Устройство для очистки попутно добываемой воды Российский патент 2025 года по МПК C02F1/28 B01D24/14 

Изобретение относится к устройствам водоочистки и водоподготовки попутно добываемой воды и может быть использовано на объектах нефтедобывающих производств или коммунальном хозяйстве.

Известен фильтр для очистки сточных вод от нефтепродуктов и взвешенных частиц (патент на ИЗ RU №2118948, МПК C02F 3/04, B01D 24/18, опубл. 20.09.1998), работающий следующим образом. В контейнер устанавливают фильтр, представляющий собой прямоугольный металлический корпус в форме параллелепипеда с вертикальной перегородкой, укрепленной по всей высоте корпуса, а днище корпуса выполнено решетчатым из металлических прутьев, откидным, закреплено на двух шарнирах и имеет возможность поворачиваться (открываться) на этих шарнирах, а также фиксироваться при помощи двух петель и фиксатора. Корпус фильтра с загрузкой (сорбентом) устанавливают в контейнер, контейнер имеет подводящий и отводящий патрубки с фланцами, а в корпусе фильтра соосно с осями патрубков изготовлены отверстия. Для герметичного соединения отверстий патрубков контейнера и фильтра применяют резиновые кольцевые камеры, надувают их воздухом и таким образом достигают эффективного уплотнения между стенками контейнера и стенками корпуса фильтра, исключающего протекание очищаемой воды, минуя фильтрующую загрузку (сорбент).

Недостатком данного технического решения является недостаточная надежность и недостаточная эффективность в условиях работы с большим объемом воды, загрязненной нефтепродуктами и взвешенными частицами, поскольку в данном устройстве необходимо периодически контролировать герметичность уплотнения между стенками контейнера и стенками корпуса, проходимость днища корпуса и работоспособность шарниров в условиях постоянного осаждения взвешенных частиц и увлечения части сорбента при перетоке воды в нижней части корпуса. Недостаточная эффективность обусловлена тем, что при сильном загрязнении сорбента и увлечении нефтепродуктов за перегородку возникнет естественное разделение фаз, где в зону выходного патрубка в первую очередь попадает нефтяная фаза.

Известен интегрированный фильтр (патент на ПМ RU №206576, МПК B01D 24/18, B01D 25/02, B01D 17/02, C10G 31/09, опубл. 16.09.2021), включающий в себя корпус, кассеты с установленными в них фильтрующими элементами различной пористости, отличающийся тем, что он содержит диафрагмы с направляющими соплами, при помощи которых в каждом канале очистки реализуется гидродинамический процесс очистки топлива, не изменяя угла направления потока топлива.

Недостатком данного технического решения является сложность обслуживания и недостаточная надежность из-за возможности закупоривания кассет с фильтрующими элементами и необходимости периодического обслуживания.

Наиболее близким является двухступенчатый напорный фильтр (патент на ИЗ RU №2527216, МПК B01D 24/18, опубл. 27.08.2024), содержащий вертикальный цилиндрический корпус со сферическими крышкой и днищем, верхнее и нижнее распределительные устройства с фильтрующими элементами, трубопровод с запорно-регулирующей арматурой для подачи очищаемой воды и отвода промывной воды, трубопровод с запорно-регулирующей арматурой для подачи промывной воды и отвода очищенной воды, подключенный к нижнему распределительному устройству, слой плавающей гранулированной загрузки и тяжелую многослойную загрузку, отличающийся тем, что корпус герметично разделен горизонтальной перегородкой на верхнюю и нижнюю камеры и снабжен центральной вертикальной трубой, соединенной верхним концом с верхним распределительным устройством и проходящей через горизонтальную перегородку в верхнюю часть нижней камеры, и двумя средними распределительными устройствами, снабженными фильтрующими элементами, одно среднее распределительное устройство расположено в основании верхней камеры и подключено к трубопроводу подачи очищаемой воды и отвода промывной воды, а другое среднее распределительное устройство размещено в верхней части нижней камеры и соединено с нижним концом центральной вертикальной трубы, при этом слой плавающей гранулированной загрузки расположен в верхней камере, а слой тяжелой многослойной загрузки - в нижней камере.

