Нефтеводяной центробежно-фильтрующий сепаратор
Изобретение относится к нефтеводяным центробежно-фильтрующим сепараторам и может использоваться для очистки нефтесодержащих вод и для очистки обводненного топлива на кораблях, судах, промышленных предприятий, нефтебазах, нефтепромыслах и АЗС. Сепаратор содержит корпус с двумя обечайками, между которыми размещен пароводяной змеевик или электрические нагревательные элементы, или спиралеобразный желоб. Во внутренней обечайке размещен гранулированный наполнитель в виде шариков, над которыми установлена кассета с гранулированным наполнителем крупной фракции. В нижней части сепаратора установлен перфорированный диск с фильтрующими элементами. Патрубок подвода очищаемой среды выполнен тангенциальным и соединен через проходной запорный шаровый клапан с центробежным деэмульгирующим устройством, которое содержит корпус с входным и выходным патрубками, размещенными под углом друг к другу. Технический результат состоит в повышении надежности, эффективности сепаратора и увеличении ресурса его фильтрующего материала. 6 з.п. ф-лы, 12 ил.
Изобретение относится к нефтеводяным центробежно-фильтрующим сепараторам и предназначено для очистки нефтесодержащих вод на кораблях, судах, промышленных предприятий, очистных станций, а также на нефтебазах и АЗС. Изобретение можно использовать и для очистки обводненных нефтепродуктов, а также любых жидкостей от нефтепродуктов, имеющих большую плотность, чем нефтепродукт.
Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является нефтеводяной фильтрующий сепаратор, содержащий корпус со сферическими крышкой и днищем, наружной и внутренней обечайками, патрубок подвода очищаемой среды, установленные в крышке автоматический воздушный клапан, патрубки удаления нефтепродуктов и продуктов регенерации, подогреватель в виде пароводяного змеевика, размещенного в зазоре между наружной и внутренней обечайками корпуса, фильтрующий гранулированный наполнитель мелкой фракции в виде термически закаленных шариков, размещенный в объеме внутренней обечайки, верхний гравитационный отстойник-нефтесборник, размещенный под крышкой, кассету, установленную в верхней части внутренней обечайки и выполненную в виде короткого цилиндра, заполненного гранулированным наполнителем крупной фракции, удерживаемый от вымывания верхней и нижней сетками, нижний гравитационный отстойник, расположенный между кассетой и гранулированным наполнителем внутренней обечайки, патрубки подвода теплоносителя и отвода охлажденного теплоносителя, подачи продувочного воздуха и промывочной воды, удаления грязи и шлама, вертикальные ребра постоянного теплового сопротивления, расположенные во внутренней обечайки, сборник очищенной воды, размещенный в днище и имеющий патрубок удаления очищенной воды (Патент РФ №2206514 от 20.06.2003 г.).
Указанная конструкция не обеспечивает длительную и безотказную работу фильтрующего материала, т.к. по мере работы сепаратора гранулированный фильтрующий материал забивается грязью и липкими фракциями нефтепродукта, кроме этого, при качке корабля, судна, транспортировке сепаратора внутренняя обечайка, работающая как консоль, обрывает крепления в нижней части, а при разгерметизации арматуры на патрубке вывода очищенной воды сепаратор самопроизвольно осушается, что приводит к зашлаковыванию фильтрующего гранулированного материала и выходу сепаратора из строя, применение сферических днища и крышки с автоматическим воздушным клапаном увеличивает габариты сепаратора по высоте, что исключает его массовое использование в стесненных корабельных условиях.
Задачей настоящего изобретения является повышение очистной способности, длительной и безотказной работоспособности, надежности, снижения металлоемкости, габаритов, энергозатрат на единицу объема очищаемой воды.
