SU1699939A1 - Отстойно-коалесцирующий сепаратор нефтесодержащих вод - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к устройствам дл  разделени  жидкостей с разными плотност ми , преимущественно воды и нефти, и может быть использовано в отрасл х народного хоз йства, где необходимо отдел ть одну жидкость от другой. Целью изобретени   вл етс  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 отсто  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. Нефтесодержаща  вода проходит грубую очистку в ступени 6 путем гравитационного отделени  крупных капель в сборнике 12 и механических примесей в днище 13. При тонкой очистке воды в ступени 7 происходит ее коалесценци  в фильт- роэлементах 8 и гравитационное отделение механических примесей. Укрупненные капли всплывают к подволоку 15 и с накоплением перемещаютс  в сборник 12, откуда и удал ютс . 2 ил. i+f fe О ю ю ю со о « j,0чшцекна  j-f. wwa Фиг.1

Description

Изобретение относитс  к устройствам дл  разделени  жидкостей с разными

удельными весами, преимущественно воды м нефти, и может быть использовано в отрасл х народного хоз йства, где необходимо отдел ть 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  вл ютс  ограниченное врем  работы дозасорени  и низка  очистна  Способность. Очистна  способность фильтроэлементов сепараторов коалесцирующе- г-о типа обусловлена формой проходного Поперечного сечени  капилл ров или ка- йалов фильтроэлементов, например круг, Многогранник, эллипс, пр моугольник, ромб, котора  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 выделени  масл ной фазы, диспергированной в водных средах или растворител х, содержащий плоское пористое текстильное изделие, имеющее ворс со свободными обращенными вверх Концами, обладающее олеофильными свойствами, Нефтесодержаща  вода пропускаетс  через поры, имеющие непреднамеренную заданную, близкую к круговой и Произвольной, форму этого фильтроэлемен- та, мелкие капли нефтепродукта задерживаютс  этими порами и волокнами, укрупн ютс  за счет подъемных сил, поднимаютс  на поверхность.

Недостатками известного устройства  вл ютс  незначительное врем  его работы до засорени , низка  очистна  способность .

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

Недостатками известного устройства также  вл ютс  небольшое врем  работы до засорени  и низка  очистна  способность.

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

фильтрующие элементы, нефтесборники и датчики уровн . Коалесцирующий фильтро- элемент представл ет собой полый цилиндрический стакан из термофицированного (оплавленного) полипропилена. Проход  че0 рез его поры (снаружи во внутреннюю полость корпуса фильтроэлемента)-, нефтеводна  эмульси  фильтруетс . На внутренней полости элемента образуетс  подвижный слой из нефтепродукта, который

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

0 Недостатком коалесцирующего фильтроэлемента на основе термофицированного полипропилена  вл етс  небольшой срок работы до засорени , фильтроэлементы подлежат замене через 50-100 ч эксплуата5 ции, что очень мало. Параметрическа  (близка  к круговой форме и форме многогранника) система термофицированного полипропилена в процессе фильтрации через нее (особенно в зких

0 нефтепродуктов) быстро заполн етс  механическими примес ми и асфальтами, Это вызывает увеличение перепада давлени  на фильтроэлементе, рост скорости течени  очищаемой воды через незагр зненные 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) отсто  и ступень тонкой очистки с коалесцирующи5 ми фильтроэлементами. Коалесцирующие фильтроэлементы выполнены в виде пакетов гофрированных полипропиленовых пластин, размещенных последовательно вдоль ступени, В некоторых модел х меж0 ду пакетами пластин установлена дополнительна  вертикальна  коалесцирующа  перегородка. Пластины установлены с зазором 6 мм друг относительно друга, образу , таким образом, строго определенную

5 форму сечени  канала очистки в виде пр моугольника . В верхней части каждого из гофров имеютс  отверсти  диаметром 8 мм. Достоинством известного сепаратора  вл етс  его меньша  подверженность засорению .

При этом перва  ступень (ступень первичного , грубого отсто ) обеспечивает гравитационное отделение крупных капель нефти и выпадание в осадок механических примесей. Втора  ступень (ступень тонкой очистки) воспроизводит одновременно процессы гравитационного отсто  и коалесцен- ции. Поток воды, проход щий через ее пакеты, раздел етс  на множество пр моугольных тонких слоев воды, движущихс  приблизительно с одинаковой скоростью между гофрированными пластинами. Наличие гофров несколько активизирует процесс укрупнени  мелких капель, так как происход щие многократные изменени  направлени  движени  сло  потока в некоторой степени способствуют более неоднородному распределению его (потока) векторов скоростей (увеличению разности между значени ми смежных местных скоростей вертикального продольного сечени  потока), что обуславливает некоторое увеличение числа контактов между мелкими капл ми потока, а также между капл ми и пластинами . Укрупненные капли, наход щиес  вблизи отверстий (диаметром 8 мм), расположенных в верхней части каждого из гофров, всплывают через них, а наход щиес  поодаль вместе с более мелкими - нали- вают на пластины. Однако очистна  способность известного сепаратора (с коа- лесцирующим элементом указанной пр мо- угольной формы проходного сечени ) недостаточна,

