Патент на изобретение №2272000

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ ЖИДКИХ НЕФТЕПРОДУКТОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к очистке нефтесодержащих вод промышленных предприятий, железнодорожных депо, очистных станций, нефтебаз, АЗС, а также судовых льяльных вод. Изобретение позволяет повысить эффективность очистки и имеет простую конструкцию. Устройство представляет собой вертикальный корпус с зонами разделения по высоте в виде расчетного количества контактной массы из нефти и слоя воды, расположенных на перегородках зон разделения. Очищаемая вода по принципу колонных аппаратов переходит с перегородки на перегородку через слои нефтепродукта. За счет неоднократного прохождения происходит полная очистка воды от диспергированных нефтепродуктов. Распределительные элементы обеспечивают распределение воды по всей поверхности контактной массы. Наличие успокоителей на каждой зоне позволяет исключить расплескивание нефтепродукта и сохранить слой контактной массы одинаковым по толщине. 9 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к очистке нефтесодержащих вод промышленных предприятий, железнодорожных депо, очистных станций, нефтебаз, АЗС, а также судовых льяльных вод.

Известен нефтеводяной центробежно-фильтрующий сепаратор, содержащий корпус с днищем, патрубки подвода очищаемой воды, подачи промывочной воды, удаления очищенной воды и нефтепродуктов, зоны разделения по высоте корпуса с гранулированным наполнителем (Патент РФ №2089261, C 02 F 1/40, 10.09.97 г.).

Данный сепаратор имеет низкую степень очистки.

Известно также устройство для очистки воды от жидких нефтепродуктов, содержащее вертикальный корпус с зонами разделения, патрубки подачи очищаемой воды, отвода очищенной воды и нефтепродуктов и узел предварительной обработки (Патент РФ №2206513, C 02 F 1/40, 20.06.2003 г.).

Известное устройство имеет невысокую эффективность очистки и не обеспечивает большую глубину извлечения из объема очищаемой воды диспергированных нефтепродуктов. Это обусловлено конструкцией устройства, приводящей к многократным воздействиям своих элементов на очищаемую воду: наблюдается изменение центробежных воздействий в горизонтальной и вертикальной плоскостях, гашение вертикальной составляющей скорости потока и преобразование его во вращающийся плоский, приводит к противоположному поставленной цели эффекту. Очищаемая вода подвергается повторной эмульгации, дополнительному перемешиванию, декоагуляции и увеличению степени дисперсности. Оказывают влияние также насос и арматура. Последующая обработка образуемой мелкодисперсной суспензии на зонах разделения в виде гравитационных отстойников с гранулированным наполнителем разной фракции представляет трудноразрешимую проблему. Наличие на зонах разделения радиальных вертикальных ребер приводит к образованию на их поверхности пленочного эффекта, нефтепродукт пленкой стекает по ребрам, не подвергаясь коалесценции, что также снижает эффективность разделения. Расположение подогревателя лишь в верхней зоне устройства не обеспечивает нагрев нижнего гравитационного отстойника, что приводит к загустению нефтепродукта, а следовательно, к снижению проходной способности, производительности и уменьшению возможности промывки и продувки устройства. Кроме того, данное устройство имеет очень сложную конструкцию.

Таким образом, основными недостатками данной конструкции являются невысокая эффективность очистки и сложность конструкции.

По мнению заявителя, по технической сущности и достигаемому результату наиболее близким техническим решением к заявляемому, принятым за прототип, является устройство для очистки воды от жидких нефтепродуктов по патенту №2206513.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение конструкции и повышение эффективности очистки.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для очистки воды от жидких нефтепродуктов, содержащем вертикальный корпус с зонами разделения, патрубки подачи очищаемой воды, отводы очищенной воды, нефтепродуктов и узел предварительной подготовки, согласно изобретению зоны разделения выполнены в виде расчетного количества контактной массы из нефти и слоя воды, размещенных на смонтированных горизонтально по высоте корпуса перегородках, имеющих в центральной своей части переливные патрубки для циркуляции очищаемой воды с вышележащей зоны на нижележащую с закрепленными на них коническими колпаками, снабженными распределительными элементами. Каждая зона разделения снабжена патрубками для отвода нефтепродуктов, соединенными между собой общим трубопроводом для отвода их в емкость сбора и подачи расчетного количества нефти в начальный момент для образования контактной массы зон разделения, патрубками подачи чистой воды для первоначального накопления, промывки или слива и плавающим успокоителем, а узел предварительной обработки представляет собой типовой гравитационный отстойник первичного разделения.

