Отстойно-коалесцирующий сепаратор нефтесодержащих вод Советский патент 1991 года по МПК C02F1/40 B01D17/28 C02F103/34 

Изобретение относится к устройствам для разделения жидкостей с разными

удельными весами, преимущественно воды м нефти, и может быть использовано в отраслях народного хозяйства, где необходимо отделять одну жидкость от другой.

Известен коалесцирующий сепаратор, содержащий различного рода фильтроэле- менты, например пакеты пластин, патроны, $лои зернистой загрузки и другие, изготов- ;)енные соответственно из синтетических Пористых материалов, волокон, гранул ани- Онита, кварцевого песка и др.

Общими их (фильтроэлементов) недостатками являются ограниченное время работы дозасорения и низкая очистная Способность. Очистная способность фильтроэлементов сепараторов коалесцирующе- г-о типа обусловлена формой проходного Поперечного сечения капилляров или ка- йалов фильтроэлементов, например круг, Многогранник, эллипс, прямоугольник, ромб, которая в используемых в них (филь- т оэлементах) в т.ч. и пористых материалах, носит многообразный случайный (не преднамеренно заданный) характер, следовательно далекий от эффективности и совершенства.

Известен способ выделения масляной фазы, диспергированной в водных средах или растворителях, содержащий плоское пористое текстильное изделие, имеющее ворс со свободными обращенными вверх Концами, обладающее олеофильными свойствами, Нефтесодержащая вода пропускается через поры, имеющие непреднамеренную заданную, близкую к круговой и Произвольной, форму этого фильтроэлемен- та, мелкие капли нефтепродукта задерживаются этими порами и волокнами, укрупняются за счет подъемных сил, поднимаются на поверхность.

Недостатками известного устройства являются незначительное время его работы до засорения, низкая очистная способность.

Известен элемент для коалесценции масляных капель в сточных водах, содержащий (сформован) высокопористый материал, включающий 50% смешанного Е Олокна из полипропилена и/или полиэти- л-ена с опорами и капиллярами такого же характера. В элементе на входе и выходе готока жидкости имеются ребра шириной 1-5 мм, расположенные через 1-5 мм.

Недостатками известного устройства также являются небольшое время работы до засорения и низкая очистная способность.

Известен коалесцирующий сепаратор трюмных вод типа СКМ, содержащий корпус, разделенный перегородкой на ступени первичного и вторичного отстоя, размещенные вертикально в ступени первичного отстоя цилиндрические коалесцирующие

фильтрующие элементы, нефтесборники и датчики уровня. Коалесцирующий фильтро- элемент представляет собой полый цилиндрический стакан из термофицированного (оплавленного) полипропилена. Проходя че0 рез его поры (снаружи во внутреннюю полость корпуса фильтроэлемента)-, нефтеводная эмульсия фильтруется. На внутренней полости элемента образуется подвижный слой из нефтепродукта, который

5 током воды выносится во вторую ступень (гравитационного отстоя) сепаратора. Известный сепаратор на первоначальной стадии очистки обеспечивает очистку нефтесодер- жащих вод до уровня 100 .

0 Недостатком коалесцирующего фильтроэлемента на основе термофицированного полипропилена является небольшой срок работы до засорения, фильтроэлементы подлежат замене через 50-100 ч эксплуата5 ции, что очень мало. Параметрическая (близкая к круговой форме и форме многогранника) система термофицированного полипропилена в процессе фильтрации через нее (особенно вязких

0 нефтепродуктов) быстро заполняется механическими примесями и асфальтами, Это вызывает увеличение перепада давления на фильтроэлементе, рост скорости течения очищаемой воды через незагрязненные по5 ры полипропилена, что вызывает вторичное эмульгирование нефтепродукта, т.е. ухудшение качества очистки.

Известен отстойно-коалесцирующий сепаратор нефтесодержащих вод, содержа0 щий корпус с патрубком подвода нефтесо- держащей жидкости и патрубками отвода воды и нефти, разделенный перегородкой на ступень первичного (грубого) отстоя и ступень тонкой очистки с коалесцирующи5 ми фильтроэлементами. Коалесцирующие фильтроэлементы выполнены в виде пакетов гофрированных полипропиленовых пластин, размещенных последовательно вдоль ступени, В некоторых моделях меж0 ду пакетами пластин установлена дополнительная вертикальная коалесцирующая перегородка. Пластины установлены с зазором 6 мм друг относительно друга, образуя, таким образом, строго определенную

5 форму сечения канала очистки в виде прямоугольника. В верхней части каждого из гофров имеются отверстия диаметром 8 мм. Достоинством известного сепаратора является его меньшая подверженность засорению.

