СПОСОБ ОЧИСТКИ ДРЕНАЖНЫХ ВОД ЕМКОСТЕЙ ХРАНЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF CLEANING OIL PRODUCT TANK DRAINAGE WATERS AND DEVICE TO THIS END

Настоящее изобретение относится к фильтрации дренажных вод емкостей хранения нефтепродуктов, а более конкретно к фильтрующим устройствам, предназначенным для очистки нефтепродуктов от воды, механических примесей и биозагрязнений.
При хранении нефтепродуктов в резервуарах не допускается наличие подтоварной воды выше минимального уровня, обеспечиваемого конструкцией устройства для дренажа воды (порядка 25 мм от днища резервуара). При отрицательных температурах следует по мере необходимости сливать подтоварную воду из резервуара, а сифонный кран промывать хранящимся нефтепродуктом и поворачивать в боковое положение. [Правила технической эксплуатации нефтебаз, утвержденные Приказом Минэнерго РФ от 19 июня 2003 г. №232, п.п.6.12-6.13]. Сифонный кран устанавливается на нижнем поясе резервуара на высоте 350 мм от днища и служит для периодического выпуска из резервуаров подтоварной воды, выпадающей из обводненных нефтепродуктов. Вытеснение подтоварной воды из резервуара происходит за счет гидростатического давления столба жидкости, когда сифонная трубка повернута в нижнее положение и приоткрыт спускной кран. В нерабочем состоянии спускная труба повернута отводом вверх и заполнена нефтепродуктом с одновременным вытеснением остатков подтоварной воды вместе с частью нефтепродукта в канализацию. Это гарантирует незамерзание крана в зимний период [Закожурников Ю.А. Хранение нефти, нефтепродуктов и газа: учебное пособие для СПО-Волгоград: Издательский Дом «Ин-Фолио», 2010. - 432 с.].
В экстренных случаях, при необходимости подогрева высоковязких нефтепродуктов (главным образом топочных мазутов в железнодорожных цистернах и нефтеналивных судах) допускается их подогрев “острым паром”.
В этих случаях насыщенный водяной пар инжектируется через перфорированные трубы непосредственно в нефтепродукт и конденсируется, сообщая ему необходимое тепло. Обводненный нефтепродукт в дальнейшем должен подвергаться обезвоживанию. [Правила технической эксплуатации нефтебаз, утвержденные Приказом Минэнерго РФ от 19 июня 2003 г. №232, п.6.33]. Для обезвоживания нефтепродуктов на предприятиях нефтепродуктообеспечения необходимо иметь специальное оборудование - отстойники периодического действия, вертикальные цилиндрические резервуары с коническим дном, горизонтальные с промежуточными ярусами, с наклонными перегородками, вертикальные с коническими тарелками, многоярусные с промывкой осадка и др. [Правила технической эксплуатации нефтебаз, утвержденные Приказом Минэнерго РФ от 19 июня 2003 г. №232, п.6.56]. Отделенная вода при этом сливается в промканализацию предприятия. Конденсат от пароподогревателей, имеющий удовлетворительное качество, необходимо возвращать на внутрибазовые сети конденсаторов. Загрязненный конденсат, очистка которого невозможна, следует охлаждать с последующим сбросом в производственную канализацию. [Правила технической эксплуатации нефтебаз, утвержденные Приказом Минэнерго РФ от 19 июня 2003 г. N232, п.6.38].
На нефтеперерабатывающих заводах дренаж осуществляется путем открытия дренажного вентиля в промышленную канализацию. Время дренажа и периодичность устанавливаются заводом.
Потери при хранении нефтепродуктов составляют 2% от объема хранения, 17% из которых приходится на дренаж.
Попадание легколетучих нефтепродуктов в промышленную канализацию ухудшает состояние воздуха рабочей зоны предприятий и приводит иногда к возгоранию и взрыву.
Из предшествующего уровня техники известна установка фильтров, содержащих полимерные коалесцентные фильтрэлементы типа «АПРИС» из фильтрматериала «АПРИСОРБ» на сливе подтоварной воды из емкостей хранения топлива. Низкое сопротивление фильтрматериала «АПРИСОРБ» позволяет устанавливать фильтр перед насосом и проводить слив подтоварной воды и очистку топлива самотеком за счет давления слоя жидкости в цистерне [В.М. Седов, А.В. Гурко, Н.А. Егоршева, В.В. Сердюк, Л.А. Ашкинази. //Научно-технический семинар Совета главных механиков предприятий нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности «Конструктивные и технологические решения по повышению эффективности тепло-массообменной и других видов аппаратуры нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств»: Материалы семинара, Москва 17-19 февраля 2009 г. - М.: 2009. - с. 149-166.]. Это техническое решение принято за прототип.
