UA135946U - Фільтр-сепаратор для очищення води від рідких вуглеводнів - Google Patents

Abstract

Фільтр-сепаратор для очищення води від рідких вуглеводнів містить корпус з вхідним і вихідними патрубками, розміщені в корпусі коаксіальний фільтропакет в вигляді встановлених коаксіально фільтроелементів, що зібрані на перфорованих каркасах, всередині яких між конічними пробками розташований міжфазний поплавок, магнітні елементи і щітки та встановлений у верхньої частині корпусу лопатевий апарат, що виконаний у вигляді чашоподібних лопатей. В верхній частині корпусу у коаксіальний фільтропакет додатково встановлені зібрані на перфорованому каркасі фільтроелементи, при цьому вздовж коаксіального фільтропакета по ширині кільцевої порожнини встановлені вертикальні лопаті, а в нижній частині корпусу розташований двошаровий фільтропакет з вуглеволокнистого сорбенту на фторопластових фільтроелементах, вхідний патрубок встановлений тангенціально під перфорованою кільцевою тарілкою-перегородкою, а у верхній частині вихідного патрубка встановлений клапан скидання газу дегазації.

Description

Корисна модель належить до пристроїв для очищення води від розлитих у водоймах, річках, морі рідких та дрібнодисперсних емульгованих вуглеводнів (нафта, вуглеводневий газовий конденсат, бензин, гас, дизпаливо, рідкі пропан-бутанові фракції тощо), очищення супутньо- пластової води на нафтопромислах від емульгованої нафти і може знайти широке використання в нафтогазовій і нафтопереробній промисловості.

Відомий самоочисний патронний фільтр (А.с. СРСР Мо 886940, МПК ВО10 27/12, публ. 07.12.1981 р.) для очищення природних і зворотних вод, який містить корпус з патрубками введення і виведення рідин, фільтруючі патрони, щітки, привід обертання щіток і патрубок для відведення забруднень.

Однак, такий фільтр має суттєву недоробку: один з фільтруючих патронів періодично відключається для промивання, тому не забезпечується очищення рідини усіма фільтруючими патронами одночасно.

Відомий фільтр для очищення рідини (Ас. СРСР Мо 1318258, МПК ВО10 35/06, публ. 23.06.1987 р.), який складається з корпусу, кришки з вхідними і вихідними отворами, фільтроелемента, який закріплений в центральній частині кришки, і магнітної пастки, яка виконана у вигляді постійного кільцевого магніту, встановленого на торцевих поверхнях полюсних наконечників у вигляді шайб з магнітом'якого матеріалу.

Недоліком конструкції цього фільтра є те, що не передбачене очищення магнітної пастки.

Крім того, конструкція фільтра є металоємною.

Відомий також магнітний фільтр для очищення рідини (Ас. СРСР Мо 891120, МПК ВО10О 35/06, публ. 23.12.1981р.), який призначений для рідинного охолодження великих електричних машин і складається з корпусу, патрубків введення і виведення рідини, магнітопроводу з отворами і котушки намагнічування.

Основний недолік конструкції такого фільтра полягає в тому, що не забезпечується постійне очищення рідини, тому що для очищення його від забруднень шляхом зворотного промивання необхідно припинити процес фільтрації. Крім цього на поверхні магніту утворюються "щітки" з механічних домішок, які частково змиваються потоком рідини і потрапляють в систему з чистою рідиною.

Відомий також фільтр для очищення рідкого палива (патент Німеччини Мо 4322894, МПК вО10 35/06, ВО10 24/46, публ від 12.01.1995р.), що складається з корпусу з вхідним і вихідним патрубками, в якому коаксіально розташовані фільтропакети, між якими розміщена роздільна перегородка у вигляді циліндра.

Недоліком цього фільтра є неможливість захвата дрібнодисперсних крапель води потоком палива.

