УСТАНОВКА ДЛЯ ОТДЕЛЕНИЯ ОТ ВОДЫ НЕФТЕПРОДУКТОВ И МЕХПРИМЕСЕЙ
APPARATUS FOR SEPARATING OIL PRODUCTS AND MECHANICAL IMPURITIES FROM WATER

Изобретение относится к установкам гравитационного принципа действия для разделения несмешивающихся жидкостей и может быть использовано на складах и базах горючего для отделения от воды нефтепродуктов и механических примесей при зачистке и мойке резервуаров и при ликвидации аварийных проливов.
Известна установка для разделения несмешивающихся жидкостей, включающая бак с горловиной на его верхней стенке и патрубками для слива воды и нефтепродукта, нижние кромки которых расположены на определенных расстояниях от днища бака и связаны между собой заданным соотношением. Внутри бака имеются вертикальные перегородки, одна из которых установлена с возможностью создания полости для накопления отделенной воды. Она установлена с зазором относительно днища бака и связана соотношением с высотой расположения нижней кромки патрубка слива воды. Другие вертикальные перегородки закреплены на боковых стенках бака в шахматном порядке с заданным зазором относительно противоположной боковой стенки. Патрубок слива нефтепродукта установлен за полостью для накопления отделенной воды. В горловине бака герметично закреплена вертикальная труба, верхний торец которой соединен с выходным патрубком промежуточной емкости. На нижнем торце трубы на заданном расстоянии от днища бака установлен успокоитель (RU патент ПМ №38298 U1, кл. В01D17/02, 17/028, 06.02.2004 г.).
Недостатком указанной установки является остаточная концентрация нефтепродукта в воде, не позволяющая по санитарным нормам сливать ее в промышленный водоем.
Наиболее близкой к заявляемому изобретению по технической сущности и взятой за прототип является установка для разделения несмешивающихся жидкостей (RU №2280489, кл. В01D 17/02, от 14.01.2005 - прототип).
1
2
3
5
4
Установка содержит бак, на крышке которого размещена промежуточная емкость для улавливания механических примесей и горловина. На боковых стенках бака расположены патрубки для слива воды и нефтепродукта. Нижние кромки патрубков расположены на определенных расстояниях H и Н от днища бака и связаны между собой заданным соотношением. Внутри бака расположены вертикальные перегородки, одна из которых установлена с возможностью создания полости для накопления отделенной воды. Она установлена с зазором Н относительно днища бака и связана заданным соотношением с высотой расположения нижней кромки патрубка слива воды. Другие вертикальные перегородки закреплены на боковых стенках бака в шахматном порядке с заданным зазором Н относительно противоположной боковой стенки. Патрубок для слива нефтепродукта установлен непосредственно за полостью для накопления отделенной воды. Горловина бака размещена на максимально возможном удалении от патрубка для слива нефтепродукта. В горловине бака герметично закреплена вертикальная труба, соединенная с промежуточной емкостью. На нижнем торце вертикальной трубы установлен успокоитель на заданном расстоянии Н от днища бака. Бак установки снабжен приспособлением для создания лабиринтного движения воды в вертикальной плоскости в нижней части бака. Это приспособление выполнено в виде заслонок, размещенных в направляющих и снабженных жесткими тягами для вертикального перемещения заслонок.
Недостатком указанной установки аналогично установке по патенту №38298 является недостаточная степень очистки воды от нефтепродуктов.
Технический результат изобретения - повышение степени очистки воды от нефтепродуктов.
Этот технический результат достигается тем, что установка для отделения от воды нефтепродуктов и мехпримесей, содержащая бак, на крышке которого размещена промежуточная емкость для улавливания крупных механических примесей, соединенная с герметично закрепленной в горловине бака вертикальной трубой, на нижнем торце которой установлен успокоитель, размещенный на заданном расстоянии от днища бака, внутри которого при помощи вертикальных перегородок созданы полости для отделения нефтепродуктов и мехпримесей и полость для накопления отделенной воды, размещенные в нижней части бака с возможностью касания днища подвижные заслонки, связанные с жесткими тягами, свободно пропущенными через каналы в крышке бака, имеющего расположенные от днища бака на заданных расстояниях патрубок слива отделенной воды и патрубок слива нефтепродукта, удаленный от горловины бака на максимально возможное расстояние, согласно предлагаемому изобретению одна из вертикальных перегородок перед перегородкой, отделяющей полость для накопления отделенной воды, герметично закреплена на днище и стенках бака, выполнена со сквозными одноуровневыми каналами, жестко соединенными посредством труб с перфорированной со стороны, обращенной к днищу бака, трубой, размещенной перед вертикальной перегородкой, отделяющей полость для накопления отделенной воды, патрубок слива отделенной воды внутри бака выполнен угловым с наружной резьбой, установка снабжена устройством регулирования уровня слива воды из полости накопления отделенной воды и устройством аэрации отделенной воды, входные перфорированные трубы которого размещены в нижней части полости, образованной перегородкой, отделяющей полость для накопления отделенной воды, и перегородкой с одноуровневыми каналами, в верхней части этой полости выполнен дополнительный патрубок слива нефтепродукта, центр которого находится ниже центра основного патрубка слива нефтепродукта, а сквозные одноуровневые каналы вертикальной перегородки охвачены жестко закрепленным глухим торцом над ними коробом, открытым со стороны днища бака, при этом устройство регулирования уровня слива отделенной воды выполнено в виде установленной на патрубке слива отделенной воды резьбовой втулки, жестко связанной со стержнем, проходящим с возможностью вращения в отверстии крышки бака, на которой закреплена рейка со шкалой плотности нефтепродуктов.
