КОАЛЕСЦИРУЮЩИЙ ФИЛЬТР-ФЛОТАТОР

Полезная модель относится к устройствам вертикального типа для очистки воды от нефти и может быть использована, например, на судах и береговых очистных установках.
Известен нефтеводяной сепаратор для очистки нефтесодержащих вод вертикального типа (авторское свидетельство СССР №1480845, МКИ B01D 17/022, заявл. 23.09.1987 г, опубл. 23.05.1989 г.).
Известный сепаратор содержит корпус, в котором размещены камера-нефтесборник и камера с очищенной водой, коалесцирующие фильтры и запорные устройства. Коалесцирующие фильтры снабжены обечайками и размещены снаружи вокруг камеры с очищенной водой, причем каждый фильтр сообщается с камерой-нефтесборником и своей верхней частью - с камерой с очищенной водой. Последняя выполнена в виде цилиндра с крышкой в форме усеченного конуса, которая снабжена направляющей кольцевой лопаткой.
К негативным сторонам данной конструкции следует отнести недостаточную эффективность очистки, а также конструктивную и технологическую сложность.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является ”Фильтр для очистки воды от нефтепродуктов” по авторскому свидетельству СССР №1212957, М. кл. C02F 1/00, заявл. 25.06.1984 г., опубл. 23.02.1986 г.
Известный фильтр содержит цилиндрический корпус с патрубками ввода загрязненной воды, вывода очищенной воды, подвода сжатого воздуха и выпуска его в атмосферу и слива уловленных нефтепродуктов. Все патрубки имеют запорные устройства. Корпус разделен перегородками на три части: конусной перегородкой с центральной трубой, выведенной в верхнюю часть корпуса и перегородкой из конусных колец с образованием кольцевых зазоров между ними. При этом в корпусе образованы три камеры: нижняя камера с размещенной в ней коалесцирующей вставкой и патрубком ввода загрязненной воды, средняя камера с размещенными на коллекторе распылителями воздуха и верхняя камера-нефтесборник, содержащая перфорированный лист с расположенным над ним фильтрующим слоем нефтепродуктов. В верхней части камеры установлен поплавковый клапан. Перегородка из конусных колец имеет вертикальные трубки, выведенные через слой нефтепродуктов выше его уровня.
К недостаткам данного фильтра следует отнести конструктивную и технологическую сложность, малую производительность и низкое качество очистки, в том числе вследствие возможной нестабильности процессов в верхней камере-нефтесборщике в следствие:
- утечки воды, подлежащей фильтрации, через патрубок удаления нефтепродуктов в связи с его расположением, что снижает производительность;
- прохождения воздуха через зазоры и отверстия в конической и перфорированной перегородках, создающего эффект кипения фильтрующего слоя нефтепродуктов что снижает качество очистки;
- нестабильной работы поплавкового клапана и, как следствие, скачки давления и продавливание фильтрующего слоя нефтепродуктов через перфорированную перегородку, загрязнение (вторичное) очищаемой воды.
Другой недостаток - сложность автоматизации процессов.
Задачи предлагаемой полезной модели - повышение производительности, качества очистки воды, эффективности фильтра, обеспечение возможности автоматизации и контроля процессов путем устранения вышеуказанных недостатков.
Поставленные задачи достигаются за счет того, что в предлагаемом коалесцирующем фильтре-флотаторе, содержащем корпус с центральной трубой, в котором размещены нижняя камера с коалесцирующей вставкой и патрубком ввода нефтесодержащей воды в нижней ее части, средняя флотационная камера с коллектором и патрубком вывода чистой воды в нижней ее части, а также верхняя камера-нефтесборник с патрубком удаления нефтепродуктов, запорные устройства патрубков и насосы. В соответствии с предлагаемым решением нижняя коалесцирующая камера размещена в центральной трубе, закрепленной на основании, частично пропущенной в среднюю флотационную камеру и дополнительно снабженную в нижней части коллектором подачи аэрированной (насыщенной газом) жидкости, а также наконечником в форме усеченного конуса, установленным в верхней части трубы. Средняя флотационная камера размещена в цилиндрической обечайке корпуса большего диаметра, а ее коллектор подачи аэрированной воды установлен ниже наконечника центральной трубы, при этом цилиндрическая обечайка средней камеры соединена коническими обечайками с центральной трубой и с верхней цилиндрической обечайкой корпуса меньшего диаметра, образующей верхнюю камеру-нефтесборник, снабженную в верхней части обратной воронкой с патрубком вывода нефтепродуктов, предохранительным клапаном и датчиком уровня и раздела сред, чувствительный элемент которого располагается ниже верхней кромки воронки, вне ее. В нижней части этой камеры на боковой стенке установлен второй датчик уровня и раздела сред, причем вышеуказанные датчики, а также запорные устройства, снабженные электроприводом и насосы подачи жидкости связаны с автоматической системой управления.