При этом первая ступень (ступень первичного, грубого отстоя) обеспечивает гравитационное отделение крупных капель нефти и выпадание в осадок механических примесей. Вторая ступень (ступень тонкой очистки) воспроизводит одновременно процессы гравитационного отстоя и коалесцен- ции. Поток воды, проходящий через ее пакеты, разделяется на множество прямоугольных тонких слоев воды, движущихся приблизительно с одинаковой скоростью между гофрированными пластинами. Наличие гофров несколько активизирует процесс укрупнения мелких капель, так как происходящие многократные изменения направления движения слоя потока в некоторой степени способствуют более неоднородному распределению его (потока) векторов скоростей (увеличению разности между значениями смежных местных скоростей вертикального продольного сечения потока), что обуславливает некоторое увеличение числа контактов между мелкими каплями потока, а также между каплями и пластинами. Укрупненные капли, находящиеся вблизи отверстий (диаметром 8 мм), расположенных в верхней части каждого из гофров, всплывают через них, а находящиеся поодаль вместе с более мелкими - нали- вают на пластины. Однако очистная способность известного сепаратора (с коа- лесцирующим элементом указанной прямо- угольной формы проходного сечения) недостаточна,

Процесс коалесценции капель в каналах происходит не только путем их налипания по периметру канала (что само по себе зависит от его вида), т.е. скольжением с торможением до полной остановки (или воздействием отрицательного ускорения). Общеизвестно, что коалесценция протекает и внутри канала. Это обусловлено разницей всех значений местных скоростей канала, благодаря чему и происходит соударение и укрупнение капель с разными скоростями движения. Этот вид коалесценции в известном сепараторе недостаточно эффективен. Эпюра поля скоростей ламинарного потока, движущегося через щель, представляет собой параболический цилиндр, вытянутый по оси потока, т.е. налицо разница местных скоростей любого продольного вертикального сечения канала. Эта разница между собой местных скоростей любого продольного вертикального сечения прямоугольного канала прототипа обуславливает некоторую коалесценцию его потока внутри этого канала. В продольных горизонтальных (прямоугольных) сечениях такого потока (т.е.щелевого, правомерно и прототипа)

местные скорости любых точек, расположенных по ширине пластин (т.е. на линии поперек оси потока) на любых по высоте сечений одинаковых уровнях, имеют поэтому одинаковые друг с другом значения, т.е. между каплями в этих точках (на одинаковых уровнях по ширине пластин), потока прототипа отсутствует ускоряющее взаимодействие, а следовательно, и процесс коалесценции. В этом и заключается один из недостатков известного сепаратора, снижающий эффективность его коалесценции. Наличие гофров также и отрицательно сказывается на эффективности процесса коалесценции.

При волнистом течении потока его частицы колеблются в поперечном сечении потока, многократно пересекая продольное волнистое ядро потока по мере его движения. Это начинает неблагоприятно сказываться, начиная с некоторого момента, когда часть нефтепродукта потока концентрируется на поверхностях пластин, а ядро потока от него за счет этого освобождается.

Оно (ядро) становится с этого мог- ента и до самого конца процесса неэффективной областью коалесценции,когда частицы нефти потока производят многократное эквидистантное пересечение зоны с чистой водой

(ядра), где коалесценции уже не происходит, или, наоборот, начинается вторичное эмульгирование. Это также снижает эффективность коалесценции.

I аким образом, недостаточная эффективность коалесценции прототипа объясняется малой эффективностью ее внутри проходного сечения канала в форме прямоугольника. Кроме того,форма периметра его проходного сечения канала в виде того же

прямоугольника также не обуславливает ее высокую степень. Длина периметра прямоугольника (т.е. длина его контактирующей линии при коалесценции) по сравнению с длиной периметра фигуры иной формы при

той же площади не является максимальной. Целью изобретения является повышение эффективности очистки,

Указанная цель достигается тем, что в известном отстойно-коалесцирующем сепараторе нефтесодержащих вод, включающем корпус с патрубком подвода очищаемой жидкости и патрубками отвода воды и нефти, разделенный перегородкой на ступень первичного отстоя и ступень тонкой очистки

с коалесцирующими фильтроэлементами, выполненными в виде пакетов пластин, установленных с зазором друг относительно друга, и размещенными последовательно вдоль ступени, в отличие от него пластины

пакета установлены под углом друг относительно друга. При этом коалесцирующие пластины в пакете фильтроэлемента расположены таким образом, что образуют пилообразную форму своей проекции в вертикальном поперечном сечении, т.е. образуют в поперечном вертикальном сечении пакета фигуры, близкие к треугольникам. Отстойно-коалесцирующий сепаратор с фильтроэлементом, образованном наклоненными подобным образом (с образованием в поперечном вертикальном сечении фигур, близких к треугольникам), разделительными диафрагмами (пластинами), обладает более высокой эффективностью разделения нефтесодержащих жидкостей. Процесс коалесценции внутри сечения его канала протекает более активно.

Основным условием эффективной коалесценции. внутри канала фильтрозлемента является соударение (ускоряющее взаимодействие) капель движущегося потока. Основным условием их контакта (т.е. сближения в движении) при прочих равных условиях является наличие разных скоростей движения соседних капель, движущихся в слое потока.

Этому условию наилучшим образом отвечает форма поперечного (проходного) сечения канала в форме треугольника. Поле скоростей ламинарного потока в треугольном канале образуется с определенной закономерностью, согласно которой скорости точек, расположенных в любом продольном горизонтальном сечении (т.е. на любом по высоте уровне) по ширине пластин (т.е. поперек потока), быстро убывают (возрастают) в направлении ширины пластины к углу (от угла) треугольника. Благодаря этому капли нефтепродукта потока, движущегося через наклоненные друг к другу разделительные пластины фильтроэлемента, образующие треугольный канал, помимо того, что имеют разницу местных скоростей по высоте любого продольного вертикального сечения канала (в силу истечения потока через канал, как таковой), обладают разницей местных скоростей точек любого уровня (т.е. в любом продольном горизонтальном сечении) по ширине пластин (т.е. поперек потока). В силу этого процесс коалесценции внутри канала протекает значительно эффективнее. Более того, длина периметра се- чения канала треугольной формы (треугольника), т.е. длина его контактирующей линии, имеет большую величину (при тех же площадках), нежели длина периметра прямоугольника (прототипа), круга и вообще любой фигуры. Это также способствует повышению эффективности коалесценции.

На фиг.1 представлен отстойно-коалес- цирующий сепаратор, общий вид; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1.

Отстойно-коалесцирующий сепаратор содержит корпус 1 с патрубком подвода 2 нефтесодержащей жидкости, патрубком 3 отвода воды и патрубком 4 отвода нефти,

Разделительной перегородкой 5 корпус 1 разделен на ступени первичного отстоя 6 и тонкой очистки 7. В ступени 7 тонкой очистки размещены коалесцирующие фильтроэ- лементы 8, выполненные в виде пакетов

пластин 9. Пластины 9 в пакетах установлены под углом друг относительно друга (фиг.2). При этом они расположены в пакетах таким образом, что образуют пилообразную форму своей проекции в вертикальном

поперечном сечении. Пластины Р выполнены из термофицированного (оплавленного) полипропилена. В верхней части каждой из пластин имеются отверстия 10 диметром 8 мм. Пакеты пластин установлены в ступени

7 последовательно. Ступень 7 разделена дополнительно, перегородкой 11 из полипропилена. В ступени 6 расположен нефтесборник 12, ступени 6 и 7 имеют ещё и днище 13. Кроме того, ступень 7 содержит

отстойник 14 воды и наклонный подволок 15 с гладкой поверхностью.

Сепаратор оборудован контрольно-измерительными приборами (не показаны). Сепаратор работает следующим образом.