3
Недостатком прототипа является очень маленькая грязеемкость, что приводит к необходимости частой регенерации фильтра. Грязеемкость одного фильтрэлемента производительностью по топливу 1 м/ч составляет 3 кг механических примесей [Седов В.М., Сердюк В.В., Скобелев В.Н., Панов С.Б., Климов А.В., Ашкинази Л.А. Новые топлива с присадками. // Сборник трудов IV Международной научно-практической конференции, Санкт-Петербург, 30 мая - 2 июня, 2006. - СПб: Академия прикладных исследований, 2006. С.215-223.].
В зависимости от условий хранения, транспортирования и применения содержание в топливе механических примесей может достигать 200-300 г/т. Размеры частиц в основном равны 10-40 мкм. [Обельницкий A.M. Топливо и смазочные материалы: Учебник для ВТУЗов. - М.: Высшая школа, 1982. - 208 с.]. То есть грязеемкости одного фильтрэлемента хватит на очистку только 15 тонн нефтепродукта, после чего его придется либо менять либо регенерировать. То есть предложенная конструкция для очистки больших промышленных емкостей хранения нефтепродуктов не подходит.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в увеличении грязеемкости и срока службы устройства для очистки дренажных вод емкостей хранения нефтепродуктов, предотвращении попадания нефтепродуктов в канализацию и, как следствие, снижении ее пожаро- и взрывоопасности и улучшении экологических характеристик воздуха рабочей зоны предприятий нефтепереработки и нефтепродуктообеспечения, и экономии нефтепродуктов при хранении.
Поставленная задача решается за счет того, что дренажные воды емкостей хранения нефтепродуктов последовательно очищаются от механических загрязнений в центробежном поле, фильтрацией через фильтрматериал в потоке, направленном против направления действия силы тяжести с одновременной очисткой фильтрматериала от отделенного осадка механических примесей вращающимся потоком очищаемой жидкости, фильтрацией через фильтрматериал в потоке, совпадающем с направлением действия силы тяжести, и фильтрацией через коалесцентный фильтр, после чего вода, очищенная от нефтепродукта и механических примесей, сливается в промышленную канализацию или используется в технологическом процессе, а отделенный от воды и механических примесей нефтепродукт возвращается в емкость хранения.
В известных нам технических решениях очистка дренажных вод последовательно в центробежном поле, фильтрацией через фильтрматериалы в направлениях, противоположном и совпадающем с направлением действия силы тяжести, отмывка с фильтрматериала осадка механических примесей вращающимся потоком очищаемой жидкости и фильтрацией через коалесцентные материалы не описана. Следовательно, предложенный способ соответствует критерию «новизна».
Для реализации предложенного способа очистки дренажных вод емкостей хранения нефтепродуктов разработано устройство, приведенное на фиг.1.
Устройство для слива дренажных вод (фиг.1) содержит корпус 1 с напорным насосом 30 и регулирующим ширину входной щели шибером 12, установленными перед входным штуцером 2, который направляет очищаемый поток дренажных вод внутрь корпуса тангенциально (фиг.2), штуцер для выхода очищенного нефтепродукта 3 с подкачивающим насосом 31 для возврата очищенного нефтепродукта в емкость хранения, штуцера 4 для верхнего и 5 для нижнего датчиков уровня раздела сред, сферическое днище 6 со штуцером для слива отделенной от нефтепродуктов воды 7, и съемную крышку 8 со штуцерами 9 для контрольно-измерительной аппаратуры и подводки инертного газа для проверки герметичности устройства. Внутри корпус условно разделен на пять камер. Первая камера, в которую поступает тангенциально направленный поток очищаемых дренажных вод, образована глухим днищем 10 со сливной трубой 11, оборудованной завихрителем 13, крепящимся на опорном кольце 14, и «ложным» днищем 15, крепящимся на опорном кольце 16, к которому прижимным кольцом 17 прижат фильтрующий материал 18. Вторая камера образована «ложным» днищем 15 и крышкой устройства 8. Третья камера образована глухим днищем 10 со сливной трубой 11, под которой к днищу прикреплен отражатель потока 19, и «ложным» днищем 20, закрепленным на опорном кольце 21. К «ложному» днищу 20 прижимным кольцом 22 прикреплен фильтрующий материал 23. Четвертая камера образована «ложным» днищем 20 и «ложным» днищем 24, закрепленным на опорном кольце 25. Пятая камера образована «ложным» днищем 24, в котором на штуцерах 26 закреплены коалесцентные полимерные фильтрэлементы 27, и сферическим днищем устройства 6. Причем расстояние от верхней крышки полимерного фильтрующего элемента 27 до нижней кромки штуцера выхода чистого нефтепродукта 3 должно быть не менее диаметра фильтрэлемента 27. Над коалесцентными полимерными фильтрами 27 установлено глухое днище 10 со сливной трубой 11, а над ним ложное днище 15. Ниже коалесцентных полимерных фильтрэлементов 27 расположен успокоитель 28, крепящийся на опорном кольце 29. Успокоитель 28 и сферическое днище устройства 6 образуют отстойник, в котором скапливается отделенная очищенная вода.
В качестве фильтрующего материала (поз.18, 23) в зависимости от вида очищаемого нефтепродукта, количества и состава механических примесей, необходимой степени очистки используют технические фильтровальные ткани, металлические фильтровальные ткани или сетку Джонсона. Фильтрующий материал может быть либо одинаковым либо разным, в зависимости от поставленной задачи. Обычно фильтрующий материал 18 выбирается боле прочным и износостойким, так как на него приходится большая часть механических примесей.
Напорный насос 30 обеспечивает постоянную подачу дренажных вод в устройство их очистки при низком гидростатическом давлении вследствие небольшого заполнения емкости и высоком сопротивлении фильтров устройства при забивке их механическими примесями.
Подкачивающий насос 31 обеспечивает подачу очищенного нефтепродукта в емкость хранения при ее небольшом заполнении и низком гидростатическом давлении.
Предложенное устройство, реализующее заявленный способ очистки дренажных вод емкостей хранения нефтепродуктов, работает следующим образом: дренажная вода, содержащая нефтепродукт и механические примеси, поступает по входному штуцеру 2, расположенному тангенциально к корпусу фильтра 1, в корпус фильтра. Еще большему закручиванию потока способствует напорный насос 30, регулирующий ширину входной щели шибер 12, и завихритель 13, установленный на сливной трубе 11. Очищаемая дренажная вода приобретает вращательное движение, обеспечивающее за счет действия центробежных сил разделение исходного материала на тяжелый и легкий продукты. Тяжелый продукт (механические примеси) отбрасывается к поверхности корпуса фильтра 1 и по ней перемещается на глухое днище 10, где и скапливается. Так осуществляется первая ступень очистки дренажных вод. Жидкость поднимается вверх и фильтруется через фильтрматериал 18 в направлении, противоположном направлению действия силы тяжести, в верхнюю глухую камеру, откуда по сливной трубе 11 поступает на второй слой фильтрматериала 23. Так осуществляется вторая ступень очистки дренажных вод. Так как фильтруемый поток вращается, то он смывает значительную часть механических примесей, задержанных фильтрматериалом 18. Загрязнения отрываются от фильтрматериала и скапливаются на глухом днище 10. Это способствует уменьшению количества загрязнений на фильтре, снижению его сопротивления и потери давления потока жидкости на нем. При этом значительно возрастает грязеемкость устройства.
Прежде чем попасть на второй слой фильтрматериала, поток очищаемой жидкости попадает на отражатель 19, ударяется и отражается от него, попадает на глухое днище 10 и только потом поступает на фильтрматериал 23. Смена направления движения потока жидкости способствует выделению из нее механических примесей. Профильтрованные через второй слой фильтрматериала 23 дренажные воды попадают в фильтр-коалесцер 27. Так осуществляется третья ступень очистки дренажных вод.
На фильтр-коалесцере 27 происходит доочистка дренажных вод от остатков мелких механических примесей и разделение дренажных вод на воду, не содержащую нефтепродуктов, и нефтепродукты, не содержащие воды. Вода скапливается на сферическом днище фильтра 6, откуда сливается в промышленную канализацию либо подается в технологическую схему предприятия. Слив воды осуществляется автоматически по сигналу двух датчиков раздела сред 4 и 5. Верхний датчик границы раздела фаз 4 контролирует верхний уровень воды, не позволяя ей подниматься выше успокоителя 28 и смешиваться с очищенным нефтепродуктом. Нижний датчик границы раздела фаз 5 не позволяет уровню воды опускаться ниже начала конического днища фильтра 6, образует гидравлический затвор и предотвращает попадание нефтепродукта в промышленную канализацию.
Отделенный нефтепродукт при помощи подкачивающего насоса 31 возвращается в емкость хранения.
Такая организация процесса очистки дренажных вод позволяет значительно увеличить грязеемкость фильтра за счет увеличенного объема камер для сбора механических примесей, снижает гидравлическое сопротивление фильтра, предотвращает попадание нефтепродукта в промышленную канализацию, чем улучшает экологическую обстановку на предприятии. Кроме того, отделенный от дренажной воды нефтепродукт возвращается в емкости хранения, что приводит к снижению потерь нефтепродуктов.