Поставленная цель может быть достигнута тем, что перегородки зон разделения смонтированы с наклоном, а патрубки подачи чистой воды для первоначального накопления и промывки и патрубки слива разнесены и расположены в диаметрально противоположных, соответственно в высших и низших, точках зоны разделения, вдоль наклонной перегородки.

Поставленная цель достигается и тем, что распределительные элементы конических колпаков выполнены в виде кольцевого диска, закрепленного на переходе к цилиндрической поверхности конического колпака и снабженного равномерно распределенными по внутреннему своему диаметру отверстиями и смещенными относительно их V-образными вырезами на периферии. Кольцевые диски могут быть снабжены радиальными ребрами на своей поверхности, разделяющими ее на сектора с отверстиями по внутреннему диаметру от секторов с V-образными вырезами по периферии. Вместо V-образных вырезов на периферии могут быть выполнены радиальные, направленные вниз косые зиги.

Поставленная цель достигается также тем, что плавающий успокоитель изготовлен из стойкого к нефтепродуктам полимерного материала и выполнен в виде тонкостенного кольца с отбортовкой по наружному и внутреннему диаметрам, причем при отсутствии или минимальном количестве на перегородках зон разделения воды и нефтепродуктов он своим наружным диаметром опирается на опорное кольцо, закрепленное на корпусе аппарата, обеспечивая при этом гарантированный зазор между внутренним своим диаметром и поверхностью конического колпака.

Поставленная цель может быть достигнута также тем, что плавающий успокоитель выполнен в виде полого кольца, взаимодействующего наружным диаметром с поверхностью корпуса, а на внутреннем диаметре которого выполнена конусная проточка со стороны колпака для образования зазора и цилиндрический поясок для взаимодействия с поверхностью переливного патрубка, причем в нижнем своем положении при контакте с опорным кольцом цилиндрический поясок не выходит из контакта с поверхностью переливного патрубка.

Кроме того, поставленная цель достигается также тем, что плавающий успокоитель может быть снабжен цилиндрическими втулками, взаимодействующими с направляющими, закрепленными на основании зоны разделения, причем направляющие выполнены с возможностью регулировки величины перемещения. Плавающий успокоитель может быть снабжен центральной цилиндрической втулкой, охватывающей и взаимодействующей с переливным патрубком вышележащей зоны разделения.

Выполнение зон разделения в виде расчетного количества контактной массы из нефти и слоя воды, размещенных на смонтированных горизонтально по высоте корпуса перегородках, имеющих в центральной своей части переливные патрубки для циркуляции очищаемой воды с вышележащей зоны на нижележащую с закрепленными на них коническими колпаками, снабженными распределительными элементами, снабжение каждой зоны разделения патрубками для отвода нефтепродуктов, соединенными между собой общим трубопроводом для отвода их в емкость сбора и подачи расчетного количества нефти в начальный момент для образования контактной массы зон разделения, патрубками подачи чистой воды для первоначального накопления, промывки и слива и плавающим успокоителем и выполнение узла предварительной обработки в виде типового гравитационного отстойника первичного разделения позволяет получить наиболее простую оптимальную конструкцию устройства, позволяющего за счет многократного разделения обеспечить повышение эффективности очистки. Гравитационный отстойник первичного разделения производит осаждение грубодисперсных фракций из очищаемой воды за счет процесса седиментации и последующий отвод осадка. Кроме того, отстойник исключает возникающее после насоса турбулентное течение очищаемой воды и позволяет подать ее в ламинарном режиме на зоны разделения. Зоны разделения в виде расчетного количества контактной массы из нефти и слоя воды позволяют надежно очистить воду от нефтепродуктов, т.к. при прохождении через непрерывный слой нефти определенной толщины происходит извлечение из объема очищаемой воды дисперсированных нефтепродуктов за счет слипания частиц нефтепродуктов с основной массой нефти. При этом после прохождения каждой зоны разделения за счет коагуляции и коалесценции происходит наиболее полная очистка воды от нефтепродуктов. Система трубопроводов и арматуры позволяет создать расчетные слои контактной массы из нефти и воды, обеспечить работоспособность устройства, а при необходимости вести отбор воды и нефтепродукта после прохождения любого количества зон в зависимости от поставленной задачи.

Выполнение перегородок зон разделения под наклоном и соответствующее расположение патрубков подачи воды и слива обеспечивает улучшение промывки и отвода осадка.