Процесс коалесценции капель в каналах происходит не только путем их налипани  по периметру канала (что само по себе зависит от его вида), т.е. скольжением с торможением до полной остановки (или воздействием отрицательного ускорени ). Общеизвестно , что коалесценци  протекает и внутри канала. Это обусловлено разницей всех значений местных скоростей канала, благодар  чему и происходит соударение и укрупнение капель с разными скорост ми движени . Этот вид коалесценции в известном сепараторе недостаточно эффективен. Эпюра пол  скоростей ламинарного потока, движущегос  через щель, представл ет собой параболический цилиндр, выт нутый по оси потока, т.е. налицо разница местных скоростей любого продольного вертикального сечени  канала. Эта разница между собой местных скоростей любого продольного вертикального сечени  пр моугольного канала прототипа обуславливает некоторую коалесценцию его потока внутри этого канала. В продольных горизонтальных (пр моугольных) сечени х 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 уровн х, имеют поэтому одинаковые друг с другом значени , т.е. между капл ми в этих точках (на одинаковых уровн х по ширине пластин), потока прототипа отсутствует ускор ющее взаимодействие, а следовательно, и процесс коалесценции. В этом и заключаетс  один из недостатков известного сепаратора , снижающий эффективность его коалесценции . Наличие гофров также и отрицательно сказываетс  на эффективности процесса коалесценции.

При волнистом течении потока его частицы колеблютс  в поперечном сечении потока , многократно пересека  продольное волнистое  дро потока по мере его движени . Это начинает неблагопри тно сказыватьс , начина  с некоторого момента, когда часть нефтепродукта потока концентрируетс  на поверхност х пластин, а  дро потока от него за счет этого освобождаетс .

Оно ( дро) становитс  с этого мог- ента и до самого конца процесса неэффективной областью коалесценции,когда частицы нефти потока производ т многократное эквидистантное пересечение зоны с чистой водой

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

I аким образом, недостаточна  эффективность коалесценции прототипа объ сн етс  малой эффективностью ее внутри проходного сечени  канала в форме пр моугольника . Кроме того,форма периметра его проходного сечени  канала в виде того же

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

той же площади не  вл етс  максимальной. Целью изобретени   вл етс  повышение эффективности очистки,

Указанна  цель достигаетс  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 отсто  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 разделени  нефтесодержащих жидкостей. Процесс коалесценции внутри сечени  его канала протекает более активно .

Основным условием эффективной коалесценции . внутри канала фильтрозлемента  вл етс  соударение (ускор ющее взаимодействие ) капель движущегос  потока. Основным условием их контакта (т.е. сближени  в движении) при прочих равных услови х  вл етс  наличие разных скоростей движени  соседних капель, движущихс  в слое потока.

Этому условию наилучшим образом отвечает форма поперечного (проходного) сечени  канала в форме треугольника. Поле скоростей ламинарного потока в треугольном канале образуетс  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. Благодар  этому капли нефтепродукта потока, движущегос  через наклоненные друг к другу разделительные пластины фильтроэлемента, образующие треугольный канал, помимо того, что имеют разницу местных скоростей по высоте любого продольного вертикального сечени  канала (в силу истечени  потока через канал , как таковой), обладают разницей местных скоростей точек любого уровн  (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- чени  канала треугольной формы (треугольника), т.е. длина его контактирующей линии, имеет большую величину (при тех же площадках), нежели длина периметра пр моугольника (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 отсто  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 имеютс  отверсти  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 .

Нефтесодержаща  вода поступает через патрубок 2 в ступень 6 первичного отсто . В ступени 6 (грубой очистки) нефтеводна  смесь предварительно раздел етс  (гравитационно) на нефтепродукты и воду (в результате разности плотностей воды и нефтепродукта). При проходе полости грубой очистки (ступень 6) основна  масса наиболее крупных частиц нефтепродукта

всплывает в нефтесборник 12, образу  на поверхности воды пленку, толщина которой увеличиваетс  в процессе работы сепаратора . При этом мелкодисперсные нефтепродукты в воде путем гравитационного отсто 

не раздел ютс  (т.е. силы трени  при всплытии мелких капель нефти соизмеримы с подь- емной силой всплыти , а наиболее мелкие частицы подвергаютс  к тому же и молекул рному воздействию - броуновскому движению , что также преп тствует их всплытию). Механические примеси (различные шлаки, нефтекокс, рудный концентрат, загр зн ющие трюма-судов) оседают на днище 13.

Пройд  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 капилл ры) и в правую ее половины, последовательно проход  через внутренние полости фильтроэлементов 8. В них благодар  форме разделительных пластин 9 про- исходит разделение движущегос  потока на множество тонких слоев треугольного профил . Взвешивание в каждом слое мелкие частицы начинают здесь укрупн тьс  (коа- лесцировать) и прилипать к шероховатым поверхност м полипропиленовых пластин 9, налипа  на них в убывающем в направлении движени  количестве. При этом укруп- ненные капли, наход щиес  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, образу  подвижной слой (шубу). По мере увеличени  его толщины (укрупнени  частиц) его $илы плавучести возрастают, слой перемещаетс  через верхнюю часть проницаемой перегородки 5 в нефтесборник 12, откуда и удал етс  через патрубок 4 по мере заполнени  нефтесборника. Очищенна  вода поступает по ходу движени , как более т желый продукт , в отстойник 14 и удал етс  через патрубок 3,

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

Claims (1)

1. Формула изобретени 

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

   10