Задача решается тем, что в нефтеводяном центробежно-фильтрующем сепараторе, содержащем корпус с торосферическими или плоскими крышкой и днищем, наружной и внутренней обечайками, тангенциальный патрубок подвода очищаемой среды, установленный в крышке или корпусе, патрубок с короткой трубой под крышкой и автоматическим клапаном удаления нефтепродуктов, патрубок с короткой трубой удаления продуктов регенерации и запорным клапаном, подогреватель в виде пароводяного змеевика или электронагревательных элементов, размещенных в зазоре между внутренней и наружной обечайками корпуса, а в случае отсутствия подогревателя, спиралеобразной ленты, прикрепленной с внутренней стороны к наружной обечайке корпуса под определенным углом, образуя с обечайкой желоб для движения очищаемой среды, фильтрующий гранулированный наполнитель мелкой фракции или сорбент, размещенный в объеме внутренней обечайки, верхний отстойник-нефтесборник, размещенный под крышкой, кассету, установленную в верхней части внутренней обечайки и выполненную в виде короткого цилиндра, заполненного гранулированным наполнителем крупной фракции, удерживаемым от вымывания верхней и нижней сетками с крупными ячейками, нижний гравитационный отстойник, расположенный между кассетой и гранулированным наполнителем или сорбентом внутренней обечайки с сеткой с мелкой ячейкой в средней части отстойника для удержания гранулированного наполнителя мелкой фракции от вымывания в процессе регенерации и вытеснения нефтепродуктов, упоры в верхней части между наружной и внутренней обечайкой, исключающие перемещение и вибрацию внутренней обечайки во время качки и транспортировки, патрубки с автоматическим клапаном подвода теплоносителя и отвода охлажденного теплоносителя или электрических клемм подачи электричества на электронагревательные элементы, патрубки удаления грязи и шлама, вертикальные ребра постоянного теплового сопротивления, расположенные во внутренней обечайке от перфорированного донышка с фильтр-элементами до середины нижнего гравитационного отстойника, сборник очищенной воды, размещенный в днище и имеющий патрубок с конусообразной воронкой, соединенный с вертикальной трубой удаления очищенной воды с автоматическим клапаном в самой верхней ее части, образующей с сепаратором гидрозатвор и предотвращающей тем самым самопроизвольное осушение сепаратора, вертикальной трубой удаления очищенной воды, соединенной с патрубком удаления очищенной воды днища с помощью углового запорного клапана, на которой в нижней части закреплены автоматический клапан подачи чистой воды для регенерации фильтрующего материала и вытеснения нефтепродуктов из нефтесборника, клапан подачи продувочного воздуха, а в средней ее части устройство отбора проб, согласно изобретению тангенциальный патрубок подвода очищаемой среды соединен с центробежным деэмульгирующим устройством с помощью проходного запарного шарового клапана, обеспечивающего ремонт оборудования без осушения сепаратора, внутренний объем кассеты разделен радиальными или взаимно перпендикулярными перегородками на более мелкие объемы, внутренняя обечайка в нижней части соединена с диском, перфорированным крупными отверстиями, в которых закреплены фильтрующие элементы, а сам перфорированный диск вместе с внутренней обечайкой для уменьшения габарита сепаратора по высоте закреплен на дополнительный нижний фланец днища, ребра постоянного теплового сопротивления выполнены радиальными или радиально-кольцевыми, а днище снабжено лапами для крепления сепаратора к фундаменту и спускной пробкой для его осушения.
Центробежное деэмульгирующее устройство содержит корпус цилиндрической или цилиндрическо-конической формы с входным и выходным патрубками, размещенными под углом друг к другу, входной патрубок снабжен соплом с конической и суженной частями, суженная часть которого имеет круглое или прямоугольное сечение и по касательной под прямым углом сопрягается с цилиндрической частью корпуса.
При больших производительностях сепаратора целесообразно центробежное деэмульгирующее устройство снабдить дополнительными соплами аналогичной конструкции с раздаточной камерой, с цилиндрической частью которой по касательной к окружности соединен тангенциальный входной патрубок, а сопла разместить в раздаточной камере.
Целесообразно также каждый фильтрующий элемент выполнить в виде цилиндрического корпуса с крышкой, с продольными щелями и с резьбой на цилиндрической поверхности, в канавках которой с зазорам между витками, равным 0,7...0,8 диаметра шарика гранулированного наполнителя или минимального размера зерна фильтрующей загрузки, намотана проволока, концы которой жестко соединены с корпусом, а у посадочного пояска в нижней части корпуса сделаны несколько отверстий для дренажа воды при осушении сепаратора.
В качестве фильтрующего материала в сепараторе целесообразно использовать сорбент или гранулированные шарики из стекла, керамики, полимера.