В известных нам технических решениях не встречаются устройства, позволяющие разделить дренажные воды на нефтепродукт, соответствующий требованиям ГОСТ или ТУ на товарную продукцию и воду, удовлетворяющую требованиям, предъявляемым к воде для слива в общегородскую канализацию или использования в технологических целях, следовательно, предлагаемое устройство соответствует критерию «изобретательский уровень».
3
3
3
На Атырауском НПЗ время сброса дренажа составляет 10 мин с периодичностью 2 ч до получения положительных анализов по содержанию воды и механических примесей в керосине. Средний сброс дренажных вод из емкостей хранения авиационного керосина марки ТС составляет 5 м в сутки. Принимая, что при этом теряется только 4% керосина, суточная экономия составит 0,2 м, а за год при плановых 350 рабочих днях экономия составит 70 м.
Для проверки эффективности заявленного способа и работоспособности предложенной установки нами была отобрана проба подтоварной воды и донных отложений, которые и составляются при дренаже, из емкости хранения дизельного топлива Л по ГОСТ 305-82 объемом примерно 50 л. Часть пробы была залита в литровый цилиндр, и после 24 часов отстаивания визуально был определен состав пробы. Проба содержала 127 мл осадка, 740 мл воды и 133 мл дизтоплива. Жидкость была осторожно деконтирована в делительную воронку и разделена на воду и дизтопливо. В выделенной пробе подтоварной воды, сливаемой в дренаж, было определено содержание механических примесей и нефтепродуктов, а в пробе дизтоплива - содержание механических примесей и воды.
После очистки взятой пробы донных отложений заявленным способом на лабораторной установке разделенные воду и дизтопливо проанализировали по тем же показателям. Результаты анализов приведены в табл. 1 и 2.
Таблица 1
Анализ дизельного топлива до и после очистки
Проба дизельного топлива
Содержание мех. примесей по ГОСТ 6370-83, %
Содержание воды ГОСТ 2477-65, %
До очистки
1,3
0,23
После очистки
отсутствие
отсутствие
Требования ГОСТ 305-82
отсутствие
отсутствие
Как видно из данных, приведенных в табл.1, дизтопливо полностью соответствует требованиям ГОСТ 305-82 и может быть использовано по прямому назначению.
Таблица 2
Анализ подтоварной воды до и после очистки
Проба подтоварной воды
Содержание мех. примесей, %
Содержание нефтепродуктов по ПНДФ14.1:2.5-95, мг/дм<sup>3</sup>
До очистки
2,3
2739
После очистки
0,01
0,97
Требование СанПиН 2.1.4.1074-01
-
0,05
Требование ВУГП-97 Минтопэнерго РФ
-
1,5/25
Из данных табл.2 следует, что очищенная подтоварная вода не соответствует требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды центральных систем питьевого водоснабжения». Получение питьевой воды из дренажных вод и не входило в задачу данного изобретения.
Однако полученная очищенная вода соответствует “Ведомственным указаниям по техническому проектированию производственного водоснабжения, канализации и очистки сточных вод предприятий нефтеперерабатывающей промышленности - ВУГП-97” Минтопэнерго РФ в части:
2.5.1. Подпиточная вода:
- нефтепродукты не более 1,5 мг/л,
2.5.2. Оборотная вода при возврате в оборот биохимически очищенных стоков первой системы канализации и комплексной обработки:
- нефтепродукты не более 25 мг/л.
Т.е. полученная после очистки вода может быть использована как подпиточная и как оборотная.
Очищенная подтоварная вода также соответствует требованиям Приказа от 25 ноября 1996 года № 201 Комитета по управлению городским хозяйством Администрации Санкт-Петербурга «О контроле состава и свойств сточных вод, отводимых абонентами в системы канализации Санкт-Петербурга» в части содержания нефтепродуктов - 5 мг/л.
Кроме того, очищенная подтоварная вода также соответствует «Обобщенным показателям и содержанию вредных химических веществ, наиболее часто встречающихся в природных водах на территории Российской Федерации, а также веществ антропогенного происхождения, получивших глобальное распространение» по ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством» в части нефтепродукты, суммарно, мг/л - 0,1. То есть очищенная вода может быть слита в естественные водоемы и море.
Заявленный способ очистки дренажных вод с помощью предложенного устройства позволил из дренажной воды, загрязненной механическими примесями, и нефтепродуктов получить воду, пригодную для слива в естественные водоемы и использования в технологических процессах и нефтепродукт, соответствующий требованиям ГОСТ, что свидетельствует о достижении нового технического эффекта и о соответствии заявленных решений критерию “изобретательский уровень”.