Найбільш близьким до запропонованого фільтра-сепаратора є фільтр-сепаратор для очищення рідких вуглеводнів (патент РФ Мо 2199371, МПК ВО10О 35/06, публ. 27.02.2003 р.), який містить корпус з вхідним і вихідним патрубками, розміщені в корпусі коаксіально розташовані два фільтропакети в вигляді встановлених коаксіально фільтроелементів, що зібрані на перфорованих каркасах (коаксіальний фільтропакет), між якими встановлений циліндр- роздільник, магнітний екран (магнітні елементи) у вигляді стрижнів з приводом (лопатевим апаратом) у верхній частині корпусу, що виконаний у вигляді набору чашоподібних лопатей. У внутрішньому фільтропакеті розміщений міжфазовий поплавок з конічними пробками всередині.

Недоліком такого фільтра-сепаратора є недостатня ефективність роботи пристрою в умовах, коли необхідне високоякісне очищення води у відповідності з санітарно-гігієнічними вимогами.

Задачею корисної моделі є підвищення якості очищення води від рідких вуглеводнів та дрібнодисперсних домішок шляхом підвищення ефективності відділення вуглеводнів від води до вимог санітарних норм.

Поставлена задача вирішується тим, що фільтр-сепаратор для очищення води від рідких вуглеводнів, що містить корпус з вхідним і вихідними патрубками, розміщений в корпусі коаксіальний фільтропакет у вигляді коаксіально розташованих двох фільтропакетів, які складаються з фільтроелементів, що зібрані на перфорованих каркасах, всередині яких між конічними пробками розташований міжфазний поплавок, магнітні елементи і щітки та встановлений у верхній частині корпусу лопатевий апарат, що виконаний у вигляді чашоподібних лопатей, згідно з корисною моделлю, додатково містить фільтропакет в вигляді зібраних на перфорованому каркасі фільтроелементів, що встановлені у коаксіальний фільтропакет, вздовж якого по ширині кільцевої порожнини вертикальні лопаті, розташований в нижній частині корпусу двошаровий фільтропакет з вуглеволокнистого сорбенту на фторопластових фільтроелементах, встановлений тангенціально вхідний патрубок під бо перфорованою кільцевою тарілкою-перегородкою та встановлений у верхній частині вихідного патрубка клапан скидання газу дегазації. Крім цього на зовнішній поверхні корпусу фільтра- сепаратора можуть бути розташовані електропідігріваючі елементи.

Коаксіальний фільтропакет містить три коаксіально встановлені фільтропакети, кожний з яких складається із зібраних на перфорованому каркасі фільтроелементів. Фільтропакет першого ступеня очищення забезпечує тонкість очищення 20 мкм. Фільтропакет другого ступеня очищення має більш високу тонкість очищення від механічних домішок і крапельної суспензії вуглеводнів розміром більше 5 мкм і забезпечує 99,995 відділення вуглеводнів, які скоагульовані в порових каналах фільтропакета першого ступеня, від води. Фільтропакет третього ступеня з тонкістю очищення 1 мкм забезпечує 100 95 очищення вуглеводнів від глобул води і забезпечує вміст сухого залишку у воді менше 2,5 мг/л. Застосування міжфазного поплавка з конічними пробками гарантує чіткий розподіл води і рідких вуглеводнів як при невеликій витраті води, так і під час "пробкових" проривів потоку, що очищується.

Встановлення вздовж коаксіального фільтропакета по ширині кільцевої порожнини вертикальних лопатей з комбінованими профілями і з різним кутом нахилу до осі і до поверхні фільтропакета першого ступеня, при їх обертанні створює мінливий кут атаки потоку, що забезпечує відведення частинок від поверхні фільтруючого елемента і запобігає накопиченню механічних частинок на його поверхні.

Крім коаксіального фільтропакета, який встановлений у верхній частині корпусу фільтра- сепаратора, в нижній частині корпусу встановлений двошаровий фільтропакет на перфорованих каркасах з вуглеволокнистого сорбенту і полімерних фільтроелементів для 100 95 очищення води від слідів вуглеводнів.

