RU14141U1 - Отстойно-коалесцирующий сепаратор нефтесодержащих вод - Google Patents

Abstract

Отстойно-коалесцирующий сепаратор нефтесодержащих вод, включающий патрубок подвода нефтесодержащей воды и патрубки отвода воды и нефти, коалесцирующие фильтроэлементы, выполненные в виде пакетов пластин, расположенных с зазором относительно друг друга, отличающийся тем, что каждая из пластин на своей поверхности содержит расположенный по всему ее наружному контуру борт, вертикальную перегородку, высота которой равна высоте борта, верхняя оконечность которой отстоит от борта, а нижняя примыкает к соответствующему борту, патрубок подвода нефтесодержащей воды и патрубок отвода шлама, закрепленные по нормали на поверхности пластины в нижней ее части по одну сторону перегородки, и патрубок отвода воды, закрепленный аналогично в нижней части пластины по другую сторону перегородки, а также патрубок отвода нефти, закрепленный аналогично в верхней части пластины близ борта, при этом высота всех патрубков относительно поверхности пластины равна высоте ее борта, каждый из патрубков имеет радиальные сквозные каналы и сообщается внутренним пространством через соответствующее сквозное отверстие в теле пластины, где он установлен, с пространством противоположной стороны пластины, причем пластины последовательно примыкают друг к другу с плотным сопряжением бортов, перегородок и соответствующих патрубков, а верхняя оконечность перегородки отстоит от борта на расстоянии, соизмеримом с диаметром патрубка отвода нефти.

Description

в 01 D 17/02 С 02 F 1/40

ОТСТОЙНО-КОАЛЕСЦИРУЮЩИЙ СЕПАРАТОР НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ВОД

Полезная модель относится к устройствам для разделения жидкостей с разными удельными весами, преимущественно воды и нефти, и может быть использована в отраслях народного хозяйства, где необходимо отделять одну жидкость от другой, в частности, в судостроении.

Известно устройство, реализованное в способе выделения масляной фазы, диспергированной в водных средах или растворителях (см. патент США Х 4416782, МКИ В 01Д 17/04, опубликованный 22.11.83 г.), содержащее плоское пористое текстильное изделие, имеющее ворс со свободными вверх концами, обладающее олеофильными свойствами.

Нефтесодержащая вода проходит через поры, имеющие преднамеренно заданную, близкую к круговой и произвольной форму этого элемента, мелкие капли нефтепродукта задерживаются этими порами и волокнами, укрупняются и за счет подьемных сил поднимаются на поверхность. Недостатками известного устройства являются незначительное время его работы до засорения и низкая очистная способность, ухудшающаяся еще более по мере загрязнения фильтроэлемента и аномалий в потоке.

Известна нефтеловушка конструкции фирмы «Шелл (США) с параллельными пластинами (см. Г. А.

Роев и др., «Очистка сточных вод и вторичное использование нефтепродуктов., М., «Недра, 1992 г, стр.69)

Пластины, изготовленные из металла толщиной 1 мм, установлены под углом 45.Для предотвращения испарения всплывших нефтепродуктов над пластинами смонтирован желоб, в который собирается нефть. Для уменьшения испарения желоб погружен в воду. Осевший на дно осадок откачивают с помощью специального шланга, установленного на дне нефтеловушки. Параллельные пластины могут иметь различную конфигурацию и быть собранными в секции, например, 100x100 см и длиной 175 см. Число пластин в одной секции равно 24 или 48 при расстоянии между пластинами, соответственно, 4 или 2см. Производительность одной секции сравнительно не высока и составляет 15 или 30 куб. м/ч при расстоякии, соответственно, 4 или 2 см. Из стандартных секций можно собирать отстойник на любую производительность.

Общим недостатком известного устройства является низкое качество очистки из-за отсутствия специальной емкости, которая служила бы для предварительного отделения легкоотделимых нефтяных частиц, окалины, песка и др., вызывающих аномальные потоки.