На фиг.1 представлена установка для отделения от воды нефтепродуктов и мехпримесей (в разрезе);
фиг.2 - то же (вид по А-А на фиг.1);
фиг.3 - то же (вид по Б на фиг.1);
фиг.4 - то же (вид по В-В на фиг.1);
фиг.5 - то же (узел регулирования уровня слива воды).
На графических материалах введены следующие условные обозначения:
Н - расстояние от днища бака до его крышки;
1
H - расстояние от днища бака до верхнего торца резьбовой втулки патрубка слива воды;
2
H - расстояние от днища бака до нижнего среза патрубка слива нефтепродукта;
3
Н - величина зазора между днищем бака и нижним торцом вертикальной перегородки, образующей полость для накопления отделенной воды;
4
Н - расстояние от днища бака до успокоителя вертикальной трубы;
5
Н - величина зазора между стенками бака и вертикальными перегородками, образующими полости для отделения нефтепродукта.
4
2
4
2
Установка для отделения от воды нефтепродуктов и мехпримесей состоит из промежуточной емкости 1 для улавливания крупных механических примесей и бака 2 с крышкой 3. На крышке 3 имеется горловина 4 с крышкой 5, на которой закреплена вертикальная труба 6. На нижнем торце трубы 6 установлен успокоитель 7 на расстоянии Н от днища бака 2, связанном с расстоянием Н известным соотношением Н=(0,96÷0,98)·Н. На стенках бака 2 в верхней части установлены патрубок 8 для слива воды и патрубки 9 и 10 для слива нефтепродукта, а в нижней части - патрубки 11 и 12 с заглушками 13 и 14 с запорными кранами 15 и 16 для полного слива воды из полостей бака и периодического удаления твердых отложений.
3
3
1
3
1
Внутри бака 2 имеется герметично закрепленная на стенках бака 2 вертикальная перегородка 17, установленная перед патрубком 8 слива отделенной воды с зазором Н относительно днища бака и образующая полость для накопления отделенной воды. Величина зазора Н связана с расстоянием H, соответствующим уровню слива отделенной воды, заданным соотношением Н=(0,05·0,20)·Н. Перед перегородкой 17, отделяющей полость для накопления отделенной воды, по потоку жидкости размещена вертикальная перегородка 18, которая герметично закреплена на днище и стенках бака. Перегородка 18 выполнена со сквозными одноуровневыми каналами (без позиций), жестко соединенными посредством труб с перфорированной со стороны днища бака 2 трубой 19, которая размещена перед вертикальной перегородкой 17. Сквозные одноуровневые каналы охвачены коробом 20, который герметично закреплен на вертикальной перегородке 18 и имеет со стороны днища бака 2 открытый нижней торец. Верхний закрытый торец короба 20 расположен выше сквозных одноуровневых каналов.
В нижней части полости, образованной перегородкой 17, отделяющей полость для накопления отделенной воды, и перегородкой 18 с одноуровневыми каналами, размещено устройство аэрации отделенной воды, включающее входные перфорированные трубы 21, на которые надеты диспергирующие элементы (не показаны), в качестве которых используются трубки из пористого материала с диаметром отверстий от 4 до 20 мкм, например, из фильтропласта ФТ по ТУ РБ 400257649.001-2002. Перфорированные трубы 21 расположены на уровне нижнего торца перегородки 17.
5
5
5
Вертикальные перегородки 22, обеспечивающие разделение исходной смеси на воду, нефтепродукт и мехпримеси, закреплены на стенках бака 2 в шахматном порядке с заданным зазором Н относительно противоположной боковой стенки. Величина зазора Н связана с диаметром вертикальной трубы 6 известным соотношением Н=(0,7·1,0)·Дтр.
