Способ разделения потока воды, имеющей сложные загрязнения, по видам загрязнения и устройство для его осуществления

Способ разделения потока воды, имеющей сложные загрязнения, по видам загрязнения и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности и призвано облегчить и ускорить очистку подтоварной воды, разделив ее по видам загрязнений.

Известно, что очистка воды от примесей проводится различным способом и зависит от вида загрязнений. Так от твердовзвешенных частиц (частицы грунта, песок и т.д.) вода может быть сравнительно легко очищена с помощью фильтра. Загрязнения воды нефтяными или масляными включениями могут быть удалены либо с помощью отстоя, что требует не только значительного времени, но и больших материальных затрат для сооружения отстойников, либо использованием явления коалесценции, что существенно сокращает не только время очистки, но и материальные затраты.

Если же вода загрязнена как твердовзвешенными частицами, так и нефтяными включениями, то в этом случае ни фильтры, ни коалесценция не работают, поскольку на отфильтрованный слой твердовзвешенных частиц налипают включения нефти или масла, что делает фильтр неработоспособным, а в случае коалесценции поверхность пластин, на которых задерживается нефть, покрывается твердовзвешенными частицами, что лишает нефтяную пленку на коалесцирующей поверхности подвижности, тем самым исключает коалесцирующую поверхность из работы. Для очистки воды с такими загрязнениями иногда используются гидроциклоны, например, по патенту на изобретение №2297267, однако использование подобных устройств требует, во-первых, больших энергозатрат, поскольку для работы гидроциклонов необходимо большое давление обрабатываемой воды (порядка 40 кг/см²), а, во-вторых, сама система не обеспечивает достаточную степень очистки.

Предлагаемый способ позволяет разделить поток воды, имеющей сложные загрязнения, т.е. имеющей как тяжелые твердовзвешенные частицы, так и легкие нефтяные или масляные загрязнения, на два потока, один из которых будет содержать только тяжелые частицы, а другой - легкие нефтяные или масляные загрязнения, при этом практически никаких энергозатрат не требуется. Это позволит существенно облегчить и ускорить дальнейшую очистку воды.

Предлагаемый способ использует эффект отстоя жидкости в тонком слое, что в десятки и даже в сотни раз ускоряет процесс очистки жидкости. Так, если считать скорость осаждения частиц постоянной, то время очистки жидкости будет зависеть от высоты слоя жидкости. Следовательно, для сравнения скорости очистки жидкости в первом приближении достаточно сравнить высоту слоя жидкости, в которой происходит процесс осаждения. В нашем случае высота слоя жидкости составляет около 10 мм, в то время как в существующих отстойниках она достигает 4…6 и более метров. В случае, когда вода загрязнена одним каким-либо видом загрязнения, то при применении предлагаемого устройства один из потоков будет содержать очищенную воду.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующими графическими изображениями:

фиг.1 - общий вид предлагаемого устройства,

фиг.2 - разрез корпуса по A-A,

фиг.3 - показаны в увеличенном масштабе поперечный разрез элементов пластин, а также схема разделения примесей между гофрированными пластинами и установка дистанционирующих планок.

Фиг.4 - сечение B-B корпуса в зоне установки сборников.

