УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ ЖИДКИХ НЕФТЕПРОДУКТОВ
DEVICE FOR FILTRATION OF LIQUID OIL PRODUCTS

Изобретение относится к устройствам для очистки жидких нефтепродуктов с обеспечением элекробезопасности при фильтрации; оно может быть использовано в химической и нефтяной промышленности в технологических процессах производства и эксплуатации.
В процессе протекания диэлектрических жидкостей через фильтры происходит разделение и накопление электрических зарядов, концентрирующихся на поверхности раздела фаз. Происходящее нарастание электрических зарядов может достигать потенциала, достаточного для появления разрядов, что может существенно снижать электробезопасность технологических процессов. При этом потенциал электрического поля среды зависит от скорости, проводимости, температуры, а также содержания механических примесей и воды. В очищенной и осушенной среде электризация практически не происходит (Попов В.Г., Веревкин В.Н., Бондарь В.А., Горшков В.Н. Статическое электричество в химической промышленности. - Л., Химия, 1977 г., с. 83-85).
Поскольку современные тенденции при проектировании и изготовлении машин, устройств и аппаратов связаны с неуклонным возрастанием энерговооруженности и производительности при ужесточении требований по электробезопасности, то поэтому разработка технических средств для снижения электризации при фильтрации нефтепродуктов становится особенно актуальной.
Известно устройство для фильтрации жидкостей, содержащее корпус с входной и выходной полостями и перегородкой, разделяющей указанные полости, а также установленные на перегородке фильтрующие элементы. Указанное устройство обеспечивает снижение уровня электростатических зарядов в диэлектрической жидкости из-за снижения скорости потока в выходной полости, способствующей взаимной нейтрализации зарядов одного знака и зарядов другого знака на поверхности корпуса и фильтроэлементов, размещенных в этой полости (СССР а.с. №974614, H05F 3/00, 1982 г.).
Недостатками устройства является низкая эффективность при повышении скорости фильтрации, что обуславливает появление высокого уровня электростатических зарядов и существенно снижает электробезопасность технологических процессов.
Наиболее близким по технической сущности и взятым за прототип является устройство для фильтрации жидкостей, имеющее корпус с входными и выходными полостями, разделенными горизонтальной перегородкой, установленными в выходной полости фильтроэлементами с размещенными снаружи перфорированными токопроводящими кожухами, выполненными с продольными и поперечными гофрами, каждый фильтроэлемент снабжен диском, центральная часть которого выполнена в виде прямого кругового конуса, а периферийная - в виде полусферы, герметично установленным на верхней торцовой части фильтроэлемента, при этом верхняя часть токопроводящего кожуха выполнена в виде цилиндрической обечайки и снабжена крышкой, а нижняя часть закреплена на горизонтальной перегородке (СССР а.с. №1165428, B01D 35/06, 1982 г.).
Однако недостатком указанного устройства является отсутствие возможности полностью снять электростатический заряд, что имеет существенное значение при включении и отключении технических средств, а также колебаниях расходных характеристик потока жидкой среды.