Встановлення тангенціально розташованого вхідного патрубка забезпечує вхід рідини, що очищується (суміш води і вуглеводнів), зі швидкістю понад 0,5 м/с під перфорованою кільцевою тарілююю - перегородкою (діаметр отвору - 5 мм, ступінь перфорації 60 95), забезпечує гідродинамічну фільтрацію, при цьому 7095 механічних крупнодисперсних частинок відокремлюються від потоку рідини.

Для випуску газу дегазації на вихідному верхньому патрубку встановлений клапан скидання газу дегазації для запобігання проскакування рідких вуглеводнів у газопровід.

Крім цього поверхня корпусу може бути оснащена електропідігріваючими елементами, які забезпечують необхідну в'язкість для відділення вуглеводнів від води, наприклад при роботі в зимовий період.

Таким чином, якість очищення води від рідких вуглеводнів та дрібнодисперсних домішок досягається за рахунок послідовної фільтрації через фільтроелементи трьох ступенів очищення від 20 мкм до 1 мкм та фільтрації через двошаровий фільтропакет з вуглеволокнистого сорбенту на фторопластових фільтроелементах.

Для пояснення суті запропонованої корисної моделі на кресленні наведено загальний вигляд фільтра-сепаратора для очищення води від рідких вуглеводнів.

Фільтр-сепаратор для очищення води від рідких вуглеводнів містить корпус 1 з двома фланцевими роз'ємами 2 і 3, з тангенціальним вхідним патрубком 4 для подачі емульсії (рідини, що очищується), вихідним патрубком 5 чистих вуглеводнів, вихідним патрубком 6 чистої води, патрубком 7 дренажу з верхнього коаксіального фільтропакета, патрубком 8 дренажу води з механічними домішками. В разі забруднення фільтроелементів передбачено їх очищення парою, для чого пристрій містить патрубок 9 дренажу продуктів після пропарювання коаксіального фільтропакета, патрубок 10 дренажу після пропарювання двошарового фільтропакета, патрубок 11 для пропарювання коаксіального фільтропакета, патрубок 12 для пропарювання двошарового фільтропакета. Корпус 1 складається з верхньої та нижньої частин, які з'єднані фланцевим роз'ємом 3. Верхня частина корпусу 1 також складається з двох частин, які з'єднані фланцевим роз'ємом 2.

Фільтроелементи 13 зібрані на перфорованому каркасі 14 у перший фільтропакет і утворюють перший ступінь очищення від механічних домішок та сприяють коагуляції дрібнодисперсних нафтопродуктів. Фільтроелементи 15 зібрані на перфорованому каркасі 16 у другий фільтропакет і утворюють другий ступінь очищення від скоагульованих вуглеводнів та дрібнодисперсних механічних домішок. Фільтроелементи 17 третього ступеня очищення зібрані на перфорованому каркасі 18 у третій фільтропакет і гарантують повне відділення вуглеводнів від води (ефект мембранного розділення).

Тангенціальний вхідний патрубок 4, який розташований під перфорованою кільцевою тарілкою-перегородкою 19, дозволяє в процесі відділення використовувати і відцентрові сили. З порожнини над тарілкою-перегородкою 19 виходить трубопровід 20, який з'єднаний з кришкою 21 через тангенціальний патрубок 22.

Перфоровані каркаси 14, 16 їі 18 жорстко з'єднані з горизонтальною тарілкою 24, що розташована у верхній частині корпусу 1.

З зовнішньої поверхні фільтроелементів 13 розташовані стрижні з вертикальними лопатями 25, які жорстко зв'язані з підшипником 26, що спирається на кільце 27, яке жорстко з'єднане з каркасом 14. Верхня частина вертикальних лопатей 25 жорстко закріплена на лопатевому апараті 28, який виконаний у вигляді набору чашоподібних лопатей. Лопаті 25 являють собою напівциліндри з половинками напівсферичних денець, що закріплені на диску 29. Напівциліндри орієнтовані опуклістю в напрямку обертання лопатевого апарату 28.