Известен отстойно-коалесцирующий сепаратор нефтесодержащих вод, разработанный фирмой «Дэюенерал электрик (США), в частности, для морских судов, загруженный блоками гофрированных коалесцирующих пластин, защищенный патентом США № 3847813 от 12 ноября 1974г., который по технической сущности является наиболее близким к заявляемому решению (С.М. Нунупаров, «Предотвращение загрязнения моря с судов, М.., «Транспорт, 1985г., стр.94).

д/2

Известный сепаратор содержит корпус с патрубком подвода нефтесодержащей жидкости и патрубками отвода воды и нефти, разделенный перегородкой на ступень первичного (грубого) отстоя и ступень тонкой очистки с коалесцирующими фильтроэлемеитями Коалесцирующие фильтроэлементы выполнены в виде пакетов гофрированных полипропиленовых пластин, размещенных последовательно вдоль ступени. В некоторых моделях между пакетами пластин установлена дополнительная вертикальная поперечная коалесцирующая перегородка. Пластины установлены с зазором 6 мм относитя ттьно друг друга, образуя строго определенную форму сечения канала очистки в виде прямоугольника. В верхней части каждой из гофров имеются отверстия диаметром 8 мм. Достоинством известного сепаратора является его малая подверженность засорению. При этом, первая ступень (ступень первичного, грубого отстоя) обеспечивает гравитационное отделение крупных капель нефти и выпадение в осадок механических примесей. Вторая ступень (ступень тонкой очистки) воспроизводит одновременно процессы гравитационного отстоя и коалесценции. Поток воды, проходящий через ее пакеты, разделяется на множество прямоугольных жидких слоев воды, движущихся, приблизительно, с одинаковой скоростью между гофрированными пластинами. Наличие гофров несколько активизирует многократные изменения направления движения слоя потока, в некоторой степени способствует гидродинамическому механизму коалесценции, т.е. увеличению числа соприкосновений между частицами нефти. Первично укрупнившись, капли локально скапливаются под гребнями гофр, где переходят в пленочное состояние, которое становится малоЭ /2 2 3

ПОДВИЖНЫМ относительно средней скорости основного потока, чем обеспечивается наиболее вероятностное слияние мелких частиц нефти, находящихся в потоке, с неподвижным пленочным нефтепродз ктом. Взаимодействие частиц нефти с твердой олеофильной поверхностью или с пленочным нефтепродуктом является контактным механизмом коалесценции. Превалирование контактного механизма коалесценции над гидродинамическим или наоборот, зависит от вида и состояния нефтепродукта в смеси, от формы, расположения, материала и других свойств пластин.

Однако, очистная способность известного сепаратора с коалесцирующим фильтроэлементом из пакета гофрированных пластин, установленньи с зазором и параллельно уложенных относительно друг друга, недостаточна.

Известно, что время процесса коалесценции складывается в общем виде из времени сближения частиц нефти, их деформации и взаимного колебания, разрыва пленки, переноса содержимого частиц с образованием новой фазы. Поэтому, средняя скорость движения жидкости между пластинами не должна превышать 1,5-3,0 мм/сек.

Также общеизвестно, что гидродинамический режим складывается из потоков поршневого типа, смешанного, мертвого, обратного и других типов потоков, в том числе и таких, как сегрегация общего потока на два и более элементарных потоков (струй), имеющих различные скорости.

Это означает, что между разными парами пластин известного сепаратора жидкость имеет различные значения скоростей, как по величине, так и по направлед /2 г У

нию. в связи с этим оптимальный режим течения жидкости между пластинами в известном техническом решении не создается.

Следствием этого являются: в мертвых зонах исключение вероятности столкновения частиц нефти, в областях с высокой скоростью движения жидкости относительно пластин - снижение времени контакта между частицами нефти и поверхностью пластин. В этом заключается один из недостатков известного сепаратора, снижающий эффективность процесса коалесценции.

Другим недостатком фильтроэлементов известного сепаратора, как судового оборудования, является то, что в период качки судна, пленочный нефтепродз кт, сконцентрированный под гофрами пластин, обеспечивающий основной контактный механизм коалесценции, бысро вымывается из-под вершин гофр, что снижает эффективность работы сепаратора на судне при качке.

