Устройство очистки жидкости от взвешенных частиц

Полезная модель относится к трубопроводному транспорту, а именно к безреагентной очистке жидкости от нерастворимых твердых веществ и может применяться в различных отраслях промышленности, в том числе нефтегазодобывающей.
Известно устройство фильтровальное устьевое (патент на ПМ RU № 191410, МПК Е21В 43/08, опубл. 05.08.2019 Бюл. № 22), включающее кожух, сообщенный с нагнетательным водоводом и нагнетательной скважиной, сепаратор механических примесей, изготовленный в виде фильтра и продольно размещенный в кожухе, шламосборник, расположенный в нижней части кожуха сепаратора, и механизм дополнительной очистки, причем шламосборник присоединен соосно снизу к кожуху, который верхней частью соединен с нагнетательной скважиной и установлен под углом 30°±5° к горизонту, причем кожух сверху оснащен кольцевым сужением с центральным проходным каналом, ниже которого кожух сообщен с нагнетательным водоводом, а фильтр сепаратора выполнен в виде корпуса с наружными щелями, верхней частью соединенной герметично с сужением кожуха и расположенной внутри витой пружиной с регулируемыми упорами по концам, изготовленными с возможностью ограниченного перемещения внутри корпуса для получения необходимого шага между витками при сжатии и освобождении пружины, внутрь которой соосно вставлен механизм дополнительной очистки, включающий трубку со шнеком и наружной его гильзой снизу, при этом трубка верхним концом герметично соединена с сужением кожуха и сообщена с его центральным каналом, причем гильза шнека изнутри снизу снабжена патрубком отвода шлама для исключения его захвата восходящим потоком жидкости, а верхним концом соединена с корпусом сепаратора муфтой, герметично вставленной внутрь шламосборника.
Недостатками данного устройства являются сложность изготовления и обслуживания, так как конструкция имеет большое количество точно подгоняемых деталей, которые вставлены одно в другое, затрудняя доступ к ним при обслуживании, при этом устройство предназначено для работы с подготовленной водой без большого содержания газа и с малым количеством взвешенных частиц, поэтому шламосборник имеет небольшие размеры, а его очистка требует остановки работы всего устройства, что сужает его функциональные возможности.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для очистки эмульсии и масел от взвешенных частиц (патент RU № 2462289, МПК B01D 21/02, опубл. 27.09.2012 Бюл. № 27), включающее основание, корпус, приемный бункер, тонкослойные осветлители типа «жалюзи», подводящий и отводящий трубопроводы, причем корпус устройства является разъемным, он крепится стойками на основание и выполнен в виде цилиндра с углом наклона 5-7° к горизонтальной плоскости, а с верху к верхней и нижним частям разъемного корпуса подключены соответственно подводящий и отводящий трубопроводы, имеющие краны для отключения устройства, при этом внутри корпуса в подводящей части на расстоянии, равном диаметру корпуса, устанавливается сверху водонепроницаемая перегородка, перекрывающая сечение на две трети, внутрь разъемного корпуса по направляющим устанавливается каскад тонкослойных осветлителей типа «жалюзи», внешний контур пластин которых конгруэнтен внутренней поверхности корпуса и они имеют угол наклона 40-55° к горизонтальной плоскости, а приемный бункер имеет цилиндрическую форму, выполнен из прозрачного материала, жестко связан с разъемной нижней частью корпуса и располагается между основанием и корпусом, при этом его входное отверстие перекрыто пластинчатой съемной решеткой, пластины которой имеют угол наклона 45-55° к горизонтальной плоскости и направлены верхними кромками навстречу потоку жидкости, при этом объем приемного бункера составляет двадцатую часть объема разъемного корпуса.
Недостатками данного устройства являются сложность изготовления и обслуживания, так как конструкция имеет большое количество тонкостенных осветителей типа «жалюзи», которые вставлены корпус, затрудняя доступ к ним при обслуживании, при этом тонкостенные «жалюзи» плохо работают с агрессивными средами и быстро выходят из строя, а устройство предназначено для работы с эмульсией и маслом без большого содержания газа и с малым количеством взвешенных частиц, поэтому очистка шламосборника требует остановки работы всего устройства, малый наклон корпуса в пределах 5-7° не дает возможности его использовать при больших скоростях потока жидкости, что в совокупности сужает его функциональные возможности.
Технической задачей предлагаемого технического решения является создание простой и надежной в производстве, обслуживании и работе конструкции устройства очистки жидкости от взвешенных частиц, позволяющего работать с большими скоростями потока жидкости, в том числе агрессивной и/или газированной, за счет отсутствия конструктивных элементов внутри корпуса, отвода газа и возможности отбора шлама без остановки работы всего устройства.
