АППАРАТ ГЛУБОКОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Настоящая полезная модель относится к устройствам для разделения на фракции смеси жидкостей с различной плотностью, в том числе при наличии в ней газа, твердых частиц, и может быть использована в нефтяной промышленности при промысловой подготовке нефти с повышенной обводненностью и для процесса глубокой очистки нефтесодержащей пластовой воды.
Из уровня техники известен аппарат для предварительного обезвоживания нефти (Маринин Н.С., Саватеев Ю.Н. Разгазирование и предварительное обезвоживание нефти в системах сбора. М.: Недра, 1982. С.25, рис.19). Аппарат состоит из корпуса, трех вертикальных перегородок, регуляторов уровня вода-нефть и нефть-газ, патрубков для ввода смеси, вывода нефти, газа и воды. К недостаткам этого аппарата следует отнести то, что первая перегородка выполнена так, что полный поток нефти и воды проходит под первой перегородкой и выше второй перегородки, вызывая дополнительное смешение нефти и воды, и далее не интенсифицируется процесс отстоя.
Известен также отстойник с жидкостным гидрофобным фильтром для очистки нефтесодержащей пластовой воды (патент РФ №2417814, МПК B01D 17/028, опубл. 10.05.2011), включающий горизонтальную цилиндрическую емкость, разделенную перегородками на отсеки, подводящий пластовую воду трубопровод с распределителем воды, размещенным выше уровня раздела фаз нефть-вода, и трубопровод отвода очищенной воды. В данном типе отстойника блок насадок (осадителей) выполнен из параллельно расположенных друг другу наклонных пластин. Недостатком является то, что указанная конструкция блока насадок не способствует коалесценции капель нефти, а лишь интенсифицирует отделение уже сформировавшихся капель нефти, что снижает качество воды по содержанию в ней нефтепродукта.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности является устройство для очистки нефти, содержащей пластовую воду - отстойник (патент РФ на полезную модель №23054, МПК B01D 17/00, C02F 1/40, опубл. 20.05.2002), содержащий корпус со штуцерами ввода многофазной смеси и вывода отделившихся фаз, распределительной решеткой, перегородками и блоком насадок полочного типа, выполненный из пакета горизонтально размещенных по высоте корпуса параллельных гофрированных пластин.
Процесс подготовки смеси в отстойнике (прототипе) происходит следующим образом.
Многофазная смесь (нефть, вода, газ, механические примеси) поступает в отсек ввода смеси для первичного разделения через штуцер ввода смеси. В отстойнике поток проходит через распределительную решетку, обеспечивающую его равномерное распределение по всему сечению. Затем поток смеси поступает в блок полочных насадок. Вертикальные перегородки отстойника образуют отсек насадочного блока между ними. Блок полочных насадок выполнен из горизонтально размещенных по высоте отстойника параллельных друг другу гофрированных пластин, сориентированных вдоль направления движения потока. Гофрированные пластины имеют продольные прорези в верхней части гофра, предназначенные для отделения легкой фазы (нефть, газ) и сбора ее в верхней части отсека, а также имеют продольные прорези в нижней части гофра, предназначенные для отделения тяжелой фазы (механические примеси) и сбора ее в нижней части отсека. Отделившаяся легкая фаза из секции ее сбора, образованной верхней пластиной пакета насадок и корпусом отстойника, периодически выводится через верхний штуцер вывода. Отделившаяся тяжелая фаза из секции ее сбора, образованной нижней пластиной пакета насадок и корпусом отстойника, периодически выводится через нижний штуцер вывода. Поток после разделения фаз поступает в зону сбора воды и выводится через штуцер вывода.