Технической задачей, на выполнение которой направлена заявляемая полезная модель, является устранение указанных недостатков, а именно повышение очистной способности и эффективности работы фильтроэлементов отстойно-коалесцирующего сепаратора.

Указанная техническая задача достигается тем, что в известном отстойно-коалесцирующем сепараторе нефтесодержащих вод, включающем патрубок подвода нефтесодержащей воды и патрубки отвода воды и нефти,коалесцирующиефильтроэлементы,

выполненные в виде пластин, расположенных с зазором относительно друг друга, в ОТЛИЧИЕ ОТ НЕГО каждая из пластин на своей поверхности содержит расположенный по всему ее наружному контуру борт, вертикальную перегородку, высота которой равна

dfi/na/

высоте борта, верхняя оконечность которой отстоит от борта, а нижняя - примыкает к соответствующему борту; патрубок подвода нефтесодержащей воды и патрубок отвода шлама, закрепленные по нормали на поверхности пластины в нижней ее части по одну сторону перегородки, и патрубок отвода воды, закрепленный аналогично в нижней части пластины по другую сторону перегородки, а также патрубок отвода нефти, закрепленный аналогично в верхней части пластины близ борта, при этом, высота всех патрубков относительно поверхности пластины равна высоте ее борта, каждый из патрубков имеет радиальные сквозные каналы и сообщается внутренним пространством через соответствующее сквозное отверстие в теле пластины, где он установлен, с пространством противоположной стороны пластины, причем, пластины последовательно примыкают друг к дрзту с плотным сопряжением бортов, перегородок и соответствующих патрубков, а верхняя оконечность перегородок отстоит от борта на расстоянии, соизмеримом с диаметром патрубка отвода нефти.

Заявляемый отстойно-коалесцирующий сепаратор, выполненный в виде пакета пластин, расположенных с зазором относительно друг друга и плотным сопряжением бортов, перегородок и соответствующих патрубков с радиальными сквозными каналами, обеспечивающими равенство расходов в тонких слоях жидкости между каждой парой пластин, обладает более высокой эффективностью разделения нефтесодеращих вод. Процесс коалесцещии в нем происходит при более благоприятном гидродинамическом режиме в образовавшихся между пластинами тонкослойных потоках.

Как известно, основным условием эффективной коалесценции является такой режим потока жидкости, где отсутствует сегрегация (разделение) общего потока на элементарные струи, которые имеют различные скорости в потоке, общую нестабильность в потоке, вызывающие рециркуляцию и другие аномальные явления в потоке. В совокупности это приводит к тому, что часть нефтесодержащей воды, поступающей в сепаратор, движется через него с высокими скоростями и достигает ьынуска через весьма короткий промежуток времени после входа. При этом вероятность слияния частиц нефти и их всплытие из-за недостатка времени резко снижается и, как следствие, коалесценция сводится к нулю.

Предлагаемый сепаратор в достаточной степени отвечает условию эффективной коалесценции. Радиальные сквозные каналы в соответствующих патрубках, как известно, обладают большим сопротивлением потоку жидкости, чем тонкостенные каналы между пластинами. Следовательно, благодаря некоторому градиенту давления на входе и выходе радиальных сквозных каналов, полностью исключается вероятность обратных токов, а, следовательно, обратных токов и между пластинами. Это, в свою очередь, снижает вероятность образования нестабильности и других аномальных явлений в потоках между пластинами и выпуск через короткий промежуток времени нефтесодержащей воды после входа в сепаратор.

Более того, плотное сопряжение друг с другом бортов пластин, перегородок и соответствующих патрубков, препятствует интенсивному перемещению образовавшегося пленочного нефтепродукта в период качки судна, сохраняя при этом полноценный контактный 1

ханизм коалесценции. Таким образом, обеспечивается достижение поставлеБоной технической задачи.

Заявляемое устройство поясняется следующими графическими материалами.

На фиг.1 представлен общий вид отстойнокоалесцирующего сепаратора.