Обратная воронка может быть образована незамкнутой цилиндрической обечайкой, боковые и нижняя кромки которой герметично соединены со стенкой обечайки верхней камеры плоскими пластинами соответствующей формы.
Камера флотации может быть оснащена датчиком аварийного уровня, установленным на ее боковой стенке.
Камера флотации может быть оснащена мановакуумметром, установленным на ее боковой стенке.
Камера флотации и камера-нефтесборник могут быть снабжены смотровыми окнами, установленными на их боковых стенках.
При этом достигаются следующие технические результаты.
Благодаря подаче через коллектор в нижней камере аэрированной воды выделяющиеся из нее пузырьки газа способствуют деэмульгированию нефтепродуктов при прохождении загрязненной воды через коалесцирующую вставку.
Конический наконечник на конце центральной трубы создает эффект эжекции благодаря которому, а также действию пузырьков газа легкие частицы поднимаются вверх, а тяжелая очищенная вода попадая в зону значений давления близких к нулевым за пределами наконечника быстро теряет скорость, опускается вниз и дополнительно очищается огромным количеством мельчайших пузырьков газа, выделяющихся из аэрированной воды, выходящей из коллектора в зону низкого давления. Мельчайшие пузырьки газа, мгновенно заполняющие весь объем камеры, благодаря эффекту флотации подхватывают загрязнения, в том числе выходящие из центральной трубы, транспортируют их в камеру-нефтесборник и одновременно эффективно предотвращают загрязнение нижерасположенной чистой воды.
Это в совокупности повышает степень (качество) очистки воды.
Слой газонасыщенных нефтепродуктов в верхней камере по достижении уровня нижнего датчика сливается через обратную воронку и патрубок слива по сигналу датчиков уровня раздела сред, функционирующих во взаимодействии с системой управления и электроприводом запорного устройства патрубка. Причем благодаря наличию воронки и расположению чувствительного элемента датчика ниже верхней кромки воронки и вне ее исключается сброс воды через воронку поскольку запорное устройство закрывается как только нижний уровень раздела сред поднимается до этого чувствительного элемента.
Слив нефтепродуктов может производиться сколь угодно часто, что обеспечивает повышение производительности фильтра. Этому способствует также отсутствие поперечных перегородок в фильтре, что также упрощает его конструкцию.
В конструкции фильтра предусмотрено максимальное использование стандартных заготовок, датчиков, запорных устройств и т.п., что упрощает и удешевляет технологию изготовления и сборки фильтра и в совокупности с другими полезными свойствами повышает его эффективность.
Наличие смотровых окон, мановакуумметра позволяет в дополнение к системе управления периодически визуально контролировать процессы в фильтре.
Благодаря наличию аварийного датчика уровня и раздела сред на стенке флотационной камеры исключаются аварийные ситуации. При понижении уровня жидкости до уровня этого датчика последний дает сигнал системе управления на закрытие всех запорных устройств и выключение насосов. При этом повышается также надежность фильтра.
Исходя из вышеизложенного можно сделать вывод о том, что совокупность существенных признаков предлагаемой полезной модели является новой и позволяет решить поставленные задачи.
Сущность полезной модели поясняется чертежами:
на фиг. 1 изображен коалесцирующий фильтр-флотатор в разрезе
на фиг. 2 - сечение по А-А на фиг. 1.
Фильтр содержит корпус 1, с центральной трубой 2, закрепленной на основании. В трубе 2 размещены нижняя коалесцирующая камера 3 с патрубком 4 ввода нефтесодержащей воды, коллектором 5 подачи аэрированной (перенасыщенной газом) воды и расположенная выше коалесцирующая вставка 6, а на верхнем конце трубы закреплена насадка 7 в форме усеченного конуса.