Предлагаемый способ разделения потока воды по видам загрязнения основан на использовании явления отстаивания воды в тонком слое в условиях ламинарного потока. Причем тонкие слои формируют с помощью гофрированных пластин, уложенных гофра в гофру с фиксированным расстоянием между ними. Пластины помещают в наклонно расположенный корытообразный корпус, закрытый сверху крышкой, а с нижнего торца фланцем. Верхний торец корпуса является приемной воронкой для обрабатываемой воды. При этом гофры пластин располагают вдоль корпуса, и вода, протекая между пластинами сверху вниз вдоль гофр, отстаивается. В процессе отстаивания тяжелые частицы опускаются вниз и, соприкасаясь с наклонной поверхностью гофры нижней пластины, скатываются вниз, концентрируясь у вершины нижней гофры нижней пластины. Легкие частицы при отстаивании всплывают и, соприкасаясь с нижней поверхностью гофры верхней пластины, поднимаются вверх, концентрируясь у нижней стороны вершины верхней гофры верхней пластины - (см. фиг.3). Поскольку образование монолитных нефтяной или масляной пленки нежелательно, поверхность пластины делают олеофобной. Концентрация твердовзвешенных частиц над верхней поверхностью нижней гофры возрастает по мере приближения к самой нижней точке гофры и удлинения пути, пройденного потоком. Выбранная скорость движения воды, а также угол наклона корпуса не позволяют создавать неподвижные отложения осадка на пластинах, который в виде сгущенной и рыхлой кашицы продолжает движение вместе с водой. После завершения процесса отстаивания примесей на пластинах изменяют конфигурацию потока таким образом, чтобы все зоны нижних гофр пластин, находящихся в одной вертикальной плоскости, объединились в один изолированный вертикальный канал, а зоны верхних гофр пластин, также находящихся в одной вертикальной плоскости, - в другой изолированный вертикальный канал. Общее количество таких вертикальных каналов будет соответствовать сумме верхних и нижних гофр на пластине. Таким образом, получаем вместо множества горизонтальных тонкослойных изогнутых гофрами потоков, каждый из которых несет как твердовзвешенные тяжелые примеси, так и легкие нефтяные или масляные включения, систему изолированных вертикальных каналов, каждый из которых имеет только один вид загрязнений - каналы, объединяющие зоны нижних гофр, несут тяжелые загрязнения, а каналы, объединяющие зоны верхних гофр, - легкие нефтяные и масляные включения. Для объединения всех каналов с одинаковым составом воды используют два сборника, которые устанавливают: на крышке корпуса - для воды с легкими примесями и на днище корпуса - для воды с тяжелыми примесями, в которые вода поступает через соответствующие продольные прорези либо в крышке, либо в днище корпуса. Вода из сборников поступает в отдельные трубопроводы для дальнейшей очистки. При этом важно, чтобы давление в обоих трубопроводах автоматически поддерживалось одинаковым, чтобы избежать перетекания воды из одних каналов в другие в зоне изменения конфигурации потока. В частности, это могут быть обычные переливные трубы с одинаковой высотой перелива.

Устройство для разделения потока воды по видам загрязнения состоит из корпуса 1 с крышкой 2 и торцевого фланца 3. В корпусе 1 размещены пластины 4, имеющие по всей длине гофры. Пластины устанавливаются гофрами друг в друга на всю высоту корпуса 1 на определенном расстоянии друг от друга с помощью узких дистанционирующих планок 5, при этом пространство между днищем корпуса и гофрами нижней пластины, а также между крышкой 2 и гофрами верхней пластины заполнено уплотняющим материалом 6 (например, поролоном), см. фиг.2 и фиг.3. Корпус 1 устанавливается с наклоном, причем верхняя часть корпуса является приемной воронкой, в которую поступает загрязненная вода, предварительно очищенная от твердых включений, размер которых превышает половину расстояния между пластинами 4.

