Отстойно-коалесцирующий сепаратор нефтесодержащих вод

 

Изобретение относится к устройствам для разделения жидкостей с разными плотностями , преимущественно воды и нефти, и может быть использовано в отраслях народного хозяйства, где необходимо отделять одну жидкость от другой. Целью изобретения является 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 отстоя и ступень 7 тонкой очистки с коалесцирующими фильтроэлементами 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. Нефтесодержащая вода проходит грубую очистку в ступени 6 путем гравитационного отделения крупных капель в сборнике 12 и механических примесей в днище 13. При тонкой очистке воды в ступени 7 происходит ее коалесценция в фильтроэлементах 8 и гравитационное отделение механических примесей. Укрупненные капли всплывают к подволоку 15 и с накоплением перемещаются в сборник 12, откуда и удаляются. 2 ил. i+f fe О ю ю ю со о « j,0чшцекная j-f. wwa Фиг.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Очи ни ая

©UP.f .:

Шлан

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4785610/26 (22) 29.12;89 (46) 23.12.91.Бюл. М 47 (71) Дальневосточное высшее инженерное морское училище им.адм.Г.И.Невельского (72) Е.П.Зуев и В.З.Корона (53) 628.314.2(088.8) (56) Патент США M 4416782, кл. В 01 0 17/04, 1983.

Нунупаров С.М. Предотвращение загрязнений моря с судов,— M.:Òðàíñïoðò, 1985, с,94. (54) ОТСТОЙНО-КОАЛЕСЦИРУЮЩИЙ СЕПАРАТОР НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ВОД (57) Изобретение относится к устройствам для разделения жидкостей с разными плотностями, преимущественно воды и нефти, и может быть использовано в отраслях народного хозяйства, где необходимо отделять одну жидкость от другой. Целью изобретения является повышение эффективности очистки отстойно-коалесцирующего сепаНе ть Ы 1699939 А1 (sl)s С 02 F 1/40, В 01 0 17/028 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 отстоя и ступень 7 тонкой очистки с коалесцирующими фильтроэлементами 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. Нефтесодержащая вода проходит грубую очистку в ступени 6 путем гравитационного отделения крупных капель в сборнике 12 и механических примесей в днище 13. При тонкой очистке воды в ступени 7 происходит ее коалесценция в фильтроэлементах 8 и гравитационное отделение механических примесей. Укрупненные капли всплывают к подволоку 15 и с накоплением перемещаются в сборник 12, откуда и удаляются. 2 ил.

1699939

20 Г

ЗО

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

Известен коалесцирующий сепаратор, содержащий различного рода фильтроэлементы, например пакеты пластин, патроны, лои зернистой загрузки и другие, изготовленные соответственно из синтетических пористых материалов, волокон, гранул ани0нита, кварцевого песка и др.

Общими их (фильтроэлементов) недоСтаткэми являются ограниченное время работы дозасорения и низкая очистная способность. Очистная способность фильтроэлементов сепараторов коалесцирующего типа обусловлена формой проходного поперечного сечения капилляров или ка алов фильтроэлементов, например круг, многогранник, эллипс, прямоугольник, Оом б, кото рая в испол ьзуемых в них (фил ьтроэлементах) в т.ч, и пористых материаЛах, носит многообразный случайный (не преднамеренно заданный) характер, следовательно далекий от эффективности и совершенства, Известен способ выделения масляной фазы, диспергированной в водных средах или растворителях, содержащий плоское пористое текстильное изделие, имеющее ворс со свободными обращенными вверх онцами, обладающее олеофильными

1 войствами, Нефтесодержащая вода проускается через поры, имеющие непреднамеренную заданную, близкую к круговой и произвольной, форму этого фильтроэлемента, мелкие капли нефтепродукта задерживаЮтся этими порами и волокнами, укрупняются за счет подъемных сил, поднимаются на поверхность.

Недостатками известного устройства являются незначительное время его работы до засорения, низкая очистная способность, Известен элемент для коалесценции масляных капель в сточных водах, содержащий {сформован) высокопористый материал, включающий 50» смешанного волокна из полипропилена и/или полиэтилена с опорами и капиллярами такого же характера. В элементе на входе и выходе готока жидкости имеются ребра шириной

1-5 мм, расположенные через 1-5 мм.

Недостатками известного устройства также являются небольшое время работыдо засорения и низкая очистная способность.

Известен коалесцирующий сепаратор трюмных вод типа СКМ, содержащий корпус, разделенный перегородкой на ступени первичного и вторичногоотстоя, размещенные вертикально в ступени первичного отстоя цилиндрические коалесцирующие фильтрующие элементы, нефтесборники и датчики уровня. Коалесцирующий фильтроэлемент представляет собой полый цилиндрический стакан из термофицированного (оплавленного) полипропилена. Проходя через его поры (снаружи во внутреннюю полость корпуса фильтроэлемента), нефтеводная эмульсия фильтруется. На внутренней полости элемента образуется подвижный слой из нефтепродукта, который током воды выносится во вторую ступень (гравитационного отстоя) сепаратора. Известный сепаратор на первоначальной стадии очистки обеспечивает очистку нефтесодержащих вод до уровня 100 млн ".