Снабжение конических колпаков, закрепленных на переливных патрубках, распределительными элементами, выполненными в виде кольцевых дисков, снабженных по внутреннему своему диаметру отверстиями, и смещенными относительно их V-образными вырезами на периферии позволяет распределить поток подаваемой на конический колпак очищаемой воды равномерно по поверхности контактной массы. При этом часть очищаемой воды проходит через ближние отверстия, часть идет далее по поверхности диска до V-образных вырезов, а остальная часть доходит до наружного диаметра диска. Таким образом осуществляется распределение потока очищаемой воды на более мелкие, при этом очищаемая вода стекает на поверхность контактной массы, не «разрезая» ее струей. Варианты исполнения кольцевого диска с радиальными ребрами или зигами позволяют усилить равномерность распределения потока очищаемой воды.

Наличие в устройстве для очистки воды от жидких нефтепродуктов плавающего успокоителя из стойкого к нефтепродуктам полимерного материала, расположенного над основанием каждой зоны или непосредственно на поверхности контактной массы, обеспечивает стабильность работы устройства, т.к. позволяет предотвратить расплескивание слоя нефти, сохранить слой контактной массы постоянным по толщине, что повышает качество очистки. Это особенно актуально для устройств, смонтированных на судах при условиях качки.

Наличие опорного кольца, на которое опирается плавающий успокоитель, позволяет обеспечить гарантированный зазор между успокоителем и поверхностью конического колпака. При данной конструкции, в любом случае, очищаемую воду можно подать только на поверхность конического колпака, распределительный элемент и далее непосредственно на контактный слой. Кроме того, исключается попадание очищенной воды на поверхность успокоителя.

Наличие отбортовок, проточек, цилиндрических поясков, втулок с направляющими или центральных втулок на успокоителе обеспечивает надежное перемещение успокоителя без перекосов и заеданий, обеспечивая работоспособность устройства, при наличии направляющих, выполненных с возможностью регулировки величины перемещения, можно отказаться от опорного кольца. При этом успокоитель будет опираться, например, на гайки, навинченные на направляющие.

Сущность устройства для очистки воды от жидких нефтепродуктов поясняется схемами, где на фиг.1 изображен общий вид устройства с горизонтальными перегородками; на фиг.2 – то же, с наклонными нефтепродуктами; на фиг.3 – сечение А-А на фиг.1; на фиг.4 – то же, выполнение кольцевого диска с радиальными ребрами; на фиг.5 – сечение Б-Б на фиг.3; на фиг.6 – то же, выполнение кольцевого диска с направленными вниз косыми зигами на периферии; на фиг.7 изображена зона разделения с успокоителем в виде полого кольца с конусной проточкой и цилиндрическим пояском; на фиг.8 изображена зона разделения с цилиндрическими втулками и регулируемыми направляющими на перегородках зон разделения; на фиг.9 изображена зона разделения с центральной цилиндрической втулкой.

Устройство содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, снабженный днищем 2 и крышкой 3. По высоте корпуса 1 расположены зоны разделения, выполненные в виде расчетного количества контактной массы из нефти 4 и слоя воды 5, размещенных на смонтированных горизонтально перегородках 6. В центральной части перегородок 6 расположены переливные патрубки 7 для циркуляции очищаемой воды с вышележащей зоны на нижележащую. На переливных патрубках 7 закреплены конические колпаки 8 с распределительными элементами. Каждая зона разделения снабжена патрубками отвода нефтепродуктов 9, соединенными между собой общим трубопроводом 10, посредством которого осуществляется отвод нефтепродуктов в емкость сбора и подача расчетного количества нефти в начальный момент для образования контактной массы 4 из нефти. Кроме того, зоны разделения снабжены патрубками подачи чистой воды 11 для первоначального накопления в виде слоя 5, промывки или слива и плавающим успокоителем 12. Узел предварительной обработки выполнен в виде типового гравитационного отстойника первичного разделения 13. Возможно выполнение зон разделения, когда перегородки смонтированы под наклоном 14 (фиг.2). При данном исполнении патрубки подачи чистой воды для первоначального накопления 15 и патрубки слива 16 разнесены и расположены в диаметрально противоположных, соответственно в высших и низших, точках зон разделения вдоль наклонной перегородки 14. На конических колпачках 8 на переходах к цилиндрической поверхности закреплены распределительные элементы, выполненные в виде кольцевого диска 17. Кольцевой диск имеет по внутреннему диаметру равномерно распределенные отверстия 18 и смещенные относительно их V-образные вырезы 19 на периферии. Кольцевые диски 17 могут быть снабжены радиальными ребрами 20 на своей поверхности, разделяющими ее на отдельные сектора с отверстиями 18 по внутреннему диаметру от секторов с V-образными вырезами 19 на периферии (фиг.4). Кроме того, вместо V-образных вырезов 19 на периферии кольцевого диска 17 могут быть выполнены радиальные, направленные вниз косые зиги 21.Каждая зона разделения снабжена также успокоителем, изготовленным из стойкого к нефтепродуктам полимерного материала. Плавающий успокоитель может быть выполнен в виде тонкостенного кольца 22 с отбортовкой по наружному и внутреннему диаметрам или в виде полого кольца 23, взаимодействующего своим наружным диаметром с поверхностью корпуса, а на внутреннем диаметре которого выполнены конусная проточка 24 и цилиндрический поясок 25.