Всередині перфорованого каркаса 18 встановлений міжфазний поплавок 30 зі встановленими на стрижнях зверху і знизу конічними пробками 31, здатними перекривати як отвір 32 нижнього конічного сідла для дренажу води, так і отвір 33 верхнього конічного сідла для відводу вуглеводнів. Крім цього на стрижнях лопатей 25 закріплені магнітні елементи 34 різної конфігурації, а також щітки 35 різного профілю. На вихідному патрубку 5 встановлений клапан 36 скидання газу дегазації з поплавком 37.

У нижній частині корпусу 1 розташований двошаровий фільтропакет з вуглеволокнистого сорбенту на фторопластових фільтроелементах, що містить полімерні фільтроелементи 38 на перфорованому каркасі 39 і вуглеволокнисті фільтроелементи 40 на перфорованому каркасі 41.

Перфоровані каркаси 39 і 41 жорстко закріплені на верхньому диску 42, а в нижньому диску 43 утворений отвір, в якому розташований патрубок 44 виходу води. На зовнішній поверхні корпусу 1 розташовані електропідігріваючі елементи 45.

Фільтр-сепаратор для очищення води від рідких вуглеводнів працює наступним чином.

Багатофазний потік емульсії, що містить воду, вуглеводні та механічні домішки, за допомогою насоса з робочим тиском до 0,6 МПа надходить в корпус 1 через вхідний патрубок 4 зі швидкістю не менше 0,5 м/с під перфоровану кільцеву тарілку-перегородку 19. За рахунок інерційних і відцентрових сил відбувається гідродинамічна фільтрація, завдяки чому із потоку відділяється до 7095 механічних домішок, а емульсія через тарілку-перегородку 19 по трубопроводу 20 та через патрубок 22 направляється на лопатевий апарат 28, приводячи в обертання його чашоподібні лопаті. Далі емульсія потрапляє в кільцеву порожнину між корпусом 1 і коаксіальним фільтропакетом. Лопатевий апарат 28 приводить в обертання

Зо вертикальні лопаті 25, які закріплені під кутом 5...307 по відношенню до радіусу першого фільтропакета, захоплюючи за собою прилеглі до нього шари рідини, створює тангенціальну складову швидкості потоку поблизу фільтруючої поверхні, що дозволяє за рахунок інерційних сил уникнути проникнення твердих частинок в порову структуру фільтроелементів 13.

Магнітні елементи 34, що встановлені на стрижнях лопатей 25, утворюють магнітний екран, який затримує намагнічені частинки, агломерує їх та осаджує на вертикальних лопатях 25. Зона підвищеної концентрації намагнічених частинок також затримує деяку кількість неметалевих частинок. Після досягнення критичного розміру, агломерати металевих частинок з неметалевими домішками скидаються потоком рідини до низу верхньої частини корпусу 1 і відводяться через патрубок 7, при цьому неметалеві частинки, які підходять до поверхні першого фільтропакета, також скидаються вниз вертикальними лопатями 25 та щітками 35 і відводяться через патрубок 7. Таким чином, обертові щітки на вертикальних лопатях 25 запобігають накопиченню шару механічних частинок на поверхні фільтроелементів 13 шляхом їх постійного скидання по всій його довжині і по всьому периметру. Крім того, виконання вертикальних лопатей 25 з різними кутами нахилу до поверхні фільтроелементів 13 ії різної конструкції при їх обертанні змінюють кут атаки і створюють розрідження, яке забезпечує відрив частинок від його поверхні, тим самим підвищується якість очищення.

Емульсія через фільтроелементи 13 першого фільтропакета з тонкістю очищення 20 мкм очищується від механічних домішок і потрапляє в кільцеву порожнину до других фільтроелементів 15 вже в розділеному вигляді (вода, вуглеводні та залишки механічних домішок). Під час проходження через порову структуру другого фільтропакета з тонкістю очищення 5 мкм, відбувається процес доочищення, в результаті чого вода і вуглеводні ще чіткіше мають кордон розділу і під надлишковим тиском продавлюються через третій фільтропакет з тонкістю очищення 1 мкм. Дрібнодисперсна вода в вуглеводнях при проходженні через фільтроелементи 17 товстошарового фільтропакета коагулюється в більш великі краплі і на внутрішній поверхні перфорованого каркаса 18 за рахунок гравітаційних сил збирається в нижній частині і відводиться через отвір 32 в порожнину нижньої частини корпусу, а повністю очищені від механічних домішок і води вуглеводні збираються у внутрішній порожнині третього фільтропакета, де розміщений міжфазний поплавок 30. Міжфазний поплавок 30 з пробками 31 в вуглеводнях опускається до низу, але плаває в зануреному стані на поверхні води.

У стаціонарному режимі очищення води з вмістом вуглеводнів до 15 956 відбувається як описано вище. У разі, якщо вміст вуглеводнів більше, ніж 15 95, то пробка 31 щільно закриває отвір 32 нижнього конічного сідла і запобігає потраплянню вуглеводнів у воду, при цьому пробка 31 відкриває отвір 33 верхнього конічного сідла і вуглеводні повним потоком зливаються через вихідний патрубок 5 в ємність для вуглеводнів.

На нафтопромислах при проходженні нафти і супутньо-пластової води через пористі фільтропакети, відбувається дегазація, тобто виділення попутного нафтового газу. Він збирається у верхній частині вихідного патрубка 5 і, по мірі накопичення, через клапан 36 скидається в закриту систему збору газу дегазації або до газопроводу попутного нафтового газу.

Вода, що очищена фільтропакетами у верхній частині корпусу 1, через отвір 32 надходить для доочищення в порожнину нижньої частини корпусу 1, де розташований двошаровий фільтропакет з вуглеволокнистого сорбенту на фторопластових фільтроелементах. Вода продавлюється через фільтроелементи 38, 40, де остаточно очищується від слідів вуглеводнів.

Доочищена вода збирається на дні корпусу 1 і через патрубок 6 відводиться в ємність для подальшого використання.

Для забезпечення необхідної оптимальної температури здійснення процесу відділення вуглеводнів від води, особливо в періоди зниження температури довкілля, використовують розташовані на поверхні корпусу 1 електропідігріваючі елементи 45, які здійснюють підігрів до 40-50 76.

Для очищення фільтроелементів від забруднень використовують пару, яку подають через патрубок 11 для пропарювання коаксіального фільтропакета та через патрубок 12 для пропарювання двошарового фільтропакета. Забруднення, що випаровуються з фільтропакетів, відводяться через патрубок 9 дренажу продуктів після пропарювання коаксіального фільтропакета та патрубок 10 дренажу після пропарювання двошарового фільтропакета.

Claims (2)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ

1. Фільтр-сепаратор для очищення води від рідких вуглеводнів, що містить корпус з вхідним і Зо вихідними патрубками, розміщені в корпусі коаксіальний фільтропакет в вигляді встановлених коаксіально фільтроелементів, що зібрані на перфорованих каркасах, всередині яких між конічними пробками розташований міжфазний поплавок, магнітні елементи і щітки та встановлений у верхній частині корпусу лопатевий апарат, що виконаний у вигляді чашоподібних лопатей, який відрізняється тим, що в верхній частині корпусу у коаксіальний фільтропакет додатково встановлені зібрані на перфорованому каркасі фільтроелементи, при цьому вздовж коаксіального фільтропакета по ширині кільцевої порожнини встановлені вертикальні лопаті, а в нижній частині корпусу розташований двошаровий фільтропакет з вуглеволокнистого сорбенту на фторопластових фільтроелементах, вхідний патрубок встановлений тангенціально під перфорованою кільцевою тарілкою-перегородкою, а у верхній частині вихідного патрубка встановлений клапан скидання газу дегазації.

2. Фільтр-сепаратор для очищення води від рідких вуглеводнів за п. 1, який відрізняється тим, що на зовнішній поверхні корпусу розташовані електропідігріваючі елементи.