Недостатком коалесцирующего фильтроэлемента на основе термофицированного полипропилена является небольшой срок работы до засорения, фильтроэлементы подлежат замене через 50-100 ч эксплуатации, что очень мало. Параметрическая (близкая к круговой форме и форме многогранника) система термофицированного полипропилена в процессе фильтрации через нее (особенно вязких нефтепродуктов) быстро заполняется механическими примесями и асфальтами. Это вызывает увеличение перепада давления на фильтроэлементе, рост скорости течения очищаемой воды через незагрязненные поры полипропилена, что вызывает вторичное эмульгирование нефтепродукта, т.е. ухудшение качества очистки.

Известен отстойно-коалесцирующий сепаратор нефтесодержащих вод, содержащий 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 фильтроэлементами. Коалесцирующие фильтроэлементы выполнены в виде пакетов гофрированных полипропиленовых пластин, размещенных последовательно вдоль ступени, В некоторых моделях между пакетами пластин установлена дополнительная вертикальная коалесцирующая перегородка. Пластины установлены с зазором 6 мм друг относительно друга, образуя, таким образом, строго определенную форму сечения канала очистки в виде прямоугольника. В верхней части каждого из гофров имеются отверстия диаметром .8 мм. Достоинством известного сепаратора является его меньшая подверженность засорению.

1699939

10

25

5

При этом первая ступень (ступень первичного, грубого отстоя) обеспечивает гравитационное отделение крупных капель нефти и выпадание 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 тонких слоев воды, движущихся приблизительно с одинаковой скоростью между гофрированными пластинами. Наличие гофров несколько активизирует процесс укрупнения мелких капель, так как происходящие многократные изменения направления движения слоя потока в некоторой степени способствуют более неоднородному распределению его (потока) векторов скоростей(увеличению разности между значениями смежных местных скоростей вертикального продольного сечения потока), что обуславливает некоторое увеличение числа контактов между мелкими каплями потока, а также между каплями и пластинами. Укрупненные капли, находящиеся вблизи отверстий (диаметром 8 мм), расположенных в верхней части каждого из гофров, всплывают через них, а находящиеся поодаль вместе с более мелкими — наливают на пластины, Однако очистная способность известного сепаратора {с коалесцирующим элементом указанной прямоугольной формы проходного сечения) недостаточна.

Процесс коалесценции капель в каналах происходит не только путем их налипания по периметру канала (что само по себе зависит от его вида), т.е. скольжением с торможением до полной остановки {или воздействием отрицательного ускорения). Общеизвестно, что коалесценция протекает и внутри канала. Это обусловлено разницей всех значений местных скоростей канала, благодаря чему и происходит соударение и укрупнение капель с разными скоростями движения. Этот вид коалесценции в известном сепараторе недостаточно эффективен.

Эпюра поля скоростей ламинарного потока, движущегося через щель, представляет собой параболический цилиндр, вытянут.ый по оси потока, т.е. налицо разница местных скоростей любого продольного вертикального сечения канала. Эта разница между собой местных скоростей любого продольного вертикального сечения прямоугольного канала прототипа обуславливает некоторую коалесценцию его патока внутри этого канала. В продольных горизонтальных (прямоугольных) сечениях 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 уровнях, имеют поэтому одинаковые друг с другом значения, т.е. между каплями в этих точках (на одинаковых уровнях по ширине пластин), потока прототипа отсутствует ускоряющее взаимодействие, а следовательно, и процесс коалесценции, В этом и заключается один иэ недостатков известного сепаратора, снижающий эффективность его коалесценции. Наличие гофров также и отрицательно сказывается на эффективности процесса коалесценции.

При волнистом течении патока его частицы колеблются в поперечном сечении потока, многократно пересекая продольное волнистое ядро потока по мере его движения. Это начинает неблагоприятно сказываться, начиная с некоторого момента,когда часть нефтепродукта потока концентрируется на поверхностях пластин, а ядро потока от него за счет этого освобождается.

Оно (ядро) становится с этого мо ента и до самого конца процесса неэффективной областью коалесценции, когда частицы нефти потока производят многократное эквидистантное пересечение зоны с чистой водой (ядра), где коалесценции уже не происходит, или, наоборот, начинается вторичное змульгирование. Это также снижает эффективность коалесценции.

1 аким образом, недостаточная эффективность коалесценции прототипа обьясняется малой эффективностью ее внутри проходного сечения канала в форме прямоугольника. Кроме того, форма периметра его проходного сечения канала в виде того же прямоугольника также не обуславливает ее высокую степень. Длина периметра прямоугольника (т.е. длина его контактирующей линии при коалесценции) по сравнению с длиной периметра фигуры иной формы при той же площади не является максимальной.