Конструкция узла крепления корпуса 1 позволяет изменять угол наклона корпуса, который выбирается в зависимости от степени и свойств загрязнения обрабатываемой воды и может составлять 30…50°. В зоне, где процесс отстаивания примесей на пластинах заканчивается, у нижнего торца набора гофрированных пластин на всю высоту корпуса от днища до крышки устанавливаются тонкие вертикальные стенки 7 параллельно оси корпуса с расстоянием между ними, равным половине расстояния между вершинами гофр. При этом передние торцы стенок упираются в торцы набора пластин, а задние - в нижний фланец корпуса. Стенки устанавливаются так, чтобы они проходили посередине между верхними и нижними гофрами. Получаем систему изолированных вертикальных каналов, в каждый из которых поступает вода либо с тяжелыми, либо с легкими примесями. В каналы, которые замыкаются на зоны нижних гофр пластин, будет поступать вода, содержащая только тяжелые примеси, а в каналы, замыкающиеся на зоны верхних гофр, будет поступать вода, содержащая только легкие примеси. Для объединения всех однотипных потоков в один используются сборники 9 и 10, которые устанавливаются на крышке 2 и днище корпуса 1. При этом вода, содержащая легкие примеси, направляется в сборник 10, а вода, содержащая тяжелые примеси, - в сборник 9. В местах подвода каналов к сборникам предусмотрены соответствующие продольные отверстия 16 - в крышке 2 и 17 - в днище корпуса 1. Оба сборника соединены трубопроводами с переливными трубами 12 и 13, имеющими в верхней части устройство для регулирования уровня воды 14, причем уровень перелива воды в обеих трубах должен быть одинаковым и несколько ниже уровня воды в приемной воронке корпуса 1. Трубопроводы, соединяющие сборники 9 и 10 с переливными трубами 12 и 13, могут быть дополнительно снабжены отстойными камерами 11 и 15 для задержания наиболее крупных конгломератов твердовзвешенных частиц и улавливания образовавшихся в процессе отстаивания крупных глобул нефти или масла.

Работа устройства для разделения потока воды происходит следующим образом.

Исходная вода, поступающая в приемную воронку, попадает в пространство между гофрированными пластинами. Скорость прохождения воды между пластинами регулируется с помощью устройства 14 для регулирования уровня воды в переливных трубах 12 и 13 по отношению к уровню воды в приемной воронке корпуса. Режим течения воды (самотеком) между пластинами должен быть ламинарным. В этом случае движение жидкости не влияет на скорость осаждения взвеси. В зависимости от характера осадков твердовзвешенных частиц выбирается угол наклона аппарата, а также скорость движения воды такой, чтобы осаждающийся осадок не задерживался на поверхности пластин, а переносился в виде рыхлой кашицы вместе с водой в сборник 9. Длина гофр L (см. фиг.1) принимается такой, чтобы за время прохождения воды вдоль пластин полностью завершился процесс разделения примесей (см. фиг.3) на тяжелые твердовзвешенные частицы, которые скапливаются на верхней поверхности нижней гофры, и нефтяные и масляные примеси, концентрирующиеся у нижней поверхности верхней гофры. При этом для нормальной работы устройства необходима такая степень отстоя, при которой осадок от центра концентрации - вершин гофр - располагается меньше, чем на половину ширины гофры пластины 4 (см. фиг.3). После завершения процесса отстоя примесей на пластинах ламинарный поток воды, поступающий из пакета гофрированных пластин, разделяется установленными тонкими вертикальными стенками без заметной турбулизации потока, что сохраняет состав набегающего потока воды неизменным. Поэтому в каналы, замыкающие зоны нижних гофр пластин, поступает вода, содержащая только тяжелые примеси, а в каналы, замыкающие зоны верхних гофр, поступает вода, содержащая только легкие примеси. Наличие в системе автоматического регулирования гидравлического давления в обоих потоках (наличие переливных труб с одинаковым уровнем перелива) исключает перетекание воды из одних каналов в другие в зоне изменения конфигурации потоков. Далее вода из каналов с тяжелыми примесями направляется через продольные прорези 17 в днище корпуса в сборник 9, установленный снизу на корпусе 1, а вода из каналов с легкими примесями направляется через продольные прорези 16 в крышке 2 в сборник 10, установленный сверху в нижней части крышки корпуса. Из сборников 9 и 10 вода по трубопроводам подается на соответствующие переливные трубы 12 и 13, а затем на дальнейшую очистку. В трубопроводах, соединяющих сборники с переливными трубами, могут быть установлены отстойники 11 и 15, откуда периодически производится сброс уже отстоявшихся примесей, что облегчает дальнейшую очистку воды. Таким образом, достигается качественное разделение потока воды по видам загрязнения.