Техническая задача решается устройством очистки жидкости от взвешенных частиц, включающим основание, цилиндрический наклонный корпус, приемный цилиндрический бункер, который расположен между основанием и корпусом, подводящий и отводящий трубопроводы с соответствующими кранами, стойки, крепящие корпус к основанию.
Новым является то, что корпус соединен со стойками через приемный цилиндрический бункер, который расположен параллельно под корпусом, изготовлен большего диаметра чем диаметр корпуса и соединен средней частью патрубком с корпусом, причем диаметр бункера и расстояние от низа бункера до патрубка выбраны из условий, чтобы скорость восходящего потока жидкости в бункере была ниже скорости осаждения в нем взвешенных частиц, при этом верхняя полость бункера сообщена газоотводной трубкой с верхней полостью корпуса, которая газовым патрубком через газовый клапан сообщена газопроводом, а низ бункера сообщен со шламосборником через отводящий патрубок с запорной арматурой, подводящий трубопровод соединен с верхним торцом бункера, а внутри оснащен сужающимся соплом направленным вниз под углом к оси бункера, отводящий трубопровод соединен с верхним торцом корпуса, низ корпуса сообщен со шламосборником через верхний отводящий патрубок с задвижкой.
Новым является также то, что корпус установлен с наклоном 10-40º своей оси от горизонтали.
На чертеже изображена схема устройства.
Устройство очистки жидкости от взвешенных частиц включает основание 1, цилиндрический наклонный корпус 2, приемный цилиндрический бункер 3, который расположен между основанием 1 и корпусом 2, подводящий 4 и отводящий 5 трубопроводы с соответствующими кранами 6 и 7, стойки 8, крепящие корпус 2 к основанию 1. Корпус 2 соединен со стойками 8 через приемный цилиндрический бункер 3, который расположен параллельно под корпусом 2, изготовлен большего диаметра D1 чем диаметр D2 корпуса 2 и сообщён средней частью патрубком 9 с корпусом 2. Диаметр D1 бункера 3 и расстояние от низа 10 бункера 3 до патрубка 9 выбраны из условий, чтобы скорость восходящего потока жидкости в бункере 3 была ниже скорости осаждения в нем взвешенных частиц. Верхняя полость 11 бункера 3 сообщена газоотводной трубкой 12 с верхней полостью 13 корпуса 2, которая газовым патрубком 14 через газовый клапан 15 сообщена газопроводом (не показан). Низ 10 бункера 3 сообщен со шламосборником (не показан) через отводящий патрубок 16 с запорной арматурой 17. Подводящий трубопровод 4 соединен с верхним торцом 18 бункера 3, а внутри оснащен сужающимся соплом 19 направленным вниз под углом к оси 20 бункера 3. Отводящий трубопровод 5 соединен с верхним торцом 21 корпуса 2. Низ 22 корпуса 2 сообщен со шламосборником через верхний отводящий патрубок 23 с задвижкой 24. Для максимальной эффективности корпус 2 должен иметь наклон α = 10-40º своей оси 25 от горизонтали 26.
Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на работоспособность устройства, на чертеже не показаны или показаны условно.
Устройство очистки жидкости от взвешенных частиц работает следующим образом.
Как показала практика для таких устройств при проточной работе с прокачиваемой высокоскоростной (более трех л/с) жидкостью максимальная эффективность достигается при минимальных габаритных размерах, когда корпус 2 имеет наклон α = 10-40º своей оси 25 от горизонтали 26. Чем больше количество взвешенных частиц в перекачиваемо через устройство жидкости, тем наклон α должен быть больше, так как это обеспечивает большее расстояние от низа 10 бункера 3 до отводящего трубопровода 5 корпуса 2 по вертикали, что позволяет увеличить время подъема жидкости из бункера 3 в до отводящего трубопровода 5 и больше осадить взвешенных частиц при тех же габаритных размерах. Это позволяет один типоразмер (корпуса 2 и бункера 3) устройства использовать для очистки жидкости в трубопроводах, по которым перекачивается жидкость примерно с одной объемной скоростью, но разным содержанием взвешенных частиц. Наклон α подбирается эмпирическим путем, так же как диаметр D1 бункера 3 и расстояние от низа 10 бункера 3 до патрубка 9, чтобы позволяет добиться скорости восходящего потока жидкости в бункере 3 ниже скорости осаждения взвешенных частиц в бункере 3. После подбора бункера 3 его среднюю часть соединяют патрубком 9 с корпусом 2, имеющим меньший диаметр D2 (для экономии материала), так, чтобы корпус 2 и бункер 3 были максимально параллельны друг другу, а их верхние полости 13 и 11 соответственно сообщают между собой газоотводной трубкой 12 с учетом наклона α. После чего корпус 2 с установленным ниже бункером 3 под наклоном α устанавливают на опору 1 при помощи стоек 8, присоединенных к бункеру 3. Стойки 8 могут быть выполнены регулируемыми по высоте (не показано) для более точной установки наклона α корпуса 2. На регулируемые стойки 8 авторы не претендуют, так как подобный конструкции известны большом количестве из открытых источников. После установки и фиксации стоек 8 подводящий трубопровод 4 через кран 6 соединяют с верхним торцом 18 бункера 3, отводящий трубопровод 5 через кран 7 - верхним торцом 21 корпуса 2. Верхнюю область 13 корпуса 2 газовым патрубком 14 через газовый клапан 15 сообщают газопроводом, а низ 22 – с шламосборником верхним отводящим патрубком 23 с задвижкой 24. С шламосборником также соединяют отводящим патрубком 16 с запорной арматурой 17 низ 10 бункера 3.