Целью изобретения является повышение эффективности очистки, Указанная цель достигается 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 отстоя и ступень тонкой очистки с коалесцирующими фильтрозлементами, 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 относи1699939

20

50 тельно 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 се«ении 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 разделения нефтесодержащих жидкостей. Процесс коалесценции внутри сечения его канала протекает более активно, Основным условием эффективной коалесценции внутри канала фильтроэлемента является соударение (ускоряющее взаимодействие) капель движущегося потока. Основным условием их контакта (т.е. сближения в движении) при прочих равных условиях является наличие разных скоростей движения соседних капель, движущихся в слое потока.

Этому условию наилучшим образом отвечает форма поперечного (проходного) сечения канала в форме треугольника. Поле скоростей ламинарного потока в треугольном канале образуется 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. Благодаря этому капли нефтепродукта потока, движущегося через наклоненные друг к другу разделительные пластины фильтроэлемента, образующие треугольный канал, помимо того, что имеют разницу местных скоростей по высоте любого продольного вертикального сечения канала (в силу истечения потока через канал, как таковой), обладают разницей местных скоростей точек любого уровня (т.е, в любом продольном горизонтальном сечении) по ширине пластин (т.е. поперек потока). B силу этого процесс.коалесценции внутри канала протекает значительно эффективнее. Более того, длина периметра сечения канала треугольной формы (треугольника), т,е. длина его контактирующей линии, имеет большую величину (при тех же площадках), нежели длина периметра прямоугольника (прототипа), круга и вообще любой фигуры. Это также способствует повышению эффективности коалесценции.

На фиг.1 представлен отстойно-коалесцирующий 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 отстоя 6 и тонкой очистки 7. В ступени 7 тонкой очистки размещены коалесцирующие фильтроэ- . лементы 8, выполненные в аиде пакетов пластин 9. Пластины 9 в пакетах установлены под углом друг относительно друга (фиг.2). При этом они расположены в паке-. тах таким образом, что образуют пилообразную форму своей проекции в вертикальном поперечном сечении. Пластины 9 выполнены из термофицированного (оплавленного) полипропилена. В верхней части каждой из пластин имеются отверстия 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 еще 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.

Нефтесодержэщая вода поступает через патрубок 2 в ступень 6 первичного отстоя. В ступени 6 (грубой очистки) нефтеводная смесь предварительно разделяется (гравитационно) на нефтепродукты и воду (в результате разности плотностей воды и нефтепродукта). При проходе полости грубой очистки (ступень 6) основная масса наиболее крупных частиц нефтепродукта всплывает в нефтесборник 12, образуя на поверхности воды пленку, толщина которой увеличивается в процессе работы сепаратора. При этом мелкодисперсные нефтепродукты.в воде путем гравитационного отстоя не разделяются (r.е. силы трения при всплытии мелких капель нефти соизмеримы с подьемной силой всплытия, а наиболее мелкие частицы подвергаются к тому же и молекулярному воздействию — броуновскому движению, что также препятствует их всплытию). Механические примеси (различные шлаки, нефтекокс, рудный концентрат, загрязняющие трюма- судов) оседают на днище 13.

1699939

Формула изобретения

10 у

Составитель Е.Зуев .

Техред M. Моргентал

Редактор Н.Гунько

Корректор M.Màêcèìèøèíåö"

Заказ 4438 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101

Пройдя 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 капилляры) и в правую ее половины, последовательно проходя через внутренние полости фильтроэлементов 8. В них благодаря форме разделительных пластин 9 происходит разделение движущегося потока на множество тонких слоев треугольного профиля. Взвешивание в каждом слое мелкие частицы начинают здесь укрупняться (коалесцировать) и прилипать к шероховатым поверхностям полипропиленовых пластин

9, налипая на них в убывающем в направлении движения количестве. При этом укрупненные капли, находящиеся вблизи отверстий 10, всплывают через них в верхнюю часть ступени 7, а механические примеси оседают на днище 13. Всплывающие в верхнюю часть ступени 7 укрупненные капли налипают на ее подволок 15, образуя подвижной слой (шубу). По мере увеличения

его толщины (укрупнения частиц) его силы плавучести возрастают, слой перемещается через верхнюю часть проницаемой перегородки 5 в нефтесборник 12, откуда и удаляется через патрубок 4 по мере заполнения нефтесборника. Очищенная вода поступает по ходу движения, как более тяжелый продукт, в отстойник 14 и удаляется через патрубок 3.

Преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с известным является его

5 более высокая очистная способность. Она обусловлена как большей активностью процессов коалесценции, происходящих внутри каналов коалесцирующих фильтроэлементов (в частности по сечению в любой

10 продольной горизонтальной плоскости), так и результативностью процессов коалесценции, происходящих по периметру коалесцирующих пластин, ограничивающих эти каналы.

Отстойно-коалесцирующий сепаратор нефтесодержащих вод, содержащий корпус

20 с патрубком подвода жидкости и патрубками отвода воды и нефти, разделенный пере. городкой на ступень первичного отстоя и ступень тонкой очистки с коалесцирующими фильтроэлементами, выполненными в виде

25 пакетов пластин, установленных с зазором относительно друг друга, и размещенными последовательно вдоль ступени, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения эффективности очистки, пластины пакета

30 установлены под углом друг относительно друга с образованием пилообразной проекции в вертикальном поперечном сечении.