ФИЛЬТРАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к наземному оборудованию для очистки воды от механических загрязнений и ее последующему распределению по нагнетательным скважинам с целью поддержания пластового давления (ППД).
Известен фильтр, содержащий корпус с фильтрующими элементами, накопительную емкость в виде гидравлического аккумулятора, трубопроводы исходной, очищенной и неочищенной жидкости с вентилями и манометрами, дополнительный трубопровод неочищенной жидкости с регулировочным вентилем, электроклапаном и таймером, соединенный посредством байпасного регулирующего вентиля с трубопроводом исходной жидкости (патент №2144422 РФ, B01D 63/00, 2000).
Недостаток фильтра состоит в том, что при его регенерации прерывается очистка жидкости, что снижает производительность технологического процесса. Кроме того, корпус фильтра не рассчитан на высокое давление из-за значительных габаритов.
Известен щелевой фильтр, состоящий из корпуса, верхней крышки с приводом, нижней камеры, штуцеров для входа загрязненной жидкости и выхода очищенной жидкости и осадка, вращающегося щелевого фильтрующего элемента и ножа для удаления механических примесей (Патент №2329085 РФ, B01D 29/44, 2008).
Известный щелевой фильтр в силу конструктивных особенностей не работает при высоком давлении воды и не может использоваться в системах ППД.
Известны фильтровальные комплексы, содержащие толстостенные трубчатые корпуса с одним щелевым фильтром в каждом, трубопроводы исходной, очищенной и неочищенной воды, делительный коллектор, автоматизированные регуляторы расхода и давления, взаимодействующие друг с другом для поочередного создания внутри корпусов противотока очищенной воды, напорные выходные трубопроводы, контроллер для автоматического управления электрооборудованием (патенты на ПМ №68345 РФ, B01D 27/04, 2007 и №102529 РФ, B01D 36/00, 2011).
Общим недостатком фильтрационных комплексов является низкая эффективность регенерации щелевых фильтров противотоком, сопровождающаяся большими потерями очищенной воды, а также отсутствие в комплексах систем распределения подготовленной воды по скважинам.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является фильтровальный комплекс, состоящий из нескольких толстостенных трубчатых корпусов, содержащих крышку с наружным приводом и проходящим через нее валом, вращающийся щелевой фильтр и взаимодействующую с ним реечную щетку, трубопроводов исходной, очищенной и неочищенной воды, делительного коллектора, автоматизированных регуляторов расхода и давления, напорного выходного трубопровода, контроллера для автоматического управления электрооборудованием (Патент на ПМ №107067 РФ, B01D 29/44, 2011).
Недостатком фильтровального комплекса является проблематичность регенерации, осуществляемой путем вращения тяжелых и габаритных щелевых фильтров относительно закрепленной на трубчатом корпусе реечной щетки, при котором происходит удаление налипших частиц.
Задачей настоящей полезной модели является создание фильтрационного комплекса с эффективной регенерацией входящих в него щелевых фильтров.
Указанный технический результат достигается тем, что в фильтрационном комплексе, состоящем из нескольких толстостенных трубчатых корпусов, каждый из которых снабжен щелевым фильтром, щеткой для удаления осадка, крышкой с коаксиальным валом и наружным приводом вращения, трубопроводов исходной, очищенной и неочищенной воды, делительного коллектора, автоматизированных регуляторов расхода и давления, напорных выходных трубопроводов, контроллера для автоматического управления электрооборудованием, согласно полезной модели, щетка установлена на валу и выполнена спиралеобразной формы, а щелевой фильтр размещен неподвижно коаксиально трубчатому корпусу.
Схема предлагаемого фильтрационного комплекса приведена на фиг.1; на фиг.2 схематично изображен трубчатый толстостенный корпус со щелевым фильтром и спиралеобразной щеткой внутри.
1
2
1
3
1
2
1
3
1
2
2
4
2
4
1
2
1
2
1
2
1
4
3
6
3
6
1
4
5
8
3
1
2
3
1
6
1
4
1
8
1
8
Фильтрационный комплекс (фиг.1) состоит из двух обвязанных различными трубопроводами фильтровальных линий, в которых имеется по два трубчатых толстостенных корпуса Ф1, Ф2, и Ф3, Ф4. Трубопроводы исходной воды Ти, Ти содержат соответственно дисковые задвижки ЗД, ЗД, клапаны с электроприводом КВД, КВД и датчики давления ДД, ДЦ; трубопроводы очищенной воды То, То включают соответственно задвижки дисковые ЗД, ЗД и датчики давления ДД, ДД; трубопроводы неочищенной воды Тн, Тн - соответственно клапаны запорно-регулирующие проходные КЗРП1, КЗРП2 и краны шаровые КШ, КШ. Трубопроводы То, То соединены с делительным коллектором КД, в который входят выходные трубопроводы Твых, …Твых, клапаны КЗРП, …, КЗРП, краны шаровые КШ, …, КШ, расходомеры РМ, …, РМ и датчики давления ДД, …, ДД. Делительный коллектор КД дополнительно соединен с подводом исходной воды через клапан КВД и байпас Тбп. Контроллер (не показан) управляет клапанами КВД, КВД, КВД и КЗРП, …, КЗРП в зависимости от показаний расходомеров РМ, …,РМ и датчиков давления ДД, …, ДД. Последние вмонтированы в трубопроводы через вентили ВН, …, ВН.
2
3
4
В трубчатом толстостенном корпусе Ф1 коаксиально размещен неподвижный щелевой фильтр 1, внутри которого на коаксиально установленном валу 2 расположена щетка 3 спиралеобразной формы для удаления осадка. Свободный конец вала 2 проходит через крышку 4 трубчатого толстостенного корпуса Ф1 и присоединен к наружному приводу вращения 5 (фиг.2). Трубчатые толстостенные корпуса Ф, Ф и Ф имеют аналогичную конструкцию.
Фильтрационный комплекс работает следующим образом.
1
4
1
1
1
1
2
2
1
3
6
3
6
вых1
вых4
3
6
1
4
5
8
Задвижки ЗД, …, ЗД приводятся в открытое положение. Затем открывается, например, клапан КВД и исходная вода под высоким давлением направляется через задвижку ЗД в трубопровод Ти и распределяется по корпусам Ф, Ф (фиг.1), при этом клапан КВД находится в закрытом положении. Вода фильтруется изнутри наружу щелевых фильтров 1 (непрерывные стрелки), а содержащиеся в ней частицы размером более ширины щели задерживаются (фиг.2). Очищенная вода оказывается в трубопроводе То, по нему попадает в делительный коллектор КД и, миновав шаровые краны КШ, …, КШ, распределяется посредством клапанов КЗРП, …, КЗРП по трубопроводам Т, …, Т. Проходное сечение клапанов КЗРП, …, КЗРП и соответственно объем протекающей воды регулируется контроллером в зависимости от показаний расходомеров РМ, …, РМ, датчиков давления ДД, …, ДД и данных технологической карты.
1
2
1
2
2
2
1
1
1
1
2
3
4
1
2
3
4
2
1
2
1
2
1
1
1
Загрязнение щелевых фильтров 1 в корпусах Ф, Ф регистрируется по перепаду давления между датчиками давления ДД и ДД. При достижении им критического значения с помощью контроллера открывается клапан КВД в трубопроводе Ти, закрывается клапан КВД в трубопроводе Ти и открывается клапан КЗРП1 в трубопроводе Тн. Одновременно включаются приводы 5 на крышках 4 корпусов Ф, Ф, вращающие валы 2 со спиралеобразными щетками 3. В результате этих действий процесс очистки воды начинается в корпусах Ф, Ф и прекращается в корпусах Ф, Ф, а находящиеся в последних щелевые фильтры 1 подвергаются регенерации. Во время регенерации из корпусов Ф, Ф через открытую задвижку ЗД в корпуса Ф, Ф подается небольшое количество очищенной воды (прерывистые стрелки) и противотоком снаружи внутрь происходит вымывание частиц загрязнителя с поверхности щелевых фильтров 1. Вращающиеся спиралевидные щетки 3 своими щетинками удаляют частицы с поверхности щелевых фильтров 1 и транспортируют их в полости корпусов Ф, Ф (фиг.2), откуда по трубопроводу Тн через клапан КЗРП и кран КШ частицы отводятся в дренаж. Для вращения спиралеобразной щетки 3 не требуется значительного крутящего момента на валу 2, поскольку она, во-первых, имеет незначительный вес и низкий момент инерции относительно оси, и, во-вторых, имеет невысокую площадь контакта с внутренней поверхностью щелевого фильтра 1, что минимизирует возникающую при этом силу трения. За счет механического и гидравлического воздействия на накопленные загрязнения на поверхности щелевых фильтров 1 существенно уменьшается время их регенерации и снижаются потери воды на промывку.
1
1
Продолжительность регенерации щелевых фильтров 1 регулируется контроллером, и по ее завершению клапан КЗРП в трубопроводе Тн закрывается и приводы вращения 5 отключаются.
3
4
2
вых1
вых4
3
4
3
4
1
2
1
2
2
1
2
1
Очищенная в корпусах Ф, Ф вода по трубопроводу То попадает в коллектор КД и распределяется описанным выше образом по трубопроводам Т,… Т. При загрязнении щелевых фильтров 2 в корпусах Ф, Ф возрастает перепад давления между датчиками давления ДД и ДД и посредством контроллера происходит открытие клапанов КВД и КЗРП в трубопроводах Ти и Тн, закрытие клапанов КВД и КЗРП в трубопроводах Ти и Тн, а также включение приводов вращения 5 в толстостенных корпусах Ф3, Ф4 для регенерации щелевых фильтров 1. Таким образом, процесс очистки воды происходит на второй фильтровальной линии.
В случае возникновения непредвиденной ситуации, например, необратимого загрязнения щелевых фильтров на обеих фильтровальных линиях клапаны КВД1, КВД2 закрываются, клапан КВД3 открывается и исходная вода без очистки направляется по байпасу Тбп в делительный коллектор КД и распределяется по скважинам.
Применительно к использованию в системе ППД предлагаемый фильтрационный комплекс характеризуется непрерывной очисткой больших объемов воды до требуемого качества и ее распределением по напорным трубопроводам с одновременным замером параметров процесса закачки.