ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Полезная модель относится к фильтрам для очистки воды гранулами разной формы и может найти применение не только для очистки воды, но и для очистки других жидкостей от механических включений.
Известен зернистый фильтр с гранулами различной формы и линейных размеров, которые имеют возможность контактирования между собой в областях контакта, не превышающих для каждой гранулы 50% поверхности этой гранулы, причем часть гранул загрузки отсортированы по форме и размеру и уложены так, чтобы обеспечить минимальные объемы межгранульного пространства уложенных по форме и размеру и ориентированных гранул загрузки (см. описание ИЗ №2283163 от 30.03.2004 г.).
К недостаткам известного фильтра следует отнести то, что из-за низкой проницаемости загрузки фильтр имеет недостаточно высокую производительность. Кроме того, геометрическая форма материала загрузки позволяет предположить его высокую истираемость при выполнении условия контактирования гранул разной формы и линейных размеров.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для очистки воды, которое представляет собой корпус с днищем, заполненный слоем зернистой фильтрующей загрузки плотностью меньше единицы и снабженный системой подачи исходной воды или промывной воды и системой отвода очищенной воды из придонной части корпуса и защитным элементом, выполненным в виде сетки, отверстия которой меньше самых мелких гранул фильтрующей загрузки. Слой зернистой фильтрующей загрузки состоит из гранул различной крупности (см. описание ИМ №75956 от 15.05.2008 г.).
Недостатком такого фильтра для очистки воды является его не достаточно эффективная работа и пониженная производительность, за счет низкоплотных зернистых гранул, имеющих низкую прочность, а следовательно большую истираемость и слабую гидравлическую устойчивость.
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель является повышение производительности работы фильтра, а также эффективности водоочистки за счет увеличения проницаемости, повышения прочности и гидравлической устойчивости фильтрующей загрузки.
Указанный результат достигается тем, что в фильтре для очистки воды, включающем корпус, заполненный слоевой сыпучей зернистой загрузкой, сыпучие зерна выполнены из керамических проппантов крупной фракции (16/20, 12/18) меш и мелкой фракции (20/40, 30/50, 40/60) меш кондиционной и некондиционной сферичности расположенных послойно так, что слой проппанта крупной фракции помещен над слоем проппанта мелкой фракции, причем насыпной вес гранул верхнего слоя относится к насыпному весу гранул нижнего слоя, как 0.9-0.8: 1.
Корпус фильтра имеет цилиндрическую форму.
Общеизвестно, что максимальный объем порового пространства, а следовательно и проницаемость для жидких сред имеет упаковка из гранул одинакового размера. Однако для использования сфер в качестве фильтра необходимо максимально увеличить длину пути жидкости в упаковке, т.е. заполнить крупные поры оптимальным количеством более мелких гранул. Исследованиями авторов установлено, что послойно уложенный в единый корпус керамический проппант различных фракций, обладающих разным насыпным весом, является устройством, позволяющим решить поставленную задачу.
Проппанты - прочные гранулы, удерживающие трещины при гидравлическом разрыве пласта (ГРП) от смыкания под большим давлением и обеспечивающие необходимую производительность нефтяных и/или газовых скважин путем создания в пласте проводящего канала. В качестве проппантов используют песок, дробь, дробленую скорлупу грецких орехов, стеклосферы, керамические гранулы и пр. Каждый из применяемых видов проппантов имеет свои преимущества и недостатки. Наиболее приемлемыми с точки зрения соотношения цена/качество являются керамические проплаты, сырьем для изготовления которых являются глины, бокситы, пески, полевые шпаты, серпентинит, брусит и т.д. Керамический проппант в силу технологических особенностей его изготовления (тонкое измельчение исходной шихты, ее грануляция и высокотемпературный обжиг) имеет более высокие показатели прочности и удельной поверхности по сравнению с известными материалами, применяемыми для фильтрации жидких сред. В результате многолетней практики применения проппантов выработаны требования к их фракционному составу сферичности и насыпной плотности. Определены оптимальные сочетания параметров для каждой отдельно взятой фракции. Требования, предъявляемые к керамическим проппантам, позволяют получать продукт, обладающий максимальной прочностью и проницаемостью проппантной пачки и минимальной истираемостью гранул.
В зависимости от размера гранул, проппанты подразделяются на следующие основные фракции (Рекомендации Американского института нефти API RP- 60), указанные в таблице 1.
Таблица 1
№ п.п.
Фракция проппантов, меш
Фракция проппантов, мм (после контрольных сит)
1
10/14
2,0-1,41
2
12/18
1,68-1,0
3
16/20
1,19-0,84
4
20/40
0,84-0,42
5
30/60
0.59-0.25
В рамках указанных фракций существуют и другие - более узкие, кроме того по заявкам потребителей предприятия - производители выпускают продукцию другого гранулометрического состава.
3
Сферичность, округлость - не менее 0,8, насыпная плотность - 1,15-1,82 г/см.
При использовании проппанта в качестве материала загрузки фильтра его высокие показатели сферичности позволяют получать максимальную производительность каждой отдельно взятой фракции, а добавленные в пачку для упрочнения и снижения истираемости более мелкие гранулы, обеспечивают необходимую степень очистки. Кроме того, керамический проппант не требует дополнительного рассева и в рамках одной фракции обладает равномерной проницаемостью по всему объему, что особенно важно при его промывке. Развитие технологии изготовления проппантов позволяет получать высокопрочный продукт с низкой плотностью, что в значительной мере снижает стоимость загрузки фильтра, а с учетом того, что даже некондиционные проппанты имеют сферичность 0.75-0.8, явно прослеживается тенденция к дальнейшему снижению стоимости фильтрующих элементов на их основе.
Размещение в верхних слоях загрузки более легкого проппанта предотвращает перераспределение гранул разных фракций при технологических перемещениях.
Соотношение насыпной плотности слоев проппанта 0.9-0.8:1 определены экспериментально.
Заявляемый фильтр для очистки воды, поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен общий вид фильтра.
Фильтр для очистки воды состоит из цилиндрического корпуса 1, внутри которого на высоте 1/3 от дна размещена сетка 2, с размером ячеек меньше 0,25 мм. На сетке 2 помещены мелкие гранулы 3, а затем крупные гранулы 4. Верхняя часть корпуса 1 снабжена заливным патрубком воды 5 для очистки. В нижней части корпуса 1 расположен сливной патрубок очищенной воды 6.
Фильтр для очистки воды работает следующим образом.
При подаче воды для очистки через патрубок 5, вода оставляет механические взвеси в слоях гранул 3, 4. После очистки вода через патрубок 6 подается потребителю.
На дату подачи заявки предлагаемой полезной модели, на промышленной базе ООО «ФОРЭС" проведены лабораторные испытания фильтра с использованием в качестве загрузки магнийсиликатного проппанта, которые показали повышение производительности работы фильтра, а также эффективность водоочистки, за счет увеличения проницаемости, повышения прочности и гидравлической устойчивости фильтрующей загрузки.