Аппарат глубокой очистки воды

Предлагаемая полезная модель может применяться в нефтедобыче при обработке пластовых вод, а также в нефтеперерабатывающей, нефтехимической и машиностроительных отраслях промышленности для получения на выходе аппарата очищенной воды, не содержащей нефтепродукты, газы, связанные масла и механические примеси.
Из уровня техники известен аппарат - «Горизонтальный цилиндрический полочный отстойник» (см., например, патент РФ №2145513, МПК B01D 21/02, опубл. 20.02.2000), включающий корпус с патрубками для ввода сырья и вывода нефтепродуктов, воды и механических примесей, в котором имеется распределительное устройство и продольные полки (насадки), которые размещены по обе стороны от центральной оси отстойника с наклоном по плоскости к центру. Аппарат снизу снабжен также устройствами для вывода механических примесей, а в верхней части нефтесборником. Аппарат эффективен для отложения механических примесей и коалесценции нефтяных глобул, однако имеет относительно сложную, металлоемкую конструкцию и главное, не приспособленную для ремонта и периодической очистки полок (насадок) от налипающих механических примесей и нерастворимых солей, не имеет свою систему промывки полок (насадок) и размыва донных отложений и следовательно требует частых длительных остановок для промывки аппарата в целом и полок (насадок), что приводит к существенным дополнительным затратам на обслуживание.
Для очистки пластовых вод от эмульгированной нефти и механических примесей в 2002 г. был предложен аппарат - отстойник (патент РФ на полезную модель №23054, МПК B01D 17/00, С02Р 1/40, опубл. 20.05.2002), в котором имеется горизонтальная цилиндрическая емкость со штуцерами для ввода разделяемой смеси и вывода очищенной воды, выделившейся легкой фазы и механических примесей. В корпусе емкости имеются перегородки, распределительная решетка, блок гофрированных пластин, расположенных горизонтально. Над верхней пластиной расположен отсек для сбора легкой фазы, а под нижней секцией отсек для сбора тяжелой фазы (механических примесей). В процессе очистки пластовой воды происходит отложение механических примесей, наиболее интенсивно это происходит в блоке (пакете) насадок (пластин) с горизонтальным расположением. При этом обеспечить эффективную промывку таких пластин-насадок практически невозможно. Пространство между пластинами быстро забивается механическими примесями и нерастворимыми солями, что приводит к частой остановке аппарата для промывки и ремонта и даже к разрушению пакета (блока) пластин (насадок).
Известно также устройство разделения фаз в водонефтяной смеси - наклонный отстойник (см. патент РФ №2465944, МПК B01D 17/02, опубл. 10.11.2012). Отстойник содержит герметичный корпус с патрубками (штуцерами) подвода очищаемой воды и отвода очищенной воды, имеющий отстойную камеру с блоками гофрированных пластин (насадок). Насадки расположены наклонно по плоскости к центру отстойника, при этом часть пластин с совпадающими выступами гофр, а часть с выступами, расположенными в разные стороны. Конструкция известного отстойника также относительно сложная, материалоемкая, не приспособленная для быстрого ремонта и очистки пластин от механических примесей и солей, что также ведет к дополнительным затратам на изготовление и эксплуатацию. Кроме того, вариант расположения выступов гофр в разные стороны приводит не к коалесценции глобул нефти, а наоборот, к их разрушению ввиду расширения потока при выходе его из узкой части насадок в широкую.
Основными недостатками всех известных конструкций аппаратов для очистки сточных (пластовых) вод являются: относительно сложная и материалоемкая конструкция, непригодная для быстрого ремонта и очистки блоков насадок, а также применение конструктивных решений, не дающих необходимого эффекта очистки воды.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности и достигаемому при его использовании техническому результату является аппарат глубокой очистки воды (см. патент РФ на полезную модель №130870, МПК B01D 17/028, опубл. 10.08.2013), содержащий корпус со штуцерами ввода многофазной смеси и вывода отделившихся фаз, распределительными решетками, перегородками и блоками насадок, выполненными из пакета размещенных по высоте корпуса параллельных гофрированных пластин, при этом пластины (насадки) установлены в пакетах вертикально, ориентированы боковой частью навстречу потоку и собраны в пакет так, чтобы выступы и впадины всех пластин совпадали и находились напротив друг друга на одной линии, а расстояние между пластинами (насадками) подобрано так, чтобы обеспечивать перекрытие кромок гофрированной части пластин.