На фиг.1 изображен продольный разрез сепаратора с пароводяным змеевиковым подогревателем очищаемой среды и торосферической крышкой и днищем;
На фиг.2 изображен продольный разрез сепаратора с электрическим подогревом очищаемой среды с торосферической крышкой и днищем;
На фиг.3 изображен продольный разрез сепаратора без подогрева очищаемой среды с плоской крышкой и торосферическим днищем;
На фиг.4 изображено сечение А-А фиг.1, 2, 3;
На фиг.5 изображено сечение Б-Б фиг.1, 2, 3;
На фиг.6 изображен продольный разрез центробежного деэмульгирующего устройства с цилиндрическим корпусом и с одним соплом (повернуто);
На фиг.7 изображено сечение В-В фиг.6, 8;
На фиг.8 изображен продольный разрез центробежного деэмульгирующего устройства с цилиндрическо-коническим корпусом с одним соплом (повернуто);
На фиг.9 изображен продольный разрез центробежного деэмульгирующего устройства с цилиндрическим корпусом с несколькими соплами с общей раздаточной камерой (повернуто);
На фиг.10 изображен продольный разрез центробежного деэмульгирующего устройства с цилиндрическо-коническим корпусом с несколькими соплами с общей раздаточной камерой (повернуто);
На фиг.11 изображено сечение С-С фиг.9, 10.
На фиг.12 изображен фильтрэлемент.
Сепаратор (фиг.1, 2, 3) содержит днище 1 с лапами 3 для крепления сепаратора к фундаменту, спускную пробку 2 для спуска воды при ремонте, сборник очищенной воды 4, патрубок удаления грязи и шлама с запорным клапаном 5, центробежное деэмульгирующее устройство 6 с входным патрубком очищаемой среды 7, проходным запорным шаровым клапаном 8, тангенциальный входной патрубок 9, корпус, имеющий наружную 10 и внутреннюю 11 обечайки с фланцами, образующие кольцевой зазор 12, в котором вертикально размещен пароводяной змеевиковый подогреватель 13 (фиг.1) или электрические нагревательные элементы 41 (фиг.2), или спиральная лента 43 (фиг.3), прикрепленная под углом вниз с внутренней стороны к наружной обечайке корпуса, образуя спиралеобразный желоб для движения очищаемой среды, патрубки с запорным клапаном 14 и автоматическим клапаном 16 отвода и подвода энергоносителя (пар, горячая вода) (фиг.1) или клеммы 42 подачи электрического питания на нагревательные элементы 41 (фиг.2), нижний гравитационный отстойник 15 с сеткой мелкого сечения 30 в его средней части, кассету 17 в виде короткого цилиндра, заполненную гранулированным наполнителем крупной фракции с верхней и нижней сетками 28 с ячейкой крупного сечения для удержания гранулированного наполнителя от вымывания, запорный клапан 18 удаления продуктов регенерации с короткой трубой 23, свободный конец которой загнут вверх в самую верхнюю точку под крышкой, автоматический клапан 19 удаления отсепарированного нефтепродукта с короткой трубой 29, свободный конец которой выведен в верхнюю точку под крышкой, крышку 20, под которой размещен верхний гравитационный отстойник-нефтесборник 25, установленные в крышке термодатчик 21, датчики 24 границы раздела сред "нефтепродукт-вода" верхнего и нижнего уровней, фильтрующий гранулированный наполнитель мелкой фракции 31 в виде шариков или сорбента, размещенный в объеме внутренней обечайки 11, упоров 29 (фиг.1, 2, 3, 4), равномерно распределенных по окружности, удерживающих внутреннюю обечайку 11 от раскачивания и вибрации при транспортировке и качке корабля, вертикальную трубу 26 удаления очищенной воды с автоматическим клапаном 27 на самом верхнем ее конце, размещенным на уровне крышке, образуя с корпусом сепаратора гидрозатвор, исключающий самопроизвольное осушение сепаратора при нарушении герметичности автоматического клапана.
Сепаратор содержит также патрубок предохранительного клапана 36, перфорированный крупными отверстиями диск 33, соединенный с внутренней обечайкой 11 в ее нижней части, фильтрующие элементы 34, закрепленные в отверