ФЛОТАТОР-ДЕГАЗАТОР НАПОРНЫЙ (ВАРИАНТЫ)

Настоящая полезная модель относится к нефтяной промышленности и предназначена для использования на объектах подготовки нефти для выполнения процесса очистки попутно добываемой пластовой воды от нефтепродуктов и механических примесей перед закачкой очищенной пластовой воды в нагнетательные скважины системы поддержания пластового давления.
Из уровня техники известен флотатор (Патент RU №2301775, МПК C02F 1/24, опубл. 27.06.2007), содержащий прямоугольный корпус с парными параллельными пластинами, между которыми размещены перфорированные трубопроводы для подвода водовоздушной смеси, начальные участки которых сообщены со средствами образования водовоздушной смеси, механизм для удаления пены с пеносборником и узел вывода обработанной воды с приемным карманом.
К недостаткам данного флотатора следует отнести невысокую производительность и невозможность его применения в напорной системе водоподготовки в пределах нефтепромысла для очистки пластовой воды.
Известен также напорный флотатор (Патент на изобретение №2049732, МПК C02F 1/24, опубл. 10.12.1996), содержащий емкость с внутренней цилиндрической перегородкой, флотационную, отстойную и фильтрующую камеры, устройство для подачи водовоздушной смеси, снабженное эжектором, подающий трубопровод и патрубок отвода очищенной жидкости.
Конструкция известного напорного флотатора загромождена сложными конструкторскими элементами, что снижает рабочий объем, и, соответственно, снижается производительность аппарата в целом. Также возникает необходимость применения дополнительного оборудования в виде насоса и напорного бака со сжатым воздухом, что приводит к сложности эксплуатации и контроля за разделенными фазами.
Наиболее близким к заявленной полезной модели является флотатор, содержащий корпус, последовательно разделенный перегородками на сообщающиеся между собой камеры, дестабилизаторы фазового состояния (далее - ДФС), патрубки ввода сточной воды и вывода очищенной воды (патент РФ №2349553, МПК C02F 1/40, опубл. 20.03.2009). Корпус известного флотатора включает приемную камеру, несколько последовательно расположенных камер импеллерной флотации, две последовательно расположенные камеры отстаивания воды, камеры смешения водовоздушной смеси, подаваемой из специального сатуратора, камеры сбора очищенной воды, узлы удаления пенопродукта с поверхности воды из камер импеллерной флотации и из камер отстаивания, расположенные на внешней части одной из боковых сторон корпуса, которые состоят из поворотных лотков, скребки и боковые карманы.
К недостаткам известного флотатора, взятого за прототип, относятся сложность и загроможденность металлоконструкциями флотатора, включающего несколько камер флотации с ДФС (импеллерными диспергаторами воздуха), двумя камерами отстаивания воды с размещенными в них блоками насадки, узлами удаления пенопродукта сложной конструкции и множеством перегородок различного типа, что в целом усложняет профилактическое обслуживание, увеличивает металлоемкость и стоимость устройства.
Также к недостаткам известного флотатора можно отнести:
- сложность подбора и регулировки процесса, так как для определения флотационных параметров необходимо определение количества импеллеров, частоты вращения и диаметра импеллеров;
- применение импеллерных диспергаторов воздуха требует использование электроэнергии, а также их периодическое техническое обслуживание, что увеличивает эксплуатационные затраты.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание аппарата, способного повысить эффективность очистки воды и показатели качества ее очистки от нефтепродуктов и механических примесей и отвечающего поставленным требованиям по качеству подготовки воды перед закачкой в нагнетательные скважины.
Технический результат от использования предложенной полезной модели состоит в повышении эффективности очистки пластовой воды за счет обеспечения возможности регулирования расхода части потока воды, подаваемого в корпус флотатора-дегазатора напорного через ДОС, за счет эжектирования (подачи) отделившегося газа из газовой зоны корпуса к ДФС, а также за счет использования эффективной системы сбора и вывода из корпуса флотошлама и уловленной нефти.
Задача, положенная в основу настоящей полезной модели, с достижением заявленного технического результата решается тем, что флотатор-дегазатор напорный, содержащий корпус, последовательно разделенный перегородками на сообщающиеся между собой камеры, дестабилизаторы фазового состояния, патрубок ввода многофазной смеси и патрубки вывода отделившихся фаз, снабжен подпитывающим патрубком, установленным с возможностью горизонтального ввода многофазной смеси нормально восходящему потоку части последней, подаваемой по патрубку ввода, и выполненным в виде спаренных патрубков ввода другой части подаваемого потока многофазной смеси, каждый из которых снабжен дестабилизатором фазового состояния, выполненным с возможностью регулирования расхода многофазной смеси.