Труба 2 своей верхней частью пропущена в среднюю флотационную камеру 8, образованную обечайкой 9 большего диаметра, соединенную коническими обечайками с вышерасположенной обечайкой 10 меньшего диаметра с плоской крышкой 11, образующей верхнюю камеру-нефтесборник 12 и с центральной трубой 2.
В флотационной камере 8 установлен ниже уровня конической насадки 7 трубы 2 коллектор 13 подачи аэрированной воды, а на обечайке 9 - датчик аварийного уровня жидкости 14 (РОС 101), мановакуумметр 15 и смотровые окна 16 и 17.
В верхней части камеры-нефтесборника 12 установлена обратная воронка 18 с патрубком 19 для удаления нефтепродуктов и газа, а на крышке 11 - предохранительный клапан 20 и датчик 21 уровня и раздела сред (РОС 101), причем его чувствительный элемент расположен ниже верхней кромки воронки 18 и вне ее.
Воронка 18 образована незамкнутой обечайкой 22, расположенной на небольшом расстоянии от обечайки 10 камеры 12, боковыми и нижней пластинами соответствующей формы, герметично соединяющими обечайку 22 с обечайкой 10.
На боковой стороне обечайки 10 камеры 12 установлены в верхней части - смотровое окно 23, а в нижней части - датчик 24 уровня и раздела сред (РОС 101).
В нижней части флотационной камеры 8 установлен патрубок 25 вывода чистой воды.
Датчики 14, 21, 24, запорные устройства, снабженные электроприводом (не показаны), и насосы для подачи жидкостей (не показаны) связаны с автоматической системой управления (не показана).
Фильтр работает следующим образом. Перед началом функционирования корпус фильтра через патрубок 4 заполняется чистой водой. Далее через патрубок 4 в нижнюю камеру 3 подается нефтесодержащая вода и одновременно через коллекторы 5 и 13 - аэрированная вода.
Выделяющийся при перемешивании жидкостей газ способствует деэмульгированию нефтепродуктов. Далее в коалесцирующей вставке 6 куда поступает газонасыщенная нефтесодержащая вода идет процесс укрупнения мелких деэмульгированных капель в крупные на плавающей загрузке из вспененного полистирола. Далее проходя через коническую насадку 7 на трубе более легкие частицы нефтепродуктов, ускоряясь благодаря эффекту эжекции, по инерции и под воздействием пузырьков газа поднимаются вверх, а более тяжелая очищенная вода на выходе из насадки, где давление из-за большого объема флотационной камеры близко к нулевым значениям, быстро теряет скорость и опускается вниз.
Из впрыскиваемой через коллектор 13 аэрированной воды, попадающей в зону низкого давления, выделяется огромное количество мельчайших пузырьков газа, которые мгновенно заполняют объем верхней части флотационной камеры 8 и выше ее и транспортируют нефтяные загрязнения в камеру-нефтесборник 12, одновременно препятствуя попаданию загрязнений в зону чистой воды в нижней части камеры 8. Чистая вода выводится через патрубок 25.
В процессе флотации в камере-нефтесборнике 12 накапливается слой нефтепродуктов. При опускании нижней границы сред (воды и нефтепродуктов) до уровня нижнего датчика 24 последний подает сигнал и система управления (не показана) посредством электропривода открывает запорное устройство (не показано) на патрубке 19, через который насыщенные газом нефтепродукты выводятся через газоотделитель в танк нефтепродуктов (не показаны). При подъеме нижней границы сред до уровня чувствительного элемента датчика 21 последний подает сигнал системе управления, которая закрывает запорное устройство на патрубке 19.
Далее процесс накопления и выпуска нефтепродуктов повторяется сколь угодно часто. При этом поскольку чувствительный элемент датчика 21 располагается ниже верхней кромки воронки 18, благодаря этому исключается попадание воды в воронку, а выше чувствительного элемента остается небольшой слой нефтепродуктов.
Смотровые окна 16, 17, 23 и мановакуумметр 15 используются при настройке фильтра в начальной стадии и для периодического визуального контроля его работы.
При настройке фильтра обеспечивается равное поступление объемов жидкости в минуту (через патрубок 4 и патрубки коллекторов 5 и 13) и вывода чистой воды (через патрубок 25).
Если по каким-либо причинам уровень жидкости в корпусе фильтра опускается до уровня аварийного датчика 14, последний подает сигнал системе управления (не показана) на перекрытие запорных устройств и остановку насосов (не показаны).