3
Штуцер ввода многофазной смеси расположен в средней части корпуса, поток разделяется на два и в каждой стороне устанавливается комплект ниже перечисленных элементов: распределительная решетка, перегородка, блок пластин (насадок). Кроме того в аппарате имеются в донной части корпуса система размыва донных отложений, а над блоками насадок система их промывки. Так как пластины (насадки) в блоках расположены вертикально, ослабленно отделение механических примесей в виду отсутствия горизонтальной поверхности для их осаждения благодаря эффекту гравитации, что затрудняет получение на выходе аппарата заданных параметров очищенной пластовой воды по содержанию механических примесей. Разделение потока на два приемлемо только для аппаратов большой емкости (более 100 м), а размещение при этом двух комплектов необходимых элементов приводит к удорожанию аппарата.
Задача, стоящая перед авторами, заключается в создании аппарата глубокой очистки воды от нефтепродуктов и механических примесей до 15÷20 мГ/л и при этом имеющего относительно простую не дорогостоящую, надежную, ремонтоспособную конструкцию с возможностью быстрой и эффективной самоочистки блока насадок, а также аппарата с минимальными эксплуатационными затратами, лишенного вышеуказанных недостатков известных моделей.
Указанный технический результат достигается тем, что в аппарате глубокой очистки воды, содержащем корпус со штуцерами ввода многофазной смеси и вывода отделившихся фаз, в нижней части корпуса систему размыва донных отложений, в верхней части корпуса систему промывки насадок, распределительную решетку, перегородку с технологическим отверстием для блока насадок, блок насадок, выполненный из пакета размещенных по высоте корпуса параллельных гофрированных пластин, на выходе штуцера ввода многофазной смеси установлен отбойник-распределитель, а блок насадок расположен со стороны ребер под углом α в пределах от 45° до 60° относительно горизонтальной плоскости аппарата.
Кроме того гофры пластин имеют трапециевидную форму.
Кроме того, отбойник-распределитель, включает горловину с фланцем, из которой выходят два совмещенных дугообразных патрубка с перфорацией.
Кроме того, отбойник-распределитель выполнен в виде диска-перегородки, прикрепленного кронштейнами к выходу штуцера ввода многофазной смеси.
Расположение блока насадок со стороны ребер под углом α в пределах от 45° до 60° относительно горизонтальной плоскости аппарата определено опытным путем как наиболее приемлемое и для осаждения мехпримесей на стенках гофр и для их промывки.
Выполнение гофр пластин трапециевидной формы позволяет четырежды менять направление потока очищаемой многофазной смеси в каждой гофре, способствовать столкновению и слиянию глобул нефти с последующим всплытием в зоне отстоя и образованием нефтяного слоя.
Установка перфорированного отбойника-распределителя определенной конфигурации на выходе штуцера ввода многофазной смеси, включающего горловину с фланцем, из которой выходят два совмещенных дугообразных патрубка с перфорацией, позволяет разделить и замедлить поток очищаемой многофазной смеси и «успокоить» его.
Сравнительный анализ показывает, что отличительные признаки заявленного технического решения отсутствуют в прототипе, а при реализации указанных признаков возможно решение поставленной технической задачи и получение технического результата.
Наличие отличительных от прототипа существенных признаков позволяет признать заявляемое техническое решение новым.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, где на:
Фиг. 1 представлена схема аппарата глубокой очистки воды;
Фиг. 2 показаны вид и расположение насадок и гофр;
Фиг. 3 изображена конструкция отбойника-распределителя потока очищаемой многофазной смеси потока;
3
Фиг. 4 показана конфигурация сторон трапеции гофр для аппарата, объемом 100 м.
В графических материалах соответствующие конструктивные элементы аппарата глубокой очистки воды обозначены следующими позициями:
1. - горизонтальный корпус;
2. - штуцер ввода пластовой воды;
3. - отбойник-распределитель;
4. - распределительная решетка;
5. - перегородка;
6. - блок насадок;
7. - система промывки насадок;
8. - система размыва донных отложений;
9. - штуцер слива донных отложений;
10. - колпак для сбора легких фракций;
11. - штуцер вывода нефти;
12. - штуцер вывода газа;
13. - система вывода очищенной воды;
14. - отверстие для образования нефтяного слоя.