После окончательной установки краны 6 и 7 открывают, запуская установку в работу. Жидкость по подводящему трубопроводу 4 через сопло 19 поступает в бункер 3. Так как сопло 3 сужается, то скорость потока в нем увеличивается, снижая гидростатическое давление (согласно закону Бернулли), что вызывает интенсивное выделение газа, который поднимается в верхнюю полость 11 бункера за счет меньшей плотности относительно жидкости. Газ из верхней полости 11 бункера естественным путем переносится при помощи газоотводной трубки 12 в верхнюю полость 13 корпуса 2, откуда периодически отбирается в газопровод газовым патрубком 14 через газовый клапан 15, который настраивают так, чтобы газ не попадал в отводящий трубопровод 5. При росте объема газа в верхней области 13 корпуса 2 растет его давление на газовый клапан 15, отрегулированный на открытие и закрытие при определенном давлении. После открытия газового клапана 15 газ через газовый патрубок 14 стравливается в газопровод, давление падает, и газовый клапан 15 закрывается. На газовый клапан 15 авторы не претендуют, так как подобный конструкции известны большом количестве из открытых источников. Из-за того, что сопло 19 направлено под углом в оси 20 бункера вниз, крупные взвешенные, более инерционные частицы жидкости, взаимодействуют с нижней стенкой бункера 3 и между собой, что приводи к их интенсивному слипанию между собой и соскальзыванию по нижней стенке бункера 3 в его низ 10. Так как скорость восходящего потока жидкости в бункере 3 ниже скорости осаждения в нем взвешенных частиц, то осаждённые более мелкие частицы также осаждаются и собираются в бункере 3 внизу 10 из-за гравитационных сил, максимально исключая попадание взвешенных частиц в патрубок 9 и далее в корпус 2. Периодически берут пробы жидкости из отводящего трубопровода 5, если количество взвешенных частиц начинает незначительно расти, то открывают запорную арматуру 17 сбрасывая из низа 10 бункера 3 через отводящий патрубок в шламосборник  без остановки работу устройства. Так как при работе устройства могут быть скачки давления и скорости потока жидкости в подводящем трубопроводе 4, то небольшое количество (до 5%) взвешенных частиц может попадать через патрубок 9 из бункера 3 в корпус 2, где они осаждаются его внизу 22, откуда периодически они сбрасываются в шламосборник через верхний отводящий патрубок 23 за счет кратковременного открытия задвижки 24 без остановки работу устройства. Обычно взвешенные частицы из корпуса 2 сбрасывают после 20–25 сбросов из бункера 3.
Такая конструкция устройства без мелких внутренних элементов упрощает контракцию и позволяет обеспечить его длительную работоспособность и при прокачке агрессивных жидкостей за счет увеличения стенок корпуса 2 и бункера 3. Наличие в устройстве возможности сброса газа позволяет ему работать и с газированной и сильно газированной жидкостью. Две емкости для отстоя жидкости в бункере 3 и дополнительно в корпусе 2 значительно увеличивает степень очистки ее от взвешенных частиц.
Предлагаемое устройство очистки жидкости от взвешенных частиц простое в производстве, обслуживании и надежное в работе, при этом позволяет работать с большими скоростями потока жидкости, в том числе агрессивной и/или газированной, за счет отсутствия конструктивных элементов внутри корпуса, отвода газа и возможности отбора шлама без остановки работы всего устройства.