Недостатками известного устройства являются:
1. В процессе эксплуатации отстойника (прототипа) в блоках полочных насадок происходит засорение продольных прорезей осаждающимися на гофрированных горизонтально размещенных пластинах механическими примесями, а именно: имеющиеся прорези в верхней и нижней части гофра пластины, предназначенные для отделения тяжелой и легкой фазы, засоряются до их полного перекрытия и последующего уплотнения осадка. В такой ситуации при неработающем блоке полочных насадок (так как через блок полочных насадок проходит смесь без отделения легкой и тяжелой фазы), значительно ухудшается качество подготовки воды, снижается производительность и надежность работы отстойника. Также при неработающем блоке полочных насадок возникающие гидродинамические возмущения потока смеси приводят к вторичному загрязнению воды, что способствует ухудшению качества ее очистки.
2. Используемая в отстойнике (прототипе) система промывки от загрязнений блока полочных насадок, которая используется при отключенном из работы и опорожненном состоянии, не эффективна. Система промывки используется с подачей промывной воды через коллекторы, расположенные над блоком полочных насадок, при этом фактически происходит очистка только верхней пластины насадки, загрязнение всего пакета насадки не устраняется, и работоспособность блока насадок не восстанавливается.
3. В данном типе отстойника не решена задача сбора и вывода легкой фазы (нефти) из зоны сбора воды после очистки, а именно: при выполнении процесса подготовки воды (высокобводненной нефти) из потока, выходящего из блока полочных насадок после разделения фаз и поступающего в зону ее сбора после очистки, происходит отделение определенного количества нефтепродукта содержащегося в потоке, которое влияет на ухудшение качества подготовки воды.
Технической задачей полезной модели является создание аппарата глубокой очистки воды, отвечающего поставленным требованиям по качеству подготовки воды, обеспечивающего более высокую производительность при равных условиях и надежную и стабильную работу при его эксплуатации.
Технический результат от использования предложенной конструкции аппарата глубокой очистки воды состоит в повышении производительности за счет разделения потоков внутри аппарата и применения схемы двусторонней работы через два блока насадок и повышении качества конечных продуктов разделения за счет обеспечения коалесценции капель нефти при многократно изменяющемся направлении потока между смежными пластинами блока насадок, а также за счет последовательной работы двух отсеков (в две ступени очистки) для разделения многофазной смеси.
Задача, положенная в основу настоящей полезной модели, с достижением заявленного технического результата решается тем, что аппарат глубокой очистки воды, содержащий корпус со штуцерами ввода многофазной смеси и вывода отделившихся фаз, распределительной решеткой, перегородками и блоком насадок, выполненного из пакета размещенных по высоте корпуса параллельных гофрированных пластин, дополнительно снабжен распределительной решеткой и блоком насадок с пакетом гофрированных пластин, при этом пластины установлены в пакетах вертикально, ориентированы навстречу потоку боковой частью и собраны в пакет таким образом, чтобы выступы и впадины всех пластин совпадали и находились напротив друг друга на одной линии, а расстояние между пластинами подобрано так, чтобы обеспечивалось перекрытие кромок гофрированной части пластин.
Кроме того, штуцер ввода многофазной смеси расположен в средней части корпуса, а распределительные решетки и блоки насадок равноудалено размещены от места ввода многофазной смеси.
Кроме того, в донной части корпуса размещена система размыва донных отложений, состоящая из штуцеров подачи воды для размыва донных отложений, нескольких коллекторов оснащенных размывающими соплами и расположенными в нижней части аппарата, и штуцерами для вывода размытого осадка в специальную дренажную систему.
Кроме того, блок насадок снабжен системой промывки, выполненной с возможностью подачи промывной воды на верхнюю часть блока, состоящей из штуцера ввода промывной воды, промывных коллекторов, расположенных над блоком насадки и обеспечивающих подачу промывной воды под определенным давлением для очистки вертикальных пластин блока насадки.
Снабжение аппарата глубокой очистки воды дополнительными распределительной решеткой и блоком насадок с пакетом гофрированных пластин и равноудаленное размещение решеток и блоков насадок от места ввода многофазной смеси позволяет за счет разделения потоков внутри аппарата и применения схемы двусторонней работы через два блока насадок значительно повысить производительность аппарата.