На днище бака 2 по центральной оси полостей, образованных вертикальными перегородками 22, установлены подвижные заслонки 23 с жесткими тягами 24, выведенными на крышку 3 бака 2 и закрепленными на крайних заслонках, которые между собой соединены жесткими связями 25.
2
2
2
Патрубок 9 слива нефтепродукта, являющийся основным, расположен перед вертикальной перегородкой 18 на максимально возможном удалении от горловины 4 и на заданном расстоянии Н от днища бака, которое равнозначно уровню слива отделенного нефтепродукта. Расстояние Н определяется из соотношения Н=(0,8··0,9)·Н, где Н расстояние от днища бака 2 до крышки 3.
Дополнительный патрубок 10 слива нефтепродукта установлен на одной из стенок бака между вертикальными перегородками 17 и 18. Центр дополнительного патрубка 10 находится ниже центра основного патрубка 9 слива нефтепродукта, но выше уровня слива воды.
Патрубок 8 слива отделенной воды внутри бака 2 выполнен угловым с наружной резьбой, на которой вертикально установлена резьбовая втулка 26, жестко связанная со стержнем 27, который пропущен через крышку 3 бака 2. На конце стержня 27 установлен диск 28, выполняющий функцию маховика. На крышке 3 бака 2 закреплена рейка 29 со шкалой плотности нефтепродуктов по возрастающей от низа вверх (внизу - плотность бензина, вверху - плотность моторного масла). Узлы 26, 27, 28 и 29 являются элементами устройства регулирования уровня слива отделенной воды в зависимости от плотности отделенного нефтепродукта.
1
2
1
Уровень слива отделенной воды, соответствующий расстоянию H, зависит от высоты расположения верхнего торца резьбовой втулки 26 и выбирается из известного соотношения H=(l,005÷1,250)·H при полностью ввернутой резьбовой втулке 26.
На крышке 3 бака 2 также установлен патрубок 30 для выпуска газовоздушной смеси.
Промежуточная емкость 1, расположенная на крышке 3 бака 2, имеет крышку 31, входной патрубок 32 для подачи исходной смеси, выходной патрубок 33, который с помощью колена соединен с вертикальной трубой 6, и патрубок 34 для выпуска газа. Внутри промежуточной емкости 1 имеются металлические сетки с разным размером ячеек, величина которых уменьшается по ходу движения исходной смеси. Они закреплены на едином несущем каркасе и могут быть извлечены в процессе очистки и мойки емкости 1 после снятия крышки 31.
Входные перфорированные трубы 21 связаны между собой гребенкой, патрубок 35 которой пропущен через боковую стенку бака 2 и снабжен обратным клапаном 36.
Объем бака 2 и диаметр вертикальной трубы 6 выбирают в зависимости от часовой подачи исходной смеси. Количество вертикальных перегородок 22 также зависит от объема бака 2. Их количество должно быть не менее четырех.
Использование в заявляемой установке герметично закрепленной на днище и стенках бака вертикальной перегородки 18 с одноуровневыми каналами и охватывающего их короба 20 создает дополнительную полость для накопления отделенной воды, в которой благодаря устройству аэрации обеспечивается доочистка отделенной воды, что подтверждается результатами сравнительных испытаний.
Установка работает следующим образом.
Перед началом подачи смеси в установку определяют плотность нефтепродукта, который находился в зачищаемом резервуаре. Затем диск 28 на стержне 27 устанавливают в положение, соответствующее плотности отделяемого нефтепродукта.
Затем готовят к эксплуатации саму установку. Для этого через патрубок 32 емкости 1 в бак 2 вначале заливают воду до начала вытекания ее из патрубка 8, затем заливают нефтепродукт до начала его вытекания из патрубка 9, при этом в баке 2 образуется слой нефтепродукта, а излишки воды вытекают через патрубок 8. Газы из емкости 1 и бака 2 выводятся соответственно через патрубки 34 и 30. К патрубку обратного клапана 36 устройства аэрации подсоединяют воздушный шланг, подключенный к источнику сжатого воздуха (к воздуходувке или к компрессору). В таком состоянии установка готова к эксплуатации. Перед началом подачи исходной смеси в установку включают источник сжатого воздуха.