Технический результат изобретения - повышение электробезопасности при работе высокопроизводительного технологического оборудования с жидкими диэлектрическими средами. Обеспечение электробезопасности при повышении скорости движения и истечения нефтепродуктов позволяет увеличить скорость производственных процессов при снижении затрат.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве, содержащем заземленный корпус с входными и выходными патрубками, фильтроэлементы, имеющие на наружных поверхностях перфорированные токопроводящие кожухи и закрепленные с образованием полости для потока нефтепродукта внутри корпуса на горизонтальной перегородке, в которой выполнены проточные каналы для очищаемого нефтепродукта, согласно изобретению устройство снабжено цилиндрической полой вставкой, герметично закрепленной в центре горизонтальной перегородки параллельно входному патрубку, при этом входной патрубок и цилиндрическая полая вставка подключены через индивидуальные регулирующие дроссели к связанному с выходным патрубком через обратный клапан трубопроводу подачи очищаемого нефтепродукта в устройство, дополнительными фильтроэлементами с перфорированными токопроводящими кожухами, установленными коаксиально в имеющихся фильтроэлементах с образованием внутреннего цилиндрического и наружного объемов для очищаемого нефтепродукта и относительно друг друга кольцевых полостей для очищенного нефтепродукта, дополнительной горизонтальной токопроводящей перегородкой с кольцевыми вставками из пенометалла со сквозной пористостью, при этом дополнительная горизонтальная перегородка установлена над фильтроэлементами с возможностью обеспечения соосности кольцевых вставок из пенометалла со сквозной пористостью с кольцевыми полостями фильтроэлементов для поступления очищенного нефтепродукта в выходной патрубок корпуса, который заземлен через регистратор статического электричества, при этом каждая пара коаксиально установленных фильтроэлементов выполнена из материалов, образующих заряды различного знака, а также тем, что общее количество фильтроэлементов кратно двум и тем, что количество вставок из пенометалла принимают равным n/2, где n - количество коаксиально установленных фильтроэлементов.
На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для фильтрации жидких нефтепродуктов (общий вид в разрезе);
фиг. 2. то же (вид по А-А фиг. 1).
Устройство для фильтрации содержит корпус 1, в котором размещены четыре фильтроэлемента - два из них на фиг.1 не показаны. Корпус 1 имеет входной 2 и выходной 3 патрубки. Фильтроэлементы 4 с перфорированными токопроводящими кожухами 5 (как и в прототипе) закреплены в корпусе 1 на горизонтальной перегородке 6 с образованием полости между внутренней поверхностью корпуса 1 и перегородкой 6 для потока нефтепродукта. Горизонтальная перегородка 6 изготовлена из токопроводящего материала - металла - например из бронзы НБ-23НЦ (ОСТ 190054-76). В горизонтальной перегородке 6 выполнены проточные каналы 7, диаметр проходного сечения которых составляет не менее 50 мм и соответствует диаметрам проходных сечений входного 2 и выходного 3 патрубков. В центре перегородки 6 герметично закреплена цилиндрическая полая вставка 8 (дополнительный входной патрубок) параллельно входному патрубку 2. Трубопровод 9 подачи очищаемого нефтепродукта выполнен из цилиндрического токопроводящего материала и через индивидуальные регулирующие дроссели 10, 11 подключен к цилиндрической полой вставке 8 и входному патрубку 2. Этот трубопровод 9 через регулирующий дроссель 12 дополнительно соединен с линией сбора очищенного нефтепродукта через выходной патрубок 3, который подключен к этой линии через регулирующий дроссель 13 и обратный клапан 14. На выходе линии сбора установлен запорный вентиль 15. Кроме того, для обеспечения регенерации фильтроэлементов 4, 17 за регулирующим дросселем 12 трубопровод 9 параллельно подключен к выходу из патрубка 3 в точке между выходом регулирующего дросселя 13 и входом обратного клапана 14 через запорный вентиль 16. Дополнительные фильтроэлементы 17 с перфорированными токопроводящими кожухами 18 установлены коаксиально в фильтроэлементах 4 с образованием внутреннего 19 - цилиндрического, наружного 20 объемов для очищаемого нефтепродукта и кольцевой полости 21 для очищенного нефтепродукта. В качестве материала разделительных перегородок фильтроэлементов 4, 17 использовались материалы для фильтров ФГН-30 - бумага (ГОСТ 19211) с диэлектрической проницаемостью Е=1,61 (для фильтра 4), а также ТФ-2М - фторопласт (ГОСТ 204930) с диэлектрической проницаемостью Е=3,02 (для дополнительного фильтра 17).
