УСТРОЙСТВО ОБЕЗВОЖИВАНИЯ МАЗУТА

Полезная модель относится к области техники, используемой для обезвоживания мазута в мазутохранилищах предприятий, использующих мазут в качестве топлива, например, тепловых электростанций. Может быть использована для очистки мазутосодержащих сточных вод с получением компонента топочного мазута методом обезвоживания.
Обводненный мазут образует с водой очень стойкие эмульсии, требующие для выделения воды применение процесса деэмульгирования.
Особый подход требует обезвоживание нефтешлама из отстойных прудов (Рекомендации по обезвоживанию нефтешлама из отстойных прудов ОАО «Салаватнефтеоргсинтез, ГУП Институт нефтехимпереработки, УФА, 2003).
Используемые в настоящее время способы и устройства деэмульгирования нефтяных эмульсий условно разделяют на следующие группы:
- механические - отстаивание, фильтрование, центрифугирование,
- термические - подогрев и отстаивание при атмосферном давлении и под избыточным давлением,
- электрические - обработка в электрическом поле.
- химические - обработка эмульсии различными реагентами - деэмульгаторами.
Каждый из методов основан на слиянии и укрупнении капель воды, что способствует более интенсивному ее отстаиванию. Выбор того или другого метода определяется типом нефтяной эмульсии и ее стойкостью.
Наиболее эффективным считается термический метод деэмульгирования нефтяных эмульсий.
Известен способ термического обезвоживания нефтепродуктов, в т.ч. мазута, нагреванием до текучего состояния при перемешивании с обезвоженным битумом и добавкой поверхностно-активного вещества при 100-150°C (авторское свидетельство СССР 1747467). Этот способ является очень трудоемким и энергоемким из-за использования специальных мешалок при температуре 100-150°C, кроме того, он не может быть использован для обезвоживания мазута, температура вспышки которого порядка 110°C.
Известна установка для подготовки к сжиганию водомазутной эмульсии (Патент РФ №2105930). Установка содержит расходную емкость с обводненным мазутом, к которой последовательно подсоединены фильтр грубой очистки, подогреватель, фильтр тонкой очистки, шестеренчатые нагнетательные насосы, форсунку, снабженную трубопроводом рециркуляции мазута, выход которого подсоединен к снабженному сопловыми наконечниками коллектору, размещенному в расходной емкости.
Отличительной особенностью установки является то, что выпускной патрубок насоса связан с впускным патрубком трубопроводом, имеющим регулирующую задвижку. Каждый последующий нагнетательный насос имеет меньшую производительность, чем предыдущий, а к выпускному патрубку последнего насоса дополнительно подсоединено через регулирующую задвижку сопло, размещенное в камере смешения эжектора. Выход последнего подсоединен через регулирующую задвижку к выпускному патрубку первого насоса, а камера смешения связана трубопроводом с дополнительной расходной емкостью.
Данная установка имеет следующие недостатки:
- примененные в ней шестеренчатые насосы не обеспечивают необходимую степень диспергирования воды в мазуте, а следовательно, и ее стабильность, т.к. при прохождении обводненного мазута через насос топливо перемещается по периферии рабочей камеры в межзубном пространстве шестерен, не подвергаясь при этом никакому механическому воздействию;
- установка сложна в управлении и требует перенастройки при изменении входных параметров.
Известно устройство для обезвоживания мазутного шлама (патент РФ №2122564), которое состоит из резервуара с вмонтированным в его нижней части обогревателем, люка, находящегося на верхней части резервуара, отводной трубы, отходящей от люка и соединяющей резервуар с холодильником через боковой патрубок, расположенный в нижней части кожухотрубного холодильника. Холодильник имеет два патрубка для входа и выхода холодной воды. В донной части холодильника имеется патрубок для вывода выделенной из мазута воды. На крышке холодильника имеется выводная труба.