При отсутствии или минимальном количестве воды и нефтепродуктов на зонах разделения плавающие успокоители опираются своим наружным диаметром на опорное кольцо 26, закрепленное на корпусе аппарата. При этом между внутренней отбортовкой или конусной проточкой 24 и поверхностью конического колпака 8 обеспечивается гарантированный зазор для прохождения очищаемой воды. В рабочем положении успокоитель плавает на поверхности очищаемой воды. Для надежного перемещения внутри корпуса 1 плавающий успокоитель снабжен цилиндрическими втулками 27, взаимодействующими с направляющими 28, закрепленными на перегородках 6. Направляющие 28 выполнены с возможностью регулировки величины перемещения плавающего успокоителя, например снабжены резьбой и гайками 29 и 30. Плавающий успокоитель может быть снабжен центральной цилиндрической втулкой 31, охватывающей и взаимодействующей с переливными патрубками вышележащей зоны разделения.

Устройство в нижней своей части снабжено патрубком для удаления очищенной воды 32; теплообменной рубашкой 33 с патрубками подачи пара и отвода конденсата и фундаментными лапами 34. Зоны разделения могут быть снабжены для повышения надежности работы датчиками или сигнализаторами уровня (например, РЕК-3001, фирмы Labko, Финляндия).

Работает устройство для очистки воды от жидких нефтепродуктов следующим образом. Очищаемая вода с нефтепродуктами подается насосом через патрубок в гравитационный отстойник первичного разделения 13, где происходит отделение крупнодисперсных фракций из очищаемой воды. Турбулентный поток после насоса приобретает спокойное ламинарное течение и в таком состоянии подается на первую зону разделения. Предварительно на перегородках 6 или 14 через патрубки подачи чистой воды 11, 15 и подачи расчетного количества нефти 9 происходит образование слоя воды 5 и контактной массы из слоя нефти определенной толщины 4. Очищаемая вода поступает на поверхность конических колпаков 8 и далее через зазор между поверхностью колпаков 8 и плавающим успокоителем на распределительные элементы в виде кольцевого диска 17. Так как в начальный момент успокоитель в виде тонкостенного 22 или полого 23 кольца опирается на опорное кольцо 26 или втулками 27 с гайками 30, то обеспечивается гарантированный зазор между успокоителем и поверхностью колпака 8. После попадания очищаемой воды на кольцевой диск 17 она рассекается на потоки, которые проходят через отверстия 18, V-образные вырезы 19 или косые зиги 21 и наружный диаметр диска. При этом очищаемая вода равномерно распределяется по поверхности контактной массы из нефти 4, не разрезая ее слоя струями. При прохождении очищаемой воды через слой контактной массы из нефти определенной толщины диспергированные частицы нефти из очищаемой воды слипаются с основным слоем нефти, обеспечивая очистку воды за счет коагуляции и коалесценции. За счет разной удельной плотности и перекрытия нижней цилиндрической части колпака 8 верхней частью переливного патрубка 7 нефтепродукт скапливается на и в слое контактной массы 4, а вода переливается через край переливного патрубка 7 и поступает на коническую поверхность колпака 8 нижележащей зоны разделения. Нефтепродукт, накапливаясь на зонах разделения, отводится через патрубок 9 и трубопровод 10 в емкость сбора. Датчики или сигнализаторы уровня нефтепродукта отслеживают нижний уровень нефтепродукта и в необходимый момент производится отвод нефтепродукта. В момент накопления нефтепродукта плавающий успокоитель просто плавает на поверхности слоя нефтепродукта, исключая его «волнение» и расплескивание, обеспечивая при этом постоянную толщину слоя и исключая разрыв слоя нефтепродукта в момент прохождения через него очищаемой воды (что особенно актуально, например, при качке корабля). На нижележащей зоне разделения процесс очистки повторяется, т.к. часть эмульгированного нефтепродукта может остаться в очищаемой воде после первой зоны. По экспериментальным данным, при наличии гравитационного отстойника первичного разделения 13 достаточно в устройстве иметь три зоны разделения. После прохождения всех зон очищенная вода отбирается через патрубок 32. В зависимости от требования к очистке можно отбирать воду напрямую с любой из зон. Нефтепродукт отбирается с зоны до достижения слоем патрубка 9 для отвода нефтепродукта. Отстой и осадок удаляются через патрубки слива при промывке. При необходимости устройство может быть снабжено фильтром тонкой очистки.