Дополнительная горизонтальная перегородка 22, как и перегородка 6, выполнена из токопроводящего материала - металла (Бронзы НБ - 23 НЦ ОСТ 190054-76) и в ней идентично, как и в перегородке 6 (по прототипу), закреплены фильтроэлементы 4, 17 с перфорированными кожухами 5, 18. В перегородке 22 выполнены кольцевые расточки, в которых зафиксированы кольцевые вставки 23 из пенометалла - пеноникеля с размером пор 0,560-0,850 мм (ТУ 1733-011-03847211-97). Эта перегородка 22 установлена над фильтроэлементами 4, 17 (и теми, которые не показаны) таким образом, чтобы очищенный нефтепродукт из кольцевых полостей 21 дополнительно очищался в кольцевых вставках 23 и поступал в выходной патрубок 3.
Герметичность соединения в корпусе 1 горизонтальных перегородок 6, 22 обеспечивается прокладками (на фиг. 1 не показаны) с хорошей электропроводностью, например Техпластина ТМКЩ. ГОСТ 7338-90 с использованием контактной пасты (ГОСТ 10434-82 Соединения контактные). Корпус 1 заземлен через регистратор 24 статического электричества (микроамперметр М 95). Такое подключение обусловлено тем, что необходимо фиксировать суммарные токи электризации (как положительные, так и отрицательные, возникающие на фильтроэлементах 4, 17 для последующей их минимизации с помощью регулирующих дросселей 10, 11 и 12. При этом общий объем фильтрата определяется положением дросселя 12, а расходы через фильтроэлементы 4, 17 - соответственно регулировкой расходов через дроссели 10 и 11.
Каждая пара коаксиально установленных фильтроэлементов 4, 17 выполнена из материалов, образующих заряды различного знака, т.е. фильтроэлемент 4 заряжается отрицательно (-), а фильтроэлемент 17 - положительно (+), что является обоснованием количества фильтроэлементов - кратно двум.
Для проведения регенерации фильтроэлементов 4, 17 и слива осадка из корпуса 1 устройство имеет запорные вентили 25, 26, а также 16 (ТУ 3700-003-92853012-2012) на байпасе трубопровода подачи 9 и 15 на выходе 3 и 27, 28 на входе 2, 8 устройства.
Согласно закону Кена (Изгарышев Н.А., Горбачев С.В. Курс теоретической электрохимии. - М. - Л., Госхимиздат, 1951 г., с. 181, 185, 245) на разделительных перегородках фильтроэлементов могут возникать разноименные заряды как отрицательные, так и положительные, которые могут быть взаимно нейтрализованы.
Учитывая, что величина наведенного электростатического заряда зависит от скорости прохождения жидкого нефтепродукта через пористую разделительную перегородку фильтроэлементов 4, 17 (Захарченко В.В., Крячко Н.И., Можара Е.Ф., Севриков В.В., Гавриленко Н.Д. Электризация жидкостей и ее предотвращение. - М.: Химия, 1975 г., с. 120), то устройство имеет регулирующие дроссели 11, 10 на входе патрубка 2 и цилиндрической полой вставки 8 и при неполной нейтрализации зарядов (по показаниям регистратора 24) с помощью указанных дросселей 11, 10 изменяют скорость потоков очищаемых сред и обеспечивают их нейтрализацию в широком диапазоне производительностей (например, при скоростях потока жидкого нефтепродукта 10 м/с).
Устройство для фильтрации жидких углеводородов работает следующим образом.
Для пояснения работы устройства положение регулирующих дросселей 10, 11, 12, 13 и запорных вентилей 15, 16, 25, 26, 27, 28 при фильтрации нефтепродуктов должно быть следующим - дроссели 10, 11, 13 и запорные вентили 15, 28 открыты, а дроссель 12 и запорные вентили 16, 25, 26, 27 закрыты.
Пример
Необходимо очистить топливо - авиационный керосин ТС-1 с диэлектрической проницаемостью Е=2,07 (ГОСТ 10227-86) в объеме 600 л с содержанием воды 0,060% и механических примесей 226 мг/л с диэлектрической проницаемостью Е=2,07. Материалы для фильтроэлемента 4 - ФГН-30 (бумага) с диэлектрической проницаемостью Е=1,61 (ГОСТ 19211), а также для дополнительного фильтроэлемента 17 - ТФ-2М (фторопласт) с диэлектрической проницаемостью Е=3,02(ГОСТ 204930). Скорость очистки - 300 л/мин и обеспечивается центробежным насосом, имеющим возможность изменения производительности с помощью вентиля на байпасной магистрали насоса. Жидкий нефтепродукт под давлением по трубопроводу 9 принудительно поступает во входной патрубок 2 и цилиндрическую полую вставку 8. Регулирующий дроссель 13 установливается на расход 300 л/мин, а положение регулирующих дросселей 10, 11 выбирается из условия обеспечения минимального суммарного тока через микроамперметр 24. При этом учитываются электризующие свойства материалов фильтроэлементов 4 и 17. Так эти свойства материала фильтроэлемента 4 в 1,87 раза меньше, чем у материала фильтроэлемента 17, поэтому расход очищаемого нефтепродукта через фильтроэлемент 4 должен быть в 1,87 раза больше, чем через дополнительный фильтроэлемент 17. Это достигается уменьшением проходного сечения дросселя 11. При прохождении жидкого нефтепродукта через перфорированные кожухи 5, 18 частично, как и в прототипе, «снимается» накопленный при транспортировке электростатический заряд. На фильтроэлементах 4 и 17 отделяются механические примеси и вода и накапливаются разноименные заряды, которые аккумулируются на перфорированных кожухах на 5 - отрицательные, а на 18 - положительные и за счет токопроводящих узлов (6, 8, 5, 22, 23, 1) полностью нейтрализуются, о чем свидетельствуют показания на микроамперметре 24. В случае наличия не полностью прошедшей нейтрализации, фиксируемой регистратором - микроамперметром 24, отрицательной - дросселем 10, уменьшается расход через фильтроэлемент 4, положительной - дросселем 11 уменьшается расход через дополнительный фильтроэлемент 17.
Очищенный нефтепродукт из кольцевых полостей 21 для очищенного нефтепродукта через кольцевые вставки 23 из пеноникеля поступает в выходной патрубок 3 и по трубопроводу через обратный клапан 14 и запорный вентиль 15 поступает в сборную емкость. Разноименные заряды взаимно нейтрализуются при стекании по токопроводящим перфорированным кожухам 5, 18 и горизонтальным перегородкам 6, 22. Оставшийся объемный заряд жидкой среды окончательно нейтрализуется при течении через поры кольцевых вставок 23 из пенометалла (также имеющих хорошую токопроводность). При функционировании устройства за счет управления расходными характеристиками через каждый фильтроэлемент 4, 17 с помощью регулирующих дросселей 11 и 10 остаточный ток I электризации равнялся + 0,003 мкА, при этом содержание воды составило 0,015%, а механических примесей - менее 26 мг/л.
При использовании устройства, взятого за прототип, для очистки авиационного керосина ТС - 1 (ГОСТ 10227-86) в аналогичных объемах (600 л), с тем же содержанием воды (0,060%) и механических примесей 226 мг/л и при тех же скоростях фильтрации (300 л/мин) получены следующие результаты: наличие воды - 0,025%, механических примесей - 45 мг/л, ток 1 электризации - +0,115 мкА.
Таким образом, использование предлагаемого устройства позволяет повысить эффективность очистки, при этом существенно снизить электризацию нефтепродуктов при течении через разделительные перегородки фильтроэлементов, добиваясь практически полной нейтрализации наведенных зарядов на их поверхностях и повысить электробезопасность технологических процессов фильтрации.
При необходимости регенерация фильтрующих элементов производится импульсной подачей обратным потоком чистого нефтепродукта при закрытых регулирующих дросселях 10 на полой цилиндрической вставке 8, 11 на входном патрубке 2 и запорных вентилях 15 и 28, открытых регулирующем дросселе 12 на трубопроводе подачи 9 и запорных вентилях 16, 27. Сливные запорные вентили 25, 26 открываются попеременно при регенерации фильтроэлементов 4, 17.