Резервуар заполняют обводненным мазутом на 70-80% его объема и нагревают с помощью нагревателей, температура поверхности которых 150-190°C. Нагреватели располагают в придонной части резервуара параллельно поверхности обводненного мазута в объеме, ограниченном двумя плоскостями, параллельными поверхности жидкости, которые отстоят от дна на высоте 0,05-0,25 от высоты резервуара.
При локальном нагреве температура обводненного мазута поднимается до 150-190°C, в результате чего происходит гарантированное отделение воды от мазута и образование паров воды. Пары воды удаляются из мазута в результате испарения. В целом по объему обводненный мазут нагревается до температуры 100-120°C в результате интенсивного конвективного перемешивания и испарения воды. Для испарения 1 кг воды затрачивается 550 ккл/кг.
Этим достигаются две цели - идет испарение преимущественно паров воды, температура которых не превышает 120°C, что, например, при использовании мазута М 100 незначительно (на 10°C) превышает температуру его вспышки. При наличии кислорода в парах они при температуре больше температуры вспышки создают опасность взрыва. Для исключения этой опасности в устройство необходимо было включить холодильник, в котором температура паров становилась ниже температуры вспышки, в результате чего процесс из опасного становится безопасным.
Такое решение привело к значительному усложнению устройства и повышению затрат на его изготовление.
Известен способ и устройство обезвоживания мазута (патент РФ №2127298) путем локального нагрева до текучего состояния в резервуаре с помощью нагревателя, установленного в нижней части резервуара, с температурой поверхности 150-190°C.
При этом способе имеет место большой расход электроэнергии, т.к. происходит только локальный разогрев, и для улучшения теплопередачи необходимы затраты на перемешивание разогреваемой массы. Кроме того, осаждение продуктов распада нефтепродуктов на поверхности нагревателей приводит к значительному снижению КПД нагревания и выходу устройства из строя. Недостатком данного способа является также необходимость использования воды для работы эжектора, что приведет к неизбежному ее загрязнению нефтепродуктами, содержащимися в водяном паре.
Названные устройства не пригодны для обезвоживания стойких эмульсий, практически не различающихся плотностью, к которым относится обводненный мазут, и малоэффективны.
Известен пленочный выпарной аппарат (патент РФ 2144412). Этот аппарат содержит вертикальный цилиндрический корпус с размещенными в нем теплообменными трубами, закрепленными в трубных решетках, к которым прикреплены верхняя и нижняя распределительные камеры, распределительный коллектор в верхней распределительной камере, на верхних концах теплообменных труб расположены пленкообразователи с закрепленными на них соосно патрубками с диафрагмами. К патрубкам с диафрагмой прикреплены колпачки с отверстием в боковой стенке, верхняя и нижняя распределительные камеры соединены переточной трубой, в нижней распределительной камере выше отверстия для переточной трубы расположена диафрагма с закрепленным в ней патрубком, нижний конец которого расположен ниже отверстия для переточной трубы и снабжен V-образными вырезами. Нижняя камера испарителя снабжена уровнемером.
Аппарат работает следующим образом. Обрабатываемая среда подается в верхнюю распределительную камеру на верхнюю трубную решетку через распределительный коллектор, растекается по ней, затекает под патрубки и переливается через верхнюю кромку пленкообразователя в теплообменные трубы. Стекая по теплообменным трубам, низкокипящая часть обрабатываемой жидкости испаряется. При малой нагрузке по вторичному пару, пар поднимается по теплообменным трубам и через отверстия в боковой стенке колпачков поступает в верхнюю распределительную камеру. В результате сопротивления диафрагм и отверстий в колпачках уровень жидкости на трубной решетке выше, чем уровень жидкости на переливе в пленкообразователи. Если в какую-либо трубу жидкости поступает меньше, то в ней образуется меньше вторичного пара. Следовательно, уменьшается сопротивление диафрагмы и отверстия в колпачке над этой трубой, что приведет к подъему уровня жидкости на переливе в пленкообразователи, то есть устройство работает как регулятор расхода жидкости в теплообменные трубы. Колпачки с отверстием в боковой стенке, прикрепленные к патрубкам с диафрагмой, предотвращают попадание жидкости в отверстие диафрагм. При этом уровень жидкости в нижней распределительной камере закрывает V-образные прорези в нижнем патрубке и пар не может перетекать по переточной трубе.