Применение блоков насадок новой конструкции с вертикальным расположением гофрированных пластин, обеспечивающих более высокую продолжительность рабочего цикла при их минимальном засорении механическими примесями, и использование эффективной системы промывки блоков насадок при профилактических работах позволяет повысить надежность работы аппарата и его эксплуатационные характеристики. При этом сбор гофрированных пластин в пакет таким образом, чтобы выступы и впадины всех пластин совпадали и находились напротив друг друга на одной линии, а расстояние между пластинами подобрано так, чтобы обеспечивалось перекрытие кромок гофрированной части пластин, позволяет повысить качество конечных продуктов разделения за счет обеспечения коалесценции капель нефти при многократно изменяющемся направлении потока между смежными пластинами.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого полезная модель явным образом не следует для специалиста по разделению многофазных смесей, показал, что она не известна, а с учетом возможности промышленного изготовления аппарата глубокой очистки воды, можно сделать вывод о его соответствии критериям патентоспособности.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером выполнения аппарата глубокой очистки воды, который наглядно демонстрирует возможность получения указанного технического результата. Допускаются различные модификации и улучшения, не выходящие за пределы области действия полезной модели, определенные прилагаемой формулой.
Аппарат глубокой очистки воды описывается далее на основе представленных чертежей, где:
- на фиг.1 изображен общий вид аппарата;
- на фиг.2 показан пакет гофрированных пластин блока насадки, вид сверху.
В графических материалах соответствующие конструктивные элементы аппарата глубокой очистки воды обозначены следующими позициями:
1. - штуцер ввода многофазной смеси;
2. - штуцер вывода воды;
3. - штуцер вывода нефти;
4. - штуцер вывода газа;
5. - штуцер вывода механических примесей;
6. - корпус;
7. - устройство ввода и распределения многофазной смеси;
8. - распределительная решетка;
9. - перегородка;
10. - блок насадок с пакетом гофрированных пластин;
11. - система промывки блока насадок;
12. - технологическое отверстие перегородки;
13. - система размыва донных отложений;
14. - устройство сбора и вывода очищенной воды;
15. - отсек ввода многофазной смеси;
16. - отсек блока насадок;
17. - сборный колпак;
18. гофрированные пластины блока насадок.
Аппарат содержит корпус 6 со штуцером 1 для ввода многофазной смеси, штуцерами 3 и 4 для выхода легкой фазы - нефть и газ, собирающейся в сборном колпаке 17, штуцерами 5 для вывода тяжелой фазы (механические примеси), штуцерами 2 для вывода очищенной воды. В состав внутренних устройств корпуса входят блоки насадок 10, состоящие из пакета параллельных друг другу вертикально расположенных гофрированных пластин 18. Пакет гофрированных пластин размещен в окнах, прорезанных в перегородках 9, вертикально установленных в аппарате на входе подаваемой жидкости в блок насадок 10. Причем гофрированные пластины 18 собраны в пакет таким образом, чтобы выступы и впадины всех пластин совпадали и находились напротив друг друга на одной линии. Расстояние между листами с учетом размера его профиля подобрано так, чтобы обеспечивалось перекрытие кромок изгибов (гофрированной части) листов для обеспечения многократного изменения направления потока в каналах между смежными пластинами. Перегородки 9 делят рабочий объем аппарата на отсек 15 ввода смеси (первая ступень очистки) и отсеки 16 блоков насадок (вторая ступень очистки). В состав внутренних устройств также входят распределительные решетки 8, устанавливаемые перед блоками насадок 10. Ввод смеси в аппарат осуществляется через устройство 7 ввода и распределения смеси, вывод очищенной воды из аппарата осуществляется через устройство 14 сбора и вывода очищенной воды.
Штуцер 1 ввода многофазной смеси расположен в средней части корпуса 6, а распределительные решетки 8 и блоки насадок 10 равноудалено размещены от места ввода многофазной смеси. В донной части корпуса 6 размещена система 13 размыва донных отложений, состоящая из штуцеров подачи воды для размыва донных отложений, нескольких коллекторов оснащенных размывающими соплами и расположенными в нижней части аппарата, и штуцерами для вывода размытого осадка в специальную дренажную систему.
Аппарат глубокой очистки воды работает следующим образом. Поток многофазной смеси (вода, нефть, газ, механические примеси) подается в аппарат на разделение через штуцер 1 и входное устройство 7 ввода и распределения смеси. Ввод потока производится в отсек 15 ввода многофазной смеси. В этом отсеке происходит отделение наиболее крупных капель нефти и отделение крупнодисперсных механических примесей при динамическом разделении смеси потока. Отделившаяся легкая фаза (нефть, газ) поступает в сборный колпак 17, из которого выводится по мере накопления через штуцер 3 вывода нефти и через штуцер 4 вывода газа. Использование сборного колпака 17 для сбора легкой фазы позволяет максимально использовать рабочий объем аппарата для разделения смеси. Отделившаяся тяжелая фаза (механические примеси) поступает в нижнюю часть аппарата. Из отсека 15 ввода многофазной смеси дальнейшее движение потоков происходит в двух направлениях к боковым сторонам аппарата, то есть каждый поток поступает на отдельный блок насадок 10. Такое распределение потоков значительно увеличивает производительность аппарата. В зависимости от объема обрабатываемой смеси возможно использование конструкции аппарата как с двусторонним, так и с односторонним распределением потока (аналогично прототипу). Перед входом в блоки насадок 10 потоки проходят распределительные решетки 8, обеспечивающие равномерное распределение потоков по всему поперечному сечению аппарата. В блоках насадок 10 потоки проходят между гофрированными вертикально установленными пластинами 18 пакета. Такая организация движения смеси в пакете пластин приводит к многократному изменению направления отдельных потоков в каналах между смежными пластинами, при этом происходит коалесценция содержащихся в смеси мелкодисперсных капель нефти, поступающей на разделение, с последующим движением укрупненных капель нефти в верхнюю часть рабочего отсека 16 блока насадок. Гофрированная поверхность пластин 18 насадок также способствует развитию коалесцирующего эффекта с образованием нефтяного слоя на поверхности с последующим отделением нефтяной фазы в верхнюю часть рабочего отсека блока насадки. Также в потоках между пластинами происходит гидродинамическое отделение мелкодисперсных механических примесей с последующим их движением в нижнюю часть отсека 16 блока насадок. Поток воды из блоков насадок 10 поступает в зону сбора очищенной воды и выводится через устройство 14 сбора и вывода очищенной воды и штуцер 2, расположенные на днищах аппарата. Легкая фаза, отделившаяся в отсеках 16 блока насадок через специальное технологическое отверстие 12, предусмотренное в верхней части каждой перегородки 9, поступает в отсек 15 ввода смеси и выводится через сборный колпак 17 вместе с объемом легкой фазы, отделившейся в отсеке 15 ввода смеси. Механические примеси, отделившиеся в отсеке 15 ввода смеси и отсеках 16 блоков насадок, периодически выводятся из отсеков по отдельным штуцерам 5 вывода размытого осадка во время использования системы 13 размыва донных отложений при эксплуатации аппарата или удаляются из аппарата при выполнении его зачистки от механических примесей. На аппарате имеется система 11 промывки блока насадок промывной водой с ее подачей на верхнюю часть блока при его загрязнении. Эффективное использование системы промывки вертикальных гофрированных пластин от загрязнения предусматривается при отключенном и опорожненном аппарате. Система 11 промывки блока насадок промывной водой состоит из штуцера ввода промывной воды, промывных коллекторов, расположенных над блоком насадки и обеспечивающих подачу промывной воды под определенным давлением для очистки вертикальных пластин блока насадки.
Изготовление предлагаемого аппарата глубокой очистки воды 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.