УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ПОТОКА ВОДЫ, ИМЕЮЩЕЙ ЗАГРЯЗНЕНИЯ КАК ТЯЖЕЛЫМИ ЧАСТИЦАМИ, ТАК И ЛЕГКИМИ НЕФТЯНЫМИ ИЛИ МАСЛЯНЫМИ ВКЛЮЧЕНИЯМИ НА ТРИ ПОТОКА, ОДИН ИЗ КОТОРЫХ БУДЕТ СОДЕРЖАТЬ ТОЛЬКО ТЯЖЕЛЫЕ ТВЕРДОВЗВЕШЕННЫЕ ЧАСТИЦЫ, ДРУГОЙ - ЛЕГКИЕ НЕФТЯНЫЕ ИЛИ МАСЛЯНЫЕ ВКЛЮЧЕНИЯ, А ТРЕТИЙ - ПРАКТИЧЕСКИ ПОЛНОСТЬЮ ОЧИЩЕННУЮ ОТ ВКЛЮЧЕНИЙ ВОДУ

Изобретение относится к нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности и призвано ускорить и облегчить очистку подтоварной воды.
Известен способ разделения потока воды, имеющей сложные загрязнения, по видам загрязнения и устройство для его осуществления - изобретение №2457011, которое использует эффект отстаивания воды в тонком слое на гофрах в условиях ламинарного движения жидкости. При этом предполагается, что для нормальной работы устройства обеспечивается достаточно хорошая степень отстоя примесей, что обеспечивается правильно выбранной длиной гофр, а также скоростью прохождения воды, при этом осадок обоих примесей должен располагаться на гофрах от центров концентрации (вершин гофр) менее чем на половины ширины гофры пластины. Следовательно, в процессе отстаивания мы получаем, достаточно большой объем очищенной от всех примесей воды, которая в дальнейшем при изменении конфигурации потока согласно изобретению №2457011 вновь перемешивается с отстоем.
Предлагаемое устройство позволяет изменить конфигурации потока таким образом, чтобы отстой (как тяжелых, так и легких примесей) не перемешивались с уже очищенной водой, т.е. поток воды делился бы не на два, а на три потока - поток с легкими примесями, поток с тяжелыми примесями и поток с практически полностью очищенной водой.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующими графическими изображениями:
Фиг. 1 Общий вид предлагаемого устройства.
Фиг. 2 Показан разрез корпуса по А-А
Фиг. 3 Показаны в увеличенном масштабе поперечный разрез элементов пластин, а также схема разделения примесей между гофрированными пластинами и установка дистанционирующих планок
Фиг. 4 Показано сечение по В-В в месте начала изменения конфигурации потока, а также направление разворота элементов разрезанных пластин гофр.
Фиг. 5 Показано сечение по С-С где уже полностью сформированы три разделенных потока - потоки чистой воды 20, потоки воды содержащей легкие примеси 19, и потоки воды с тяжелыми примесями 18.
Предлагаемое устройство разделения потока воды основано на использовании явления отстаивания воды в тонком слое в условиях ламинарного потока. Причем тонкие слои формируют с помощью гофрированных пластин, уложенных гофра в гофру с фиксированным расстоянием между ними. Пластины помещают в наклонно расположенный корытообразный корпус, закрытый сверху крышкой, а с нижнего торца - фланцем. Верхний торец корпуса является приемной воронкой для обрабатываемой воды. При этом гофры пластин располагают вдоль корпуса, и вода, протекая между пластинами сверху вниз вдоль гофр, отстаивается. В процессе отстаивания тяжелые частицы опускаются вниз и, соприкасаясь с наклонной поверхностью гофры нижней пластины, скатываются вниз, концентрируясь у вершины нижней гофры нижней пластины. Легкие частицы при отстаивании всплывают и, соприкасаясь с нижней поверхностью гофры верхней пластины, поднимаются вверх, концентрируясь у нижней стороны вершины верхней гофры верхней пластины - см. фиг. 3. Поскольку образование монолитных нефтяной или масляной пленки нежелательно, поверхность пластины делают олеофобной. Концентрация твердовзвешенных частиц над верхней поверхностью нижней гофры возрастает по мере приближения к самой нижней точке гофры и удлинения пути, пройденного потоком. Выбранная скорость движения воды, а также угол наклона корпуса не позволяют создавать неподвижные отложения осадка на пластинах, который в виде сгущенной и рыхлой кашицы продолжает движение вместе с водой. После завершения процесса отстаивания примесей на пластинах изменяют конфигурацию потока, таким образом, чтобы все зоны нижних гофр пластин, находящихся в одной вертикальной плоскости, объединились в один изолированный вертикальный канал, а зоны верхних гофр пластин, также находящихся в одной вертикальной плоскости, - в другой изолированный вертикальный канал. При этом пространство между этими каналами будет заполняться полностью отстоявшейся чистой водой.
Формирование каналов предлагается проводить следующим образом: после зоны завершения процесса отстаивания на определенную высоту срезают все вершины всех гофр, а оставшиеся пластины разрезают по средней линии на всю длину, после чего половинки пластин разворачивают до вертикального положения как показано на фиг. 4 и фиг. 5. Разворот пластин проводится плавно, и на достаточно протяженном участке чтобы не вызвать турбулизацию потока. В конце разворота пластинки соприкасаются с соседними пластинками - расположенными выше и ниже и таким образом формируют вертикальные каналы, причем в процессе формирования каналов отстою предоставляется только одно возможное направление движения - для легких примесей - вверх, а для тяжелых - вниз, так как соседние лопасти существенно перекрывают верхние и нижние кромки каждой пластинки. После завершения разворота пластинки фиксируются специальными узкими распорными рамками 24, устанавливаемыми в каждом канале в соответствии с шириной канала в двух местах - в зоне окончания разворота пластин и в конце пластин. Таким образом, получаем вместо множества горизонтальных тонкослойных изогнутых гофрами потоков, каждый из которых несет как твердовзвешенные тяжелые примеси, так и легкие нефтяные или масляные включения, систему изолированных вертикальных каналов, в которых имеется либо только один вид загрязнений - каналы, объединяющие зоны нижних гофр несут тяжелые загрязнения, а каналы, объединяющие зоны верхних гофр - легкие нефтяные или масляные включения, либо практически полностью очищенную воду - каналы располагающиеся в промежутке между вершинами гофр. Для объединения всех каналов с одинаковым составом воды используют сборники которые устанавливают: на крышке корпуса - для воды с легкими примесями, и на днище корпуса - для воды с тяжелыми примесями и на фланца нижнего торца корпуса для практически полностью очищенной воды, в которые вода поступает через соответствующие продольные прорези либо в крышке, либо в днище корпуса, либо через вертикальные прорези во фланце нижнего торца корпуса.
Вода из сборников поступает в отдельные трубопроводы для дальнейшей ее обработки. При этом важно, чтобы давление во всех трубопроводах автоматически поддерживалось одинаковым, чтобы избежать перетекания воды из одних каналов в другие в зоне изменения конфигурации потока. В частности, это могут быть обычные переливные трубы с одинаковой высотой перелива.
Устройство для разделения потока воды по видам загрязнения состоит из корпуса 1 с крышкой 2 и торцевого фланца 3. В корпусе 1 размещены пластины 4, имеющие гофры. Пластины устанавливаются гофрами друг в друга на всю высоту корпуса 1 на определенном расстоянии друг от друга с помощью узких дистанционирующих планок 5, при этом пространство между днищем корпуса и гофрами нижней пластины, а также между крышкой 2 и гофрами верхней пластины заполнено уплотняющим материалом 6, (например поролоном), см. фиг. 2 и фиг. 3. Корпус 1 устанавливается с наклоном, причем верхняя часть корпуса является приемной воронкой, в которую поступает загрязненная вода, предварительно очищенная от твердых включений, размер которых превышает половину расстояния между пластинами 4.
Конструкция узла крепления корпуса 1 позволяет изменять угол наклона корпуса, который выбирается в зависимости от степени и свойств загрязнения обрабатываемой воды и может составлять 30…50°. Пластины 4 гофрированы на всю длину отстаивания, вплоть до зоны завершения процесса отстаивания, после которой вершины гофр срезаются на определенную высоту, а оставшиеся пластины разрезаются вдоль по средней линии, половинки которых разворачиваются до вертикального положения как показано на фиг. 4 и фиг. 5 Разворот пластин проводится плавно, чтобы не вызвать турбулизацию потока. После завершения разворота пластины фиксируются специальными распорными рамками 24, устанавливаемыми в каждом канале в одной плоскости, перпендикулярной направлению движения потока в двух местах - в зоне завершения разворота и в зоне окончания пластин.
Таким образом мы получаем систему изолированных вертикальных каналов, в которых имеется либо только один вид загрязнений - каналы, объединяющие зоны нижних гофр 18 несут тяжелые загрязнения, а каналы, объединяющие зоны верхних гофр 19 - легкие нефтяные или масляные включения, либо практически полностью очищенную воду - каналы располагающиеся между вершинами гофр 20
Для объединения всех однотипных потоков в один используются сборники, которые устанавливаются: на крышке 2 корпуса 1 - для воды с легкими примесями - 9, на днище корпуса для воды с тяжелыми примесями - 10 и на фланце нижнего торца корпуса для чистой воды - 11 в которые вода поступает через соответствующие продольные прорези в крышке 21 и в днище 22 корпуса, а также через вертикальные прорези 23 во фланце нижнего торца корпуса. Сборники соединены трубопроводами с переливными трубками 12, 13, 14. Трубопроводы, соединяющие сборники 9 и 10 с переливными трубками 12, 13 могут быть дополнительно снабжены отстойными камерами 16 и 17 для задержания наиболее крупных конгломератов твердовзвешенные частиц и улавливания образовавшихся в процессе отстаивания крупных глобул нефти или масла.
Работа устройства для разделения потока воды происходит следующим образом:
Исходная вода, поступающая в приемную воронку, попадает в пространство между гофрированными пластинами. Скорость прохождения воды между пластинами регулируется с помощью устройства 15 для регулирования уровня воды в переливных трубах 12, 13 и 14 по отношению к уровню воды в приемной воронке корпуса. Режим течения воды (самотеком) между пластинами должен быть ламинарным. В этом случае движение жидкости не влияет на скорость осаждения взвеси. В зависимости от характера осадков твердовзвешенных частиц выбирается угол наклона аппарата, а также скорость движения воды такой, чтобы осаждающийся осадок не задерживался на поверхности пластин, а переносился в виде рыхлой кашицы вместе с водой в сборник 10. Длина гофр L (см. фиг. 1) принимается такой, чтобы за время прохождения воды вдоль пластин полностью завершился процесс разделения примесей (см. фиг. 3) на тяжелые твердовзвешенные частицы, которые скапливаются на верхней поверхности нижней гофры, и нефтяные и масляные примеси, концентрирующиеся у нижней поверхности верхней гофры. При этом для нормальной работы устройства необходима такая степень отстоя, при которой осадок от центра концентрации - вершин гофр - располагался меньше, чем на половину ширины гофры пластины 4 (см. фиг. 3)
После завершения процесса отстоя примесей на пластинах ламинарный поток воды поступающий из пакета гофрированных пластин попадает в зону изменения конфигурации потока. При этом скорость потока не изменяется, но плавно меняется наклон боковых стенок, что способствует перемещения краев осадка в направлении к вершинам гофр, как для легких так и для тяжелых примесей. А поскольку сами вершины гофр в зоне изменения конфигурации потока удалены, то мы изначально получаем по всей высоте вертикальные каналы, которые к окончанию зоны изменения конфигурации потока становятся полностью изолированными вертикальными каналами, по которым течет вода либо с легкими 19, либо с тяжелыми 18 примесями либо практически полностью очищенная вода 20. Наличие в системе автоматического регулирования гидравлического давления во всех потоках (наличие переливных труб с одинаковым уровнем перелива) исключает перетекание воды из одних каналов в другие в зоне изменения конфигурации потоков. Далее вода из каналов с тяжелыми примесями направляется через продольные прорези 22 в днище корпуса в сборник 10, установленный снизу на корпусе 1, а вода из каналов с легкими примесями направляется через продольные прорези 21 в крышке 2 в сборник 9, установленный сверху в нижней части крышки корпуса. Полностью очищенная вода из каналов 20 через вертикальные прорези 23 во фланце нижнего торца корпуса направляется в сборник 11. Из сборников 9, 10 и 11 вода по трубопроводам подается на соответствующие переливные трубы 12, 13 и 14 а затем на дальнейшую обработку. В трубопроводах, соединяющих сборники 12 и 13 с переливными трубами, могут быть установлены отстойники 11 и 16, откуда периодически производится сброс уже отстоявшихся примесей, что облегчает дальнейшую очистку воды.