При большой нагрузке по вторичному пару, для снижения сопротивления диафрагм над теплообменными трубами уровень жидкости в нижней распределительной камере падает, и часть вторичного пара движется прямотоком в теплообменных трубах и перетекает по переточной трубе в верхнюю камеру.
Для увеличения перетока вторичного пара по переточной трубе уровень жидкости в нижней распределительной камере опускается, при этом открывается большая часть V-образных прорезей в нижнем патрубке и сопротивление перетоку вторичного пара снижается.
Наиболее близким по своим параметрам к предлагаемой полезной модели является пленочный испаритель (патент на полезную модель №147398).
Испаритель включает в себя следующие элементы: кожух, теплообменные трубы, нижнюю камеру, распределительный коллектор сырья, цилиндрическую опору, крышку решетки трубные верхнюю и нижнюю, распределительный коллектор рециркулята, верхнюю распределительную камеру, колпачковый распределитель жидкост, змеевик, отбойник, поперечную перегородку.
Сырье, проходя через распределительный коллектор сырья, а рециркулят через коллектор рециркулята, смешиваются между собой перед поступлением в теплообменные трубы, благодаря чему в них образуется поток жидкости в виде пленки, и обеспечивается очистка мазута от воды.
Недостатком прототипа является неравномерность распределения жидкости по теплообменным трубам при большом диаметре аппарата, малых нагрузках по вторичному пару и ограничение максимальной нагрузки большим сопротивлением диафрагм и, как следствие, затоплением патрубков.
Целью заявляемой полезной модели является устранение выше отмеченных недостатков, повышение эффективности и надежности работы установки и получения мазута, соответствующего требованиям государственного стандарта за счет более равномерного распределения обводненного мазута внутри теплообменных труб.
Поставленная цель достигается наличием, в отличие от прототипа, в верхней камере пленочного испарителя выше теплообменных труб распределительной тарелки. Предлагаемое устройство обладает признаками полезной модели, т.е. новизной, полезностью и возможностью осуществления на практике.
Сущность полезной модели поясняется прилагаемыми графическими изображениями.
Общий вид испарителя показан на фиг. 1.
Испаритель включает в себя следующие детали: кожух 1, трубы теплообменные 2, камеры распределительные нижнюю 3 и верхнюю 4, опору цилиндрическую 5, крышку 6, решетки трубные верхнюю 7 и нижнюю 8, коллектор распределительный рециркулята 9, тарелку распределительную 10, распределитель жидкости колпачковый 11, змеевик 12, отбойник 13, перегородку поперечную 14, коллектор распределительный сырья 15 и выходной патрубок 16.
Отличительной особенностью испарителя является наличие в верхней камере 4 распределительной тарелки 10 (фиг. 2).
Испаритель работает следующим образом.
Сырье через распределительный коллектор 15 поступает в верхнюю распределительную камеру 4. В нее же через коллектор 9 поступает рециркулят из предыдущего испарителя. Сырье и рециркулят через распределительную тарелку 10, распределитель колпачковый 11 и теплообменные трубы 2, проходят в нижнюю камеру 3. Теплообменные трубы обогреваются паром. В нижней камере смесь дополнительно нагревается змеевиком 12, обогреваемым паром. Очищенный мазут выходит через патрубок 16.
Таким образом, сырье, проходя через распределительный коллектор 15, а рециркулят - через коллектор 9, смешиваются между собой и распределяются с помощью распределительной тарелки 10 перед поступлением в теплообменные трубы 2.
Благодаря такому конструктивному решению обеспечивается максимальная эффективность очистки мазута от воды до установленного ГОСТом на мазут значения.
Конструкция, расположение, конфигурация, размеры и количество отверстий в распределительной тарелке (см. фиг. 1-2) определены расчетами, и их эффективность подтверждена натурными испытаниями.