Нефтесодержащая вода поступает через патрубок 2 в ступень 6 первичного отстоя. В ступени 6 (грубой очистки) нефтеводная смесь предварительно разделяется (гравитационно) на нефтепродукты и воду (в результате разности плотностей воды и нефтепродукта). При проходе полости грубой очистки (ступень 6) основная масса наиболее крупных частиц нефтепродукта

всплывает в нефтесборник 12, образуя на поверхности воды пленку, толщина которой увеличивается в процессе работы сепаратора. При этом мелкодисперсные нефтепродукты в воде путем гравитационного отстоя

не разделяются (т.е. силы трения при всплытии мелких капель нефти соизмеримы с подь- емной силой всплытия, а наиболее мелкие частицы подвергаются к тому же и молекулярному воздействию - броуновскому движению, что также препятствует их всплытию). Механические примеси (различные шлаки, нефтекокс, рудный концентрат, загрязняющие трюма-судов) оседают на днище 13.

Пройдя ступень грубой очистки, вода и мелкодисперсный нефтепродукт, увлекаемый потоком, через перегородку 5 поступают в ступень 7 тонкой очистки. При этом они поступают вначале в левую, а затем через полипропиленовую перегородку 11 (точнее ее капилляры) и в правую ее половины, последовательно проходя через внутренние полости фильтроэлементов 8. В них благодаря форме разделительных пластин 9 про- исходит разделение движущегося потока на множество тонких слоев треугольного профиля. Взвешивание в каждом слое мелкие частицы начинают здесь укрупняться (коа- лесцировать) и прилипать к шероховатым поверхностям полипропиленовых пластин 9, налипая на них в убывающем в направлении движения количестве. При этом укруп- ненные капли, находящиеся вблизи отверстий 10, всплывают через них в верх- нюю часть ступени 7, а механические примеси оседают на днище 13. Всплывающие в верхнюю часть ступени 7 укрупненные капли налипают на ее подволок 15, образуя подвижной слой (шубу). По мере увеличения его толщины (укрупнения частиц) его $илы плавучести возрастают, слой перемещается через верхнюю часть проницаемой перегородки 5 в нефтесборник 12, откуда и удаляется через патрубок 4 по мере заполнения нефтесборника. Очищенная вода поступает по ходу движения, как более тяжелый продукт, в отстойник 14 и удаляется через патрубок 3,

Преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с известным является его более высокая очистная способность. Она обусловлена как большей активностью процессов коалесценции, происходящих внутри каналов коалесцирующих фильтроэлементов (в частности по сечению в любой продольной горизонтальной плоскости), так и результативностью процессов коалесценции, происходящих по периметру коалесцирующих пластин, ограничивающих эти каналы.

Формула изобретения

Отстойно-коалесцирующий сепаратор нефтесодержащих вод, содержащий корпус с патрубком подвода жидкости и патрубками отвода воды и нефти, разделенный перегородкой на ступень первичного отстоя и ступень тонкой очистки с коалесцирующими фильтроэлементами, выполненными в виде пакетов пластин, установленных с зазором относительно друг друга, и размещенными последовательно вдоль ступени, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности очистки, пластины пакета установлены под углом друг относительно друга с образованием пилообразной проекции в вертикальном поперечном сечении.

Изобретение относится к устройствам для разделения жидкостей с разными плотностями, преимущественно воды и нефти, и может быть использовано в отраслях народного хозяйства, где необходимо отделять одну жидкость от другой. Целью изобретения является повышение эффективности очистки отстойно-коалесцирующего сепаНедть I ратора. Сепаратор содержит корпус 1 с патрубком 2 подвода нефтесодержащей жидкости и патрубками отвода чистой воды 3 и нефти 4, разделенный перегородкой 5 на ступень 6 первичного отстоя и ступень 7 тонкой очистки с коалесцирующими фильт- роэлементами 8, размещенными вдоль нее последовательно. Фильтроэлементы 8 выполнены в виде пакетов пластин, установленных под углом относительно друг друга таким образом, что они образуют пилообразную форму проекции в вертикальном поперечном сечении. Нефтесодержащая вода проходит грубую очистку в ступени 6 путем гравитационного отделения крупных капель в сборнике 12 и механических примесей в днище 13. При тонкой очистке воды в ступени 7 происходит ее коалесценция в фильт- роэлементах 8 и гравитационное отделение механических примесей. Укрупненные капли всплывают к подволоку 15 и с накоплением перемещаются в сборник 12, откуда и удаляются. 2 ил. i+f fe О ю ю ю со о « j,0чшцекная j-f. wwa Фиг.1

10