Заявленный аппарат глубокой очистки воды состоит из горизонтального корпуса 1, включающего 3 зоны (см. Фиг. 1): I - зона ввода и распределения; II -зона эффективного отложения механических примесей и коалесценции нефтяных глобул; III - зона отстоя, разделения и вывода фракций, штуцера 2 ввода пластовой воды, отбойника-распределителя 3, распределительной решетки 4, перегородки 5 и блока насадок 6, расположенного со стороны ребер под углом α в пределах от 45° до 60° относительно горизонтальной плоскости аппарата. Блок насадок 6, выполнен из пакета размещенных по высоте корпуса параллельных гофрированных пластин, причем гофры имеют трапециевидную форму, выступы и впадины последних в блоке насадок совпадают, при этом размер сторон трапеции зависит от скорости потока, содержания и дисперсности глобул нефти и механических примесей. Аппарат имеет систему 7 промывки насадок, систему 8 размыва донных отложений и штуцер 9 их слива. Для разделения и вывода легких фракций имеется колпак 10 со штуцерами вывода нефти 11, газа 12. В нижней части корпуса на выходе из зоны III имеется система 13 вывода очищенной воды. В перегородке 5 выполнены технологические отверстия: в центральной части перегородки - отверстие для блока насадок и сверху отверстие 14 для образования нефтяного слоя и избежания образования застойных зон, в зону эффективного отложения механических примесей и насадок-осадителей, которые легко демонтируются, ремонтируются и очищаются. Для аппаратов малой производительности отбойник-рапределитель 3 может быть выполнен более простой конструкции, например, как диск-перегородка, прикрепленный к выходу штуцера 2 на кронштейнах.
Аппарат работает следующим образом. Пластовая вода в горизонтальный корпус 1 через штуцер 2 подается в зону ввода и распределения I. Для успокоения потока на выходе штуцера 2 установлен отбойник-распределитель 3. Далее пластовая вода дополнительно успокаивается и распределяется по объему зоны I аппарата с помощью распределительной решетки 4 и поступает через перегородку 5, имеющей два отверстия - в центральной части отверстие по размеру встречной части блока насадок и сверху технологическое отверстие 14 для образования нефтяного слоя и избежания образования застойных зон, в зону эффективного отложения механических примесей и насадок-осадителей, которые легко демонтируются, ремонтируются и очищаются.
За счет наклона под углом а блока насадок со стороны ребер и сил гравитации происходит отложение механических примесей на боковых сторонах гофр, по которым они постепенно «стекают» на дно аппарата. Размер насадок и гофр определяется количественным и качественным составом нефтяных фракций и механических примесей. Гофры имеют трапециевидную форму и их выступы и впадины соседних насадок совпадают (Фиг. 2). Поэтому поток четырежды меняет свое направление в каждой гофре. При этом происходит сталкивание и коалесценция глобул нефти, которые при выходе потока в зону отстоя, разделения и вывода фракций III всплывают, распределяются вверху по всей длине аппарата и накапливаются в колпаке 10. Через штуцера 11 и 12 нефть и выделившийся газ выводятся из аппарата и направляются согласно технологическому регламенту. В аппарате имеются также система 7 для смыва отложившихся мехпримесей с насадок и система 8 размыва донных отложений 8 и вывода их через штуцер 9 из корпуса.
Отстоявшаяся, очищенная до заданных параметров пластовая вода в зоне III через систему 13 выводится из аппарата.
Техническим результатом, на достижение которого направлено настоящее техническое решение аппарата глубокой очистки воды, является получение необходимых выходных параметров воды, обеспечение высокой ремонтоспособности, надежности при минимальных затратах на изготовление и эксплуатацию. Аппарат имеет достаточную производительность для обеспечения заданных параметров очищенной пластовой воды, прост в изготовлении и эксплуатации, соответственно дешевле и надежнее известных аналогов.
Конструкция заявляемого аппарата глубокой очистки воды проста в изготовлении и монтаже. Аппарат прошел успешную апробацию в промышленных условиях.