего изобретения будут полнее понятными из нижеследующих примеров. Эти примеры предполагаются быть иллюстративными по своему характеру и не должны рассматриваться как ограничивающие область изобретения.

ПРИМЕР I

Провели эксперимент для определения эффективности противоточной промывки импульсной подачей воды. Испытательное устройство скомпоновали из прозрачной пластмассовой колонки, имеющей диаметр около 12 дюймов (304,8 мм) и высоту около 12 футов (3,66 м). В центр колонки поместили всасывающую трубу с диаметром около 3 дюймов (76,2 мм) и высотой около 5 футов (1,53 м). Воздушный диффузор присоединили к воздушному впускному каналу у основания всасывающей трубы. Три сопла для подачи воды разместили на равных расстояниях друг от друга по наружной стороне колонки. Каждое сопло включало колено для направления воды в колонку по касательной. Колонку заполнили скорлупой черного грецкого ореха на 66 дюймов (1676,4 мм) так, что слой скорлупы выступал приблизительно на 6 футов (1,83 м) над высотой всасывающей трубы.

Провели серию испытаний для измерения действия воздуха и воды при различных значениях расхода потока во время противоточной промывки. Эффективность противоточной промывки измеряли по скорости перемещения скорлупы грецких орехов вниз снаружи всасывающей трубы в периферийной зоне. Часть скорлупы грецких орехов окрасили для визуального подтверждения перемещения во время противоточной промывки. Первоначальные результаты показали, что при пульсирующей подаче воды объем образующейся промывной воды из фильтра из скорлупы грецких орехов был значительно снижен без ущерба эффективности противоточной промывки.

Дополнительные испытания провели с использованием вышеописанного устройства для сравнения непрерывного протекания промывной воды с импульсной подачей воды, в то же время поддерживая на постоянном уровне величину расхода потока воздуха через всасывающую трубу. В первом испытании вода непрерывно протекала в периферийную зону при величине расхода потока около 3 GPM (галлонов в минуту) (11,355 л/мин), в то время как в сравнительном испытании течение воды в периферийную зону было пульсирующим с импульсной подачей воды при величине расхода потока около 6 GPM (22,71 л/мин) в течение около 1 секунды, с последующим прерыванием потока в течение около 1 секунды, для достижения общей величины расхода потока около 3 GPM (11,355 л/мин). Во втором испытании вода непрерывно протекала в периферийную зону при величине расхода потока около 4 GPM (15,14 л/мин), в то время как в сравнительном испытании течение воды в периферийную зону было пульсирующим с импульсной подачей воды при величине расхода потока около 8 GPM (30,28 л/мин) в течение около 1 секунды, с последующим прерыванием потока в течение около 1 секунды, для достижения общей величины расхода потока около 4 GPM (15,14 л/мин). Результаты показаны в Таблице I.

Таблица I Величина расхода потока воды (галлонов в минуту) Скорость (дюймов/минуту) Время оборачивания слоя (минут) 3 Непрерывное течение 596,9 мм/мин 2,8 3 Пульсирующее течение 670,6 мм/мин 2,5 4 Непрерывное течение 713,7 мм/мин 2,3 4 Пульсирующее течение 868,7 мм/мин 1,9

Как можно видеть, пульсирующая подача воды повышает скорость перемещения скорлупы грецких орехов примерно на 12 процентов и сокращает продолжительность оборачивания слоя примерно на 11 процентов, по сравнению с непрерывным течением с величинами расхода потока 3 GPM (11,355 л/мин), в то же время с созданием одинакового объема промывной воды. Подобным образом, пульсирующая подача воды повышает скорость перемещения скорлупы грецких орехов примерно на 21 процент и сокращает продолжительность оборачивания слоя примерно на 17 процентов, по сравнению с непрерывным течением с величинами расхода потока 4 GPM (15,14 л/мин), в то же время с созданием одинакового объема промывной воды.

Эти результаты показывают, что пульсирующая подача воды во время противоточной промывки является более эффективной в том плане, что цикл противоточной промывки может быть выполнен за более короткий период времени, создает меньше промывных стоков, или обеспечивает комбинацию обоих факторов. На основе этих данных была сделана оценка, что пульсирующая противоточная промывка создавала бы 20-30 галлонов (75,7-113,55 литров) воды на квадратный фут (0,093 м²) площади фильтрования, по сравнению с образованием около 160 галлонов (605,6 литров) воды на квадратный фут (0,093 м²) площади фильтрования при непрерывно протекающей воде.

ПРИМЕР II

Провели испытание для определения эффективности противоточной промывки фильтра из скорлупы черного грецкого ореха, имеющего многочисленные всасывающие трубы, по сравнению с единичной всасывающей трубой. В первом испытании изготовили резервуар, имеющий диаметр 4 фута (1,22 м), который имел одну размещенную по центру всасывающую трубу, имеющую диаметр 12 дюймов (304,8 мм). Часть скорлупы грецких орехов окрасили для идентификации, и в различных местах на резервуаре разместили окошки для наблюдения за перемещением скорлупы грецких орехов. Во втором испытании изготовили резервуар, имеющий диаметр 4 фута (1,22 м), который включал 4 всасывающих трубы, каждая из которых имела диаметр 6 дюймов (152,4 мм). Эти 4 всасывающих трубы были равномерно размещены в объеме резервуара. Объем промывной воды и объем газа в обоих испытаниях были идентичными.

Результаты визуального наблюдения показали, что конструкция с многочисленными всасывающими трубами была по меньшей мере столь же эффективной в оборачивании слоя, как и компоновка с одной всасывающей трубой, и в некоторых случаях была даже более эффективной. Без намерения вдаваться в какую-либо конкретную теорию, представляется, что присутствие многочисленных всасывающих труб более равномерно распределяет воздух, выходящий из всасывающих труб и поступающий в очистную зону, тем самым увеличивая турбулентность при перемешивании в очистной зоне для более эффективного удаления нефти и взвешенных твердых частиц с фильтрующей среды.

ПРИМЕР III

Провели контрольное испытание для определения эффективности противоточной промывки фильтра из скорлупы черного грецкого ореха, имеющего перегородку, расположенную во всасывающей трубе. Резервуар с фильтрующей средой, имеющий диаметр 4 фута (1,22 м), оснастили всасывающей трубой, сделанной из трубы с диаметром 12 дюймов (304,8 мм). Перегородку сформировали из трубы с диаметром 6 дюймов (152,4 мм) и разместили по центру во всасывающей трубе. В резервуар с фильтрующей средой вставили прозрачные окошки, чтобы наблюдать за эффективностью противоточной промывки. Результаты визуальных наблюдений в контрольном испытании подтвердили, что всасывающая труба с перегородкой обеспечивает надлежащую противоточную промывку для резервуара с большим диаметром, составляющим 4 фута (1,22 м).

ПРИМЕР IV

Провели испытание для определения эффективности пульсирующей подачи попеременно отработанной воды и воздуха в слой среды из скорлупы черного грецкого ореха на оседание слоя после цикла противоточной промывки. Среду из скорлупы грецких орехов традиционным способом осаждали в резервуаре, имеющем диаметр 12 дюймов (304,8 мм), при подаче отработанной воды в прямоточном потоке в слой высотой 60 дюймов (1524 мм). Затем среду из скорлупы грецких орехов расширили во время цикла противоточной промывки до высоты 66 дюймов (1676,4 мм). Для сравнения, слой традиционным способом осаждали обратно до высоты 60 дюймов (1524 мм) при непрерывном прямоточном потоке в течение около 5 минут. Затем проводили прямоточную подачу для измерения эффективности слоя

Затем среду из скорлупы грецких орехов опять расширили до высоты 66 дюймов (1676,4 мм), после чего в среду из скорлупы грецких орехов попеременно подавали импульсы, или короткие выбросы, отработанной воды и воздуха в противоположном питающему потоку направлении в течение около 2 минут, и оставляли для оседания. Воду подавали импульсами через слой с величиной расхода потока около 1,5 галлона/минуту (5,68 л/мин) в течение одной секунды, после чего подавали импульс воздуха через слой в виде короткого выброса в течение одной секунды. Слой оседал до высоты 53 дюйма (1346,2 мм), что было на 7 дюймов (177,8 мм) меньше, чем исходная высота, приводя к уплотненному слою, имеющему уменьшенный поровый объем в фильтрующей среде. Затем проводили прямоточную подачу на уплотненном слое для определения эффективности уплотненного слоя сравнительно с традиционно осажденным слоем. Результаты общей концентрации нефти на выходе в зависимости от времени при прямоточной фильтрации показаны в Фиг.7. Из этих данных были рассчитаны уравнения линейной регрессии для осажденного традиционным путем слоя, обозначенные как «свободный слой», и осажденного в пульсирующем режиме слоя, обозначенные как «осажденный слой».

Таблица II Время (минут) Общее содержание нефти в выходящем потоке (частей на миллион, ppm), традиционное осаждение Общее содержание нефти в выходящем потоке (ppm), осаждение в пульсирующем режиме Процентов изменения содержания нефти в выходящем потоке 100 19,364 21,292 +10,0 200 26,984 25,512 -4,3 300 34,604 29,732 -14,1 400 42,224 33,952 -19,6 500 49,844 28,172 -23,4 600 57,464 42,392 -26,2 700 65,084 46,612 -28,4 800 72,704 50,832 -30,1

Как видно из вышеприведенных таблиц, по мере увеличения продолжительности фильтрации слой, осажденный в пульсирующем режиме, был значительно более эффективным в удалении общей и свободной нефти из отработанной воды, по истечении 800 минут более чем на 30 процентов. Подобным образом, график также показывает, что с увеличением продолжительности фильтрации осажденный в пульсирующем режиме слой удаляет больше нефти, чем слой, осажденный традиционным путем.

Поэтому осажденный в пульсирующем режиме слой может обеспечивать более продолжительный период времени работы фильтрующей среды из скорлупы грецких орехов, чем традиционно осажденные слои, прежде чем станет желательным проведение противоточной промывки. Увеличение периода времени между циклами противоточной промывки также может сокращать общее количество образующихся промывных стоков на протяжении срока службы среды. Уплотнение слоя также может иметь результатом компоновки слоев с меньшей высотой слоя, тем самым сокращая размер и вес резервуара.

При наличии таким образом описанных нескольких аспектов по меньшей мере одного варианта осуществления настоящего изобретения, должно быть принято во внимание, что квалифицированным специалистами в этой области технологии будут без труда сделаны разнообразные изменения, модификации и усовершенствования. Такие изменения, модификации и усовершенствования предполагаются составляющими часть настоящего изобретения, и предполагаются входящими в пределы смысла и области изобретения. Соответственно этому, вышеприведенные описание и чертежи представлены только в качестве примера.

Настоящее изобретение не ограничивается в его реализации деталями конструкции и компоновки компонентов, изложенными в следующем описании или иллюстрированными в чертежах. Изобретение подразумевает и прочие варианты осуществления и может быть реализовано или исполнено различными путями. Кроме того, использованные здесь фразеология и терминология предназначены для цели описания и не должны рассматриваться как ограничивающие. Применение здесь терминов «включающий», «заключающий в себе», или «имеющий», «содержащий», «содержащий в себе» и их вариаций означает то, что они охватывают объекты, перечисленные после этого и их эквиваленты, а также дополнительные объекты. Только переходные фразы «состоящий из» и «по существу состоящий из» являются замкнутыми или полузамкнутыми переходными выражениями, соответственно, в отношении пунктов формулы изобретения. Как используемый здесь, термин «многочисленные» имеет отношение к двум или более объектам или компонентам.

Настоящее изобретение относится к области очистки отработанной воды в устройстве с фильтрующей средой, имеющем всасывающую трубную систему. Устройство представляет собой компактную установку с фильтрующей средой из скорлупы грецких орехов, имеющей опорную поверхность, достаточно малую для использования в открытом море, и обеспечивает снижение количества промывочной воды, образующейся во время противоточной промывки фильтровальной установки, и сокращение числа мертвых зон, которые не контактируют с промывочной текучей средой. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 10 ил., 2 табл., 4 пр.

1. Фильтровальное устройство, включающее: резервуар; фильтрующую среду из скорлупы грецких орехов, размещенную в резервуаре; питающий впускной канал, размещенный в резервуаре и выше фильтрующей среды; всасывающую трубную систему, размещенную в фильтрующей среде, скомпонованную и предназначенную для, по существу, оборачивания фильтрующей среды; впускной канал для первой текучей среды, скомпонованный и размещенный для подачи первой текучей среды во всасывающую трубную систему, тем самым вызывая оборачивание фильтрующей среды; и выпускной канал для фильтрата, размещенный ниже фильтрующей среды.

2. Фильтровальное устройство по п.1, в котором всасывающая трубная система включает всасывающую трубу, размещенную по центру в резервуаре, формирующую периферийную зону, расположенную между боковой стенкой всасывающей трубы и боковой стенкой резервуара.

3. Фильтровальное устройство по п.2, в котором впускной канал для первой текучей среды включает газовый впускной канал.

4. Фильтровальное устройство по п.3, дополнительно включающее впускной канал для второй текучей среды, скомпонованный и размещенный для подачи второй текучей среды в периферийную зону.

5. Фильтровальное устройство по п.2, в котором газовый впускной канал представляет собой воздушный диффузор.

6. Фильтровальное устройство по п.4, дополнительно включающее многочисленные впускные каналы для второй текучей среды.

7. Фильтровальное устройство по п.6, в котором многочисленные впускные каналы для второй текучей среды простираются в периферийную зону под углом, обусловливающим компонент, направленный по касательной к боковой стенке резервуара.

8. Фильтровальное устройство по п.7, в котором многочисленные впускные каналы для второй текучей среды простираются в периферийную зону под углом, обусловливающим компонент, направленный по касательной к боковой стенке всасывающей трубы.

9. Фильтровальное устройство по п.2, дополнительно включающее перегородку, размещенную во всасывающей трубе.

10. Фильтровальное устройство по п.9, в котором перегородка включает пустотелый цилиндр, имеющий ось, по существу совпадающую с осью всасывающей трубы.

11. Фильтровальное устройство по п.1, в котором всасывающая трубная система включает многочисленные всасывающие трубы, размещенные в резервуаре, формирующие периферийную зону, внешнюю относительно многочисленных всасывающих труб и внутреннюю относительно резервуара.

12. Фильтровальное устройство по п.11, в котором впускной канал для первой текучей среды представляет собой газовый впускной канал, включающий диффузор, размещенный в каждой из многочисленных всасывающих труб.

13. Фильтровальное устройство по п.4, дополнительно включающее газовый впускной канал, размещенный над фильтрующей средой.

14. Фильтровальное устройство по п.1, в котором выпускной канал для фильтрата скомпонован и размещен для удаления фильтрата из резервуара и для подведения второй текучей среды в резервуар.

15. Фильтровальное устройство по п.1, в котором объем фильтрующей среды в резервуаре по меньшей мере примерно в три раза превышает объем всасывающей трубной системы.

16. Фильтровальное устройство по п.15, в котором объем фильтрующей среды в резервуаре примерно в четыре раза превышает объем всасывающей трубной системы.

17. Система для фильтрования отработанной воды, включающая: источник отработанной воды, включающей нефть и взвешенные твердые частицы; многочисленные фильтровальные установки, причем каждая установка включает: резервуар; фильтрующую среду из скорлупы грецких орехов, размещенную в резервуаре; питающий впускной канал, размещенный в резервуаре выше фильтрующей среды и сообщающийся по текучей среде с источником отработанной воды; всасывающую трубную систему, размещенную в фильтрующей среде, скомпонованную и предназначенную для, по существу, оборачивания фильтрующей среды; впускной канал для первой текучей среды, скомпонованный и размещенный для подачи первой текучей среды во всасывающую трубную систему, тем самым вызывая оборачивание фильтрующей среды; и выпускной канал для фильтрата, размещенный ниже фильтрующей среды; и управляющее устройство, связанное с питающим впускным каналом каждой из многочисленных фильтровальных установок; причем управляющее устройство скомпоновано для генерирования первого управляющего сигнала, который инициирует течение отработанной воды в питающий впускной канал первой из многочисленных фильтровальных установок, и для генерирования второго управляющего сигнала, который прерывает течение отработанной воды в питающий впускной канал второй из многочисленных фильтровальных установок.

18. Система по п.17, в которой управляющее устройство скомпоновано для генерирования третьего управляющего сигнала в ответ на срабатывание первого датчика, размещенного в первой из многочисленных фильтровальных установок и скомпонованного для детектирования предварительно заданного значения давления в первой из многочисленных фильтровальных установок, для прерывания течения отработанной воды в питающий впускной канал первой из многочисленных фильтровальных установок.

19. Система по п.18, в которой управляющее устройство скомпоновано для генерирования четвертого управляющего сигнала в ответ на срабатывание первого датчика, для инициирования течения первой текучей среды.

20. Система по п.19, в которой управляющее устройство скомпоновано для генерирования пятого управляющего сигнала в ответ на срабатывание первого датчика, для инициирования течения второй текучей среды.

21. Способ фильтрования загрязненной жидкости, включающей нефть и взвешенные твердые частицы, с использованием устройства по п.1.