Недостатком данного устройства является недостаточная эффективность и сложность обслуживания, обусловленные возможным наличием в природной и сточной воде механических загрязнений, которые будут скапливаться в нижней части верхней камеры, препятствуя работе среднего распределительного устройства, причем очистка подобного осадка невозможна заявленным способом подачи промывной воды. Существенным недостатком является и способ перетока жидкости из верхней камеры в нижнюю через верхнее распределительное устройство, поскольку в случае присутствия в сточной воде, например, нефтяной фазы, она будет концентрироваться преимущественно у верхнего распределительного устройства.

Технической задачей предлагаемого технического решения является создание эффективного, надежного и простого в обслуживании устройства для очистки попутно добываемой воды.

Техническая задача решается устройством для очистки попутно-добываемой воды, содержащее корпус, герметично разделенный на верхнюю и нижнюю камеры, заполненные слоем гранулированной загрузки, вертикальную трубу, сообщающую верхнюю и нижнюю камеры, патрубки входа и выхода попутно-добываемой воды, верхнее распределительное устройство, расположенное в верхней части верхней камеры и соединенное с верхним концом вертикальной трубы, нижнее распределительное устройство, соединенное с патрубками входа попутно-добываемой воды, и вертикальные перегородки, разделяющие нижнюю камеру на левую, правую и центральную секции.

Новым является то, что нижний конец вертикальной трубы опущен в нижнюю камеру центральной секции не менее чем на 1/3 ее высоты и снабжен сеткой, удерживающей гранулированный материал, нижние части вертикальных перегородок имеют щели и/или отверстия, основания левой и правой секций имеют углубления с дренажным патрубком, а корпус снабжен ревизионным патрубками, верхние концы которых расположены в верхней части корпуса и герметично закрыты съемными крышками, а нижние концы расположены в верхних частях верхней и нижней камер.

Также новым является то, что нижние части вертикальных перегородок имеют щели и/или отверстия с мелкодисперсной сеткой.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства для очистки попутно добываемой воды в продольном разрезе.

Устройство для очистки попутно добываемой воды состоит из цилиндрического горизонтального корпуса 1, герметично разделенного на верхнюю 2 и нижнюю камеры 3, заполненные слоем гранулированной загрузки (показано условно). Верхняя камера 2 и нижняя камера 3 сообщены между собой вертикальной трубой 4, которая жестко закреплена к корпусу (не показано) и герметично проходит из верхней камеры 2 в нижнюю 3. Патрубки входа 5 для попутно добываемой воды расположены в верхней части нижней камеры 3 с противоположных сторон корпуса 1. Патрубки выхода 6 попутно добываемой воды расположены в нижней части верхней камеры 2 с противоположных сторон корпуса 1. Верхний конец вертикальной трубы 4 жестко соединен с верхним распределительным устройством 7 любым удобным способом, например, через фланцевое соединение, сваркой и т.д. Верхнее распределительное устройство 7 представляет собой перфорированную трубу, причем размер и расположение отверстий выбрано с возможностью обеспечить равномерное распределение жидкости по верхней камере 2. Нижнее распределительное устройство 8 представляет собой перфорированные трубы, соединенные с патрубками входа 5 любым известным способом (например через муфты, сварку и т.д.) и дополнительно крепятся на корпусе любым известным способом, например, на кронштейнах (показано условно). Размер и расположение отверстий на перфорированных трубах нижнего распределительного устройства 8 выбирается таким образом, чтобы обеспечить равномерное распределение жидкости по нижней камере 3.

Вертикальные перегородки 9 жестко закреплены на корпусе 1 и разделяют нижнюю камеру 3 на левую секцию 10, центральную секцию 11 и правую секцию 12. Нижний конец вертикальной трубы 4 опущен в нижнюю камеру 3 центральной секции 11 не менее чем на 1/3 ее высоты и снабжен сеткой 13, удерживающей гранулированный материал (показан условно). Нижние части вертикальных перегородок 9 имеют щели и/или отверстия (показаны условно), размер которых выбирается эмпирически, с обеспечением необходимой пропускной способности и в зависимости от характера и размера твердых взвешенных частиц, обнаруженных в пробах попутно добываемой воды. В случае обнаружения в попутно добываемой воде крупнодисперсных частиц и необходимости ее фильтрования нижние части вертикальных перегородок 9 имеют щели и/или отверстия (показано условно) с мелкодисперсной сеткой (не показано). Основания левой секции 10, центральной секции 11 и правой секции 12 имеют углубления 14 с дренажными патрубками 15. Нижние концы дренажных патрубков 15 снабжены герметичными заглушками на фланцевом соединении. Размеры дренажных патрубков 15 выбираются таким образом, чтобы обеспечить выход осажденных твердых частиц и сорбента в момент обслуживания. Для ревизии уровня жидкости, откачки нефтяной фазы и подачи промывочной жидкости при обслуживании корпус 1 снабжен ревизионным патрубками 16, верхние концы которых расположены в верхней части корпуса 1 и герметично закрыты съемными крышками 17 на фланцевом соединении, а нижние концы расположены в верхней части верхней камеры 2 и верхней части нижней камеры 3.

Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на работоспособность устройства, на чертеже (фиг. 1) не показаны или показаны условно.

Устройство работает следующим образом.

Устройство для очистки попутно добываемой воды устанавливается на жесткое основание (показано условно) таким образом, чтобы корпус 1 был установлен ровно по отношению к горизонту. Попутно добываемая вода подается в патрубки входа 5 и распределяется по нижней камере 3 через нижнее распределительное устройство 8. При взаимодействии с попутно добываемой водой с сорбент (показано условно) задерживает в себе нефтепродукты и взвешенные вещества, т.е. попутно добываемая вода подается из распределительного устройства проходит фильтрацию сверху вниз. Нефтяная фаза и сорбент задерживаются в верхней части нижней камеры 3. По мере наполнения нижней камеры 3 и поступления попутно добываемой воды в левую 10 и правую секцию 12 происходит постепенный переток попутно добываемой воды, прошедшей через слой гранулированной загрузки, в центральную секцию 11 через щели и/или отверстия в нижней части вертикальных перегородок 9. По мере подачи попутно добываемой воды в патрубки входа 5, происходит увеличение уровня в вертикальной трубе 4, причем преимущественно за счет отфильтрованной попутно добываемой воды, т.к. вертикальная труба 4 опущена в нижнюю камеру 3 как минимум на 1/3 от ее высоты и снабжена сеткой 13, удерживающей гранулированный материал, а слой гранулированной загрузки и нефтяной фазы концентрируется в верхней части центральной секции 11, постепенно вытесняя очищенную воду большей плотности в нижние слои. Осажденные твердые частицы при этом скапливаются в углублениях 14. Через вертикальную трубу 4 жидкость поступает в верхнее распределительное устройство 7 и распределяется по верхней камере 2, проходит вторую ступень фильтрации через очередной слой гранулированной загрузки и выводится через патрубки выхода 6.

Оценку состояния сорбента и количества образовавшейся нефтяной фазы оценивают благодаря образцам, взятым из ревизионных патрубков 16. Для забора пробы необходимо полностью перекрыть подачу жидкости в патрубки входа 5 запорной арматурой (не показано). Одновременно перекрывают патрубки выхода 6. Для забора пробы из верхней камеры 2 необходимо открутить съемную крышку 17 с ревизионного патрубка, сообщенного с верхней камерой, присоединить к нему шланг (не показано) и насосом (не показано) откачать пробу для проведения анализа. Для забора пробы из нижней камеры 3 необходимо открутить съемную крышку 17 с ревизионного патрубка, сообщенного с нижней камерой, присоединить к нему шланг (не показано) и насосом (не показано) откачать пробу для проведения анализа. Если проба содержит минимально допустимое количество нефти и гранулированный материал не утратил свою функциональность, то можно закручивать съемную крышку 17 и запускать устройство в работу. Если анализ пробы указывает на значительное содержание нефти, то необходимо осуществить частичную промывку устройства. Если анализ пробы указывает на утрату гранулированным материалов своей функциональности, то устройство подвергают глубокой промывке и регенерации гранулированной загрузки.

Для проведения частичной промывки верхней камеры 2 необходимо подать в нее чистую промывочную воду через патрубок выхода 6. При этом съемная крышка 17 ревизионного патрубка 16, сообщенного с верхней камерой 2 должна быть открыта, а сам патрубок сообщен с резервуаром для слива технологической жидкости (не показано). Промывочную воду нагнетают до тех пор, пока не будет вытеснена нефтяная фаза. После прекращения подачи промывочной жидкости патрубок выхода перекрывают, через ревизионный патрубок засыпают утраченное количество гранулированного материала, закрывают съемную крышку 17 и запускают устройство в работу. Процедуры для промывки нижней камеры 3 проводят аналогичным образом.