Исходную смесь подают через патрубок 32 в емкость 1, в которой смесь, проходя через металлические сетки, очищается от крупных механических примесей. Далее смесь, состоящая из воды, нефтепродукта и мелких механических примесей, по вертикальной трубе 6 поступает в успокоитель 7, из которого она попадает в слой нефтепродукта. Смесь, поступающая в бак 2, огибая вертикальные перегородки 22 в горизонтальной плоскости, перемещается в сторону патрубка 8.
В процессе перемещения к патрубку 8 смесь разделяется на воду, нефтепродукт и механические примеси как в слое нефтепродукта, так и ниже этого слоя. Вода под действием гравитационных сил опускается вниз, увеличивая объем залитой воды, а механические примеси оседают на днище бака 2.
В нижней части бака 2 вода движется зигзагообразно в вертикальной плоскости к коробу 20, при этом взвешенные частицы нефтепродукта поднимаются вверх и соединяются со слоем нефтепродукта.
Вода, очищенная от основной части нефтепродукта и механических примесей, поступает в короб 20, поднимается вверх и сливается из него в полость между перегородками 17 и 18 через отверстия в трубе 19. Далее вода с микрочастицами нефтепродукта опускается вниз к зазору между вертикальной перегородкой 17 и днищем бака 2.
3
Навстречу потоку воды поднимаются вверх диспергированные пузырьки воздуха, к которым прилипают микрочастицы нефтепродукта и выносятся на поверхность воды. Образующийся слой нефтепродукта в полости между перегородками 17 и 18 через патрубок 10 сливается в заранее приготовленную емкость. Доочищенная вода через зазор Н скапливается в полости для накопления отделенной воды и через резьбовую втулку 26 и патрубок 8 сливается в заранее приготовленную емкость для повторного использования или слива в промышленный водоем или канализацию. Воздух из полости между перегородками 17 и 18 выходит из установки через патрубок 30.
Нефтепродукт, отделившийся от воды в полостях между вертикальными перегородками 22, сливается через патрубок 9 в заранее приготовленную емкость.
Крупные механические примеси из емкости 1 периодически удаляются при снятой крышке 31.
3
Для полного освобождения установки от нефтепродуктов и воды резьбовую втулку 26 поднимают вверх до упора. Выключают источник сжатого воздуха и подают в установку небольшое количество воды через емкость 1 до полного слива нефтепродукта из установки, что можно определить по началу вытекания воды из патрубков 9 и 10. Затем открывают запорные краны 15 и 16 и сливают воду для повторного использования или слива в промышленный водоем. После слива воды из бака 2 подвижные заслонки 23 приподнимают за жесткие тяги 24 на высоту не более зазора Н и фиксируют их в поднятом состоянии и открывают заглушки 13 и 14. Удаляют твердые отложения путем промывки полостей бака 2 водой, подаваемой через патрубки 30 и 32.
Эффективность заявляемой установки подтверждается результатами сравнительных испытаний, проведенных на макетных образцах.
3
Сравнительные испытания макетных образцов заявляемой установки и прототипа проводились на макетных образцах вместимостью 15 л. В качестве нефтепродукта для приготовления исходной смеси использовалось отработанное моторное масло М-6/10В.
Результаты сравнительных испытаний представлены в таблице.
Таблица
Результаты испытаний макетных образцов заявляемой установки и прототипа
№№ п/п
Показатели эффективности
Макетные образцы
заявляемая установка
прототип
1
2
3
4
1
Концентрация масла М-6<sub>3</sub>/10В в исходной смеси, мг/л
45000
45000
2
Концентрация масла в сливаемой воде, мг/л:
при подаче исходной смеси 1 л/мин
1,5
4,3
при подаче исходной смеси 2 л/мин
2,1
5,4
3
Концентрация масла М-6<sub>3</sub>/10В в исходной смеси, мг/л
90000
90000
4
Концентрация масла в сливаемой воде, мг/л:
при подаче исходной смеси 1 л/мин
1,8
4,6
при подаче исходной смеси 2 л/мин
2,5
5,5
Из результатов испытаний следует, что в заявляемой установке степень очистки воды от нефтепродуктов значительно выше, чем в прототипе (см. поз.2 и 4 в колонках 3 и 4).
Степень очистки воды от нефтепродукта в заявляемой установке аналогична степени очистки воды в установке по патенту №83500, кл. C02F 9/02 (2006.10.1) от 12.02.2009 г. Однако установка по патенту №83500 значительно сложнее по конструкции, имеет большие габариты и массу из-за наличия дополнительного очистителя сливаемой воды, выполненного в виде вертикальной емкости с коническими днищами, внутри которой размещены распределитель потока воды и распределитель потока воздуха.
Таким образом, применение предлагаемой установки позволит повысить степень очистки воды от нефтепродуктов.