1. Способ разделения потока воды, имеющей загрязнения как тяжелыми твердовзвешенными частицами, так и легкими нефтяными или масляными включениями, на два потока, один из которых будет содержать только тяжелые твердовзвешенные частицы, а другой легкие нефтяные или масляные включения, заключающийся в том, что загрязненную воду пропускают через набор тонких гофрированных пластин, уложенных в корпусе устройства гофра в гофру с фиксированным расстоянием друг от друга, отличающийся тем, что гофры располагают вдоль длины корпуса, а сам корпус устанавливают наклонно, при этом верхняя часть корпуса является приемной воронкой, а обрабатываемую воду направляют сверху вниз вдоль гофр, наклонные пластины которых разделяют осевшие в тонком слое воды между пластинами примеси на тяжелые загрязнения, которые скапливаются у нижних вершин гофр, и легкие, скапливающиеся у верхних вершин гофр, причем после завершения процесса осаждения примесей на пластинах изменяют конфигурацию потока воды таким образом, чтобы все зоны нижних гофр пластин, находящихся в одной вертикальной плоскости, объединились в изолированный вертикальный канал, а зоны верхних гофр пластин, также находящихся в одной вертикальной плоскости, - в другой изолированный вертикальный канал, при этом каналы, объединяющие зоны нижних гофр, будут содержать воду только с тяжелыми твердовзвешенными частицами, а каналы, объединяющие зоны верхних гофр, будут содержать воду только с легкими включениями; после чего воду из всех каналов с тяжелыми примесями направляют в один сборник и соединяют его с переливной трубой воды с тяжелыми примесями, а воду из всех каналов с легкими примесями направляют в другой сборник и соединяют его с переливной трубой воды с легкими примесями.

2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее удлиненный корытообразный корпус, в котором размещены тонкостенные пластины, имеющие гофры и уложенные гофра в гофру с фиксированным расстоянием между пластинами на всю высоту корпуса, и закрытое сверху крышкой, отличающееся тем, что гофры пластин ориентированы вдоль корпуса, а сам корпус расположен наклонно, причем нижний торец корпуса закрыт фланцем, а обрабатываемая вода, направляемая вдоль корпуса сверху вниз тонкими слоями между пластинами, отстаивается, причем загрязнения концентрируются у вершин гофр - тяжелые загрязнения у нижних вершин гофр, а легкие - у верхних, при этом в зоне, где процесс отстаивания заканчивается, у нижнего торца набора гофрированных пластин на всю высоту корпуса от днища до крышки устанавливают вертикально тонкие стенки параллельно оси корпуса с расстоянием между ними, равным половине расстояния между вершинами гофр, причем передние торцы стенок упирают в торцы набора пластин посредине между верхними и нижними вершинами гофр, а задние упирают в нижний фланец корпуса, формируя, таким образом, ряд изолированных вертикальных каналов, в каждый из которых поступает вода, содержащая только один вид загрязнений - либо твердовзвешенные частицы в каналах, замыкающихся на нижних гофрах пластин, либо легкие примеси - в каналах, замыкающихся на верхних гофрах, после чего воду из всех каналов с тяжелыми примесями направляют через продольные прорези в днище корпуса в сборник, установленный снизу на корпусе, и соединяют его трубопроводом с переливной трубой воды с тяжелыми примесями, а воду из всех каналов с легкими примесями направляют через продольные прорези в крышке корпуса в другой сборник, установленный на крышке в нижней ее части, и соединяют его трубопроводом с переливной трубой воды с легкими примесями, при этом обе переливные трубы снабжены устройством для регулирования уровня воды, а трубопроводы, соединяющие сборники с переливными трубами, могут быть оснащены отстойными камерами.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что поверхности гофрированных пластин и дистанционирующих планок олеофобны.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что пространство между нижней гофрированной пластиной и днищем корпуса, а также между верхней гофрированной пластиной и крышкой корпуса заполнено уплотняющим материалом.