Глубокую промывку с регенерацией гранулированной загрузки проводят следующим образом. В ревизионный патрубок 16, сообщенный с верхней камерой 2 подают чистую промывочную воду. При этом слив осуществляется через патрубки подачи 5 в течение нескольких минут. Затем чистую промывочную воду в течение нескольких минут начинают подавать и через патрубки подачи 5, открыв при этом дренажный патрубок 15, находящийся в центральной секции 11. Затем открывают патрубки выхода 6 и дренажные патрубки 15 в левой секции 10 и правой секции 12, осуществляя подачу чистой промывочной воды через ревизионные патрубки 16 и патрубки для входа 5 до полного вымывания гранулированного материала. После завершения процедуры регенерированный и/или новый гранулированный материал засыпают через ревизионные патрубки 16 и закрывают их съемными крышками 17, все дренажные патрубки перекрываются, патрубки выхода 6 соединяются с линией для очищенной попутно добываемой воды, а в патрубок входа 5 подается попутно добываемая вода с нефтедобывающего производства.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает эффективную очистку попутно добываемой воды, надежно и просто в обслуживании за счет двухкамерной многосекционной очистки с межфазной перекачкой из нижней камеры в верхнюю, наличии углублений для сбора твердых взвешенных частиц и наличии ревизионных и дренажных патрубков для отбора пробы и осуществления обслуживания в двух режимах, частичной или глубокой промывки с регенерацией гранулированной загрузки.

Изобретение относится к устройствам водоочистки и водоподготовки попутно добываемой воды и может быть использовано на объектах нефтедобывающих производств или коммунальном хозяйстве. Устройство для очистки попутно добываемой воды состоит из цилиндрического горизонтального корпуса, герметично разделенного на верхнюю и нижнюю камеры, заполненные слоем гранулированной загрузки. Верхняя камера и нижняя камера сообщены между собой вертикальной трубой, которая жестко закреплена к корпусу и герметично проходит из верхней камеры в нижнюю. Патрубки входа для попутно добываемой воды расположены в верхней части нижней камеры с противоположных сторон корпуса. Патрубки выхода попутно добываемой воды расположены в нижней части верхней камеры с противоположных сторон корпуса. Верхний конец вертикальной трубы жестко соединен с верхним распределительным устройством. Вертикальные перегородки разделяют нижнюю камеру на левую секцию, центральную секцию и правую секцию. Нижний конец вертикальной трубы опущен в нижнюю камеру центральной секции не менее чем на 1/3 ее высоты и снабжен сеткой, удерживающей гранулированный материал. Нижние части вертикальных перегородок имеют щели и/или отверстия. Основания левой секции, центральной секции и правой секции имеют углубления с дренажными патрубками. Нижние концы дренажных патрубков снабжены герметичными заглушками на фланцевом соединении. Для ревизии уровня жидкости, откачки нефтяной фазы и подачи промывочной жидкости при обслуживании корпус снабжен ревизионным патрубками, верхние концы которых расположены в верхней части корпуса и герметично закрыты съемными крышками, а нижние концы расположены в верхней части верхней камеры и верхней части нижней камеры. Предлагаемое техническое решение обеспечивает эффективную очистку попутно добываемой воды, надежно и просто в обслуживании. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для очистки попутно добываемой воды, содержащее корпус, герметично разделенный на верхнюю и нижнюю камеры, заполненные слоем гранулированной загрузки, вертикальную трубу, сообщающую верхнюю и нижнюю камеры, патрубки входа и выхода попутно добываемой воды, верхнее распределительное устройство, расположенное в верхней части верхней камеры и соединенное с верхним концом вертикальной трубы, нижнее распределительное устройство, соединенное с патрубками входа попутно добываемой воды, и вертикальные перегородки, разделяющие нижнюю камеру на левую, правую и центральную секции, отличающееся тем, что нижний конец вертикальной трубы опущен в нижнюю камеру центральной секции не менее чем на 1/3 ее высоты и снабжен сеткой, удерживающей гранулированный материал, нижние части вертикальных перегородок имеют щели и/или отверстия, основания левой, центральной и правой секций имеют углубления с дренажными патрубками, а корпус снабжен ревизионными патрубками, верхние концы которых расположены в верхней части корпуса и герметично закрыты съемными крышками, а нижние концы расположены в верхних частях верхней и нижней камер.

2. Устройство для очистки попутно добываемой воды по п.1, отличающееся тем, что нижние части вертикальных перегородок имеют щели и/или отверстия с мелкодисперсной сеткой.