Кроме того, корпус выполнен с возможностью образования флотационной камеры, отстойной зоны, буферной и газовой зон.
Кроме того, флотатор-дегазатор напорный снабжен трубопроводом для подачи отделившегося газа из газовой зоны корпуса к каждому дестабилизатору фазового состояния.
Кроме того, флотатор-дегазатор напорный снабжен сборным лотком для сбора продукта флотации и приемной камерой для сбора и вывода уловленной нефти;
Кроме того, патрубок вывода газа оснащен устройством улавливания капельной жидкости, выполненного в виде коалесцирующего блока.
Установка во флотаторе-дегазаторе напорном подпитывающего патрубка с возможностью горизонтального ввода многофазной смеси нормально восходящему потоку части последней, подаваемой по патрубку ввода, и выполнение его по первому варианту в виде спаренных патрубков ввода другой части подаваемого потока многофазной смеси, каждый из которых снабжен ДФС, выполненных с возможностью регулирования расхода многофазной смеси, обеспечивает оптимальный перепад давления между давлением входящего потока смеси и рабочим давлением в аппарате, необходимый для эффективного процесса флотации.
Снабжение флотатора-дегазатора напорного трубопроводом для эжектирования (подачи) отделившегося газа из газовой зоны корпуса к ДФС при малом газосодержании во входном потоке многофазной смеси обеспечивает его оптимальное газосодержание для эффективного процесса флотации (при низком газосодержании эффективность процесса флотации резко снижается).
Снабжение флотатора-дегазатора напорного сборным лотком сбора продукта флотации (пенного продукта) и приемной камерой для сбора и вывода уловленной нефти обеспечивают эффективный сбор продукта флотации и последующее удаление отделившейся уловленной нефти.
Перечисленные признаки являются существенными и взаимосвязанными между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточных для получения указанного технического результата.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого полезная модель явным образом не следует для специалиста в области подготовки нефти для выполнения процесса очистки попутно добываемой пластовой воды от нефтепродуктов и механических примесей, показал, что она не известна, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления флотатора-дегазатора напорного можно сделать вывод о ее соответствии критериям патентоспособности.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером выполнения флотатора-дегазатора напорного, который наглядно демонстрирует возможность получения указанного технического результата. Допускаются различные модификации и улучшения, не выходящие за пределы области действия полезной модели, определенные прилагаемой формулой.
Флотатор-дегазатор напорный описывается далее на основе представленных чертежей, где:
- на фиг.1 изображен общий вид флотатора-дегазатора напорного;
- на фиг.2 изображен вид по стрелке А на фиг.1;
- на фиг.3 изображен разрез Б-Б на фиг.1.
В графических материалах соответствующие конструктивные элементы флотатора-дегазатора напорного обозначены следующими позициями:
1 - корпус;
2 - дестабилизатор фазового состояния (ДФС);
3 - устройство регулировки расхода многофазной смеси;
4 - подпитывающий патрубок для ввода части многофазной смеси к ДФС;
5 - патрубок ввода части многофазной смеси во флотатор;
6 - патрубок вывода очищенной воды;
7 - патрубок вывода газа;
8 - устройство улавливания капельной жидкости;
9 - патрубок вывода уловленной нефти;
10 - патрубок вывода тяжелой фазы из приемной камеры уловленной нефти;
11 - трубопровод для подачи газа к ДФС;
12 - задвижка;
13 - первичная переливная перегородка;
14 - лоток для сбора продукта флотации (флотошлама);
15 - переливная гребенка сборного лотка 14;
16 - приемная камера для сбора и вывода уловленной нефти;
17 - перегородка отстойной зоны;
18 - устройство для сбора и вывода уловленной нефти;
19 - устройство сбора и вывода очищенной воды;
20 - вторичная переливная перегородка;
21 - патрубок вывода тяжелой фазы;
22 - устройство ввода многофазной смеси.
Флотатор-дегазатор напорный содержит горизонтальный цилиндрический корпус 1 с эллиптическими днищами, разделенный первичной 13 и вторичной 20 переливными перегородками с образованием флотационной камеры (I), отстойной зоны (II), буферной (III) и газовой (IV) зон, патрубок 5 ввода многофазной смеси, подпитывающий патрубок 4 для ввода части многофазной смеси к ДФС 2, патрубки 6, 7, 9, 10 и 21 вывода отделившихся фаз, трубопровод 11 для подачи отделившегося газа из газовой зоны корпуса в каждый ДФС 2, лоток 14 для сбора продукта флотации и приемную камеру 16 для сбора и вывода уловленной нефти.
Патрубок 7 вывода газа оснащен устройством 8 улавливания капельной жидкости, выполненным в виде коалесцирующего блока.
Подпитывающий патрубок 4 для ввода части многофазной смеси установлен с возможностью горизонтального ее ввода нормально восходящему потоку другой части многофазной смеси, подаваемой по патрубку 5 ввода во флотатор, снабжен ДФС 2, выполненным с возможностью регулирования расхода многофазной смеси, перед входом которого подсоединен выход специального трубопровода 11 для подачи газа в ДФС 2. При этом подпитывающий патрубок 4 выполнен в виде спаренных патрубков ввода части подаваемого потока многофазной смеси, каждый из которых снабжен ДФС, выполненным с возможностью регулирования расхода многофазной смеси
Флотатор-дегазатор напорный работает следующим образом.
2
3
Общий поток многофазной смеси (вода, нефть, механические примеси), подаваемый в корпус 1 на очистку, разделяется на несколько потоков. Часть потока поступает в корпус через входной патрубок 5 подачи части многофазной смеси (пластовой воды), оснащенный устройством 22 ввода последней, часть потока поступает к дестабилизатору фазового состояния (ДФС) 2 через входной патрубок 4 подачи части смеси. Через ДФС 2 водяная смесь с газом, являющаяся рабочим агентом, поступает в нижнюю часть флотационной камеры (I). За счет снижения рабочего давления в аппарате происходит отделение растворенного газа струи входящего потока, поступающего через сопло ДФС 2, и одновременное кавитационное воздействие входящей струей на объем пластовой воды, содержащейся во флотационной камере. В зависимости от исходных условий эксплуатации (давление входящего потока, расхода) используется один или несколько ДФС с соответствующей компановкой рабочего узла ДФС подводящими патрубками. Разница параметров давления между входным давлением потока и рабочим давлением в аппарате поддерживается в диапазоне 2-5 кг/смрегулированием проходного сечения сопла ДФС устройством 3 регулировки расхода смеси. За счет воздействия указанных факторов происходит эффективный вынос на поверхность воды загрязнений (нефтепродукт и механические примеси) образующимися пузырьками газа с образованием на поверхности воды продукта флотации - пены, содержащей загрязнения (далее флотошлам). Необходимое исходное содержание газа в обрабатываемой смеси для выполнения эффективного процесса флотации должно быть в диапазоне 100-500 л/м. В зависимости от параметров флотационного процесса размер пузырьков газа может быть в интервале от 0,5-3 мм. При низком исходном содержании газа в смеси производят открытие задвижки 12 на трубопроводе 11, соединяющем газовую зону аппарата и один или несколько ДФС. При этом происходит эжекционное диспергирование, основанное на дроблении газовой фазы, поступающей из газовой зоны аппарата. Процесс диспергирования происходит при взаимодействии с турбулизированной струей, осуществляемый в естественных условиях на включенном в работу ДФС. Из флотационной камеры вода и флотошлам через верхнюю часть первичной переливной перегородки 13, не перемешиваясь, поступает в отстойную зону (II). Флотошлам с поверхности воды через переливную гребенку сборного лотка 15 поступает в лоток 14 для сбора флотошлама и с одновременным отделением от него нефтепродукта поступает в приемную камеру 16 уловленной нефти. По мере накопления продукта в нефтесборной камере уловленная нефть выводится из корпуса через устройство 18 для сбора и вывода уловленной нефти и патрубок 9 вывода уловленной нефти. Поток воды после отделения флотошлама поступает под нижней частью нефтесборной камеры и перегородки 17 отстойной зоны и, переливаясь через вторичную переливную перегородку 20, поддерживающую постоянный уровень воды в отстойной зоне, поступает в буферную зону (III) для дегазации. Очищенная вода из буферной зоны корпуса выводится через патрубок 6, оснащенный устройством 19 вывода очищенной воды, расположенным в нижней части буферной зоны. Отделившийся газ при выполнении процесса флотации и отделяющийся газ в буферной зоне поступают в газовую зону (IV) и выводятся через патрубок 7, оснащенный устройством 8 улавливания капельной жидкости, представляющим собой коалесцирующий блок, состоящий из перфорированных решеток, установленных последовательно в наклонном лотке. Конденсат, образующийся при прохождении газа через устройство улавливания капельной жидкости, стекает по наклонной плоскости лотка и через отводной патрубок поступает самотеком в буферную зону аппарата.
Изготовление предлагаемого флотатора-дегазатора напорного не требует разработки нового оборудования и переоснащения существующих производств, а используемые средства широко применяются в нефтяном машиностроении, что подтверждает возможность практической реализации и достижения технического результата.