Таким образом, данное изобретение обеспечивает достижение поставленной цели, а именно упрощает конструкцию устройства для очистки воды от жидких нефтепродуктов и повышает эффективность очистки.

Формула изобретения

1. Устройство для очистки воды от жидких нефтепродуктов, содержащее вертикальный корпус с зонами разделения, патрубки подачи очищаемой воды, отвода очищенной воды и нефтепродуктов и узел предварительной обработки, отличающееся тем, что зоны разделения выполнены в виде расчетного количества контактной массы из нефти и слоя воды, размещенных на смонтированных горизонтально по высоте корпуса перегородках, имеющих в центральной своей части переливные патрубки для циркуляции очищаемой воды с вышележащей зоны на нижележащую с закрепленными на них коническими колпаками, снабженными распределительными элементами, каждая зона разделения снабжена патрубками для отвода нефтепродуктов, соединенными между собой общим трубопроводом для отвода их в емкость сбора и подачи расчетного количества нефти для образования контактной массы зон разделения, патрубками подачи чистой воды для первоначального накопления, промывки или слива и плавающим успокоителем, а узел предварительной обработки представляет собой типовой гравитационный отстойник первичного разделения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что перегородки зон разделения смонтированы под наклоном, а патрубки подачи чистой воды для первоначального накопления и патрубки слива разнесены и расположены в диаметрально противоположных, соответственно в высших и низших, точках зоны разделения вдоль наклонной перегородки.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что распределительные элементы выполнены в виде кольцевого диска, закрепленного на переходе к цилиндрической поверхности конического колпака и снабженного равномерно распределенными по внутреннему своему диаметру отверстиями и смещенными относительно их вырезами на периферии.

4. Устройство по пп.1 и 3, отличающееся тем, что вырезы выполнены V-образными.

5. Устройство по пп.1 и 3, отличающееся тем, что вырезы выполнены в виде радиальных, направленных вниз косых зигов.

6. Устройство по пп.1 и 3, отличающееся тем, что кольцевые диски снабжены радиальными ребрами на своей поверхности, разделяющими ее на отдельные сектора с отверстиями по внутреннему диаметру от секторов с вырезами на периферии.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что плавающий успокоитель изготовлен из стойкого к нефтепродуктам полимерного материала и выполнен в виде тонкостенного кольца с отбортовкой по наружному и внутреннему диаметрам, причем при отсутствии или минимальном количестве на перегородках зон разделения воды и нефтепродуктов он своим наружным диаметром опирается на опорное кольцо, закрепленное на корпусе аппарата, обеспечивая при этом гарантированный зазор между внутренним своим диаметром и поверхностью конического колпака.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что плавающий успокоитель выполнен в виде полого кольца, взаимодействующего наружным диаметром с поверхностью корпуса, а на внутреннем диаметре которого выполнена конусная проточка со стороны колпака для образования зазора и цилиндрический поясок для взаимодействия с поверхностью переливного патрубка вышележащей зоны разделения, причем в нижнем своем положении при контакте с опорным кольцом цилиндрический поясок не выходит из контакта с поверхностью патрубка.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что плавающий успокоитель снабжен цилиндрическими втулками, взаимодействующими с направляющими, закрепленными на перегородке зоны разделения, причем направляющие выполнены с возможностью регулировки величины перемещения плавающего успокоителя.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что плавающий успокоитель снабжен центральной цилиндрической втулкой, охватывающей и взаимодействующей с переливным патрубком вышележащей зоны разделения.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 20.04.2006

Извещение опубликовано: 27.04.2007 БИ: 12/2007