На фиг. 2- вид пластины в плане.

На фиг. 3- вид пластины в сечении.

Отстойно-коалесщфующий сепаратор содержит патрубок подвода нефтесодержащей воды 1, патрубок отвода воды 2, патрубок отвода нефти 3 и патрубок отвода шлама 4, закрепленные по нормали к поверхности пластин 5. Каждая из пластин 5 на своей поверхности имеет борт 6, вертикальную перегородку 7, разделяющую полость грубой очистки 8 от полости тонкой очистки 9. Каждый из патрубков имеет радиальные сквозные каналы 10. Плотное примыкание пластин 5 друг к другу обеспечивается болтами 11 и гайками 12. К каналам 10 всех патрубков первой пластины присоединены соответствующие трубки 13 взятия проб с запорной арматурой 14. Сепаратор оборудован необходимыми контрольно-измерительными приборами (не показаны).

Сепаратор используют следующим образом. Нефтесодержащая вода поступает через патрубок 1 и каналы 10 в полость грубой очистки 8 каждой из пластин 5, где в восходящем потоке крупные капли нефти легко всплывают, а мелкие скоалесщфовавшись на олеофильной поверхности пластин медленно сползают вдоль пластин вверх, где скапливается пленочный нефтепродукт. Толщина пленки увеличивается в процессе работы сепаратора. При чрезмерном скоплении пленочного нефтепродукта, что контролируют через арматуру 14, его

удаляют через патрубок отвода нефти 3. Происходит его удаление по всем пластинам. Выделившиеся механические примеси оседают в нижней части каждой из полостей 8, откуда периодически удаляются через патрубок отвода шлама 4, Удаление шлама происходит по всем полостям 8, вода у верха перегородки поступает в полость очистки 9 для дополнительной очистки. Здесь, изза низкой концентрации твердых примесей, характер движения жидкости наиболее благоприятен для динамического механизма коалесценции. В результате этого, укрупненные частицы нефти концентрируются в зоне малых скоростей, т.е. вблизи поверхностей пластин, где образуют подвижный слой (шубу, не показано.) По мере увеличения его толщины, силы плавучести возрастают, и слой перемещается вверх в зону скопления пленочного нефтепродз сга, откуда его удаляют по патрубку 3, а очищенную воду удаляют через патрубок 2 сепаратора.

Предлагаемый сепаратор отличается высокой очистной способностью, конструктивной простотой и технологичностью изготовления.

Достоинством сепаратора является возможность реализации принципа «модульности его изготовления и поставки потребителю. Начальник патентного отдела „.

зп г Е. Г. Непомнящий

Claims (1)

1. Отстойно-коалесцирующий сепаратор нефтесодержащих вод, включающий патрубок подвода нефтесодержащей воды и патрубки отвода воды и нефти, коалесцирующие фильтроэлементы, выполненные в виде пакетов пластин, расположенных с зазором относительно друг друга, отличающийся тем, что каждая из пластин на своей поверхности содержит расположенный по всему ее наружному контуру борт, вертикальную перегородку, высота которой равна высоте борта, верхняя оконечность которой отстоит от борта, а нижняя примыкает к соответствующему борту, патрубок подвода нефтесодержащей воды и патрубок отвода шлама, закрепленные по нормали на поверхности пластины в нижней ее части по одну сторону перегородки, и патрубок отвода воды, закрепленный аналогично в нижней части пластины по другую сторону перегородки, а также патрубок отвода нефти, закрепленный аналогично в верхней части пластины близ борта, при этом высота всех патрубков относительно поверхности пластины равна высоте ее борта, каждый из патрубков имеет радиальные сквозные каналы и сообщается внутренним пространством через соответствующее сквозное отверстие в теле пластины, где он установлен, с пространством противоположной стороны пластины, причем пластины последовательно примыкают друг к другу с плотным сопряжением бортов, перегородок и соответствующих патрубков, а верхняя оконечность перегородки отстоит от борта на расстоянии, соизмеримом с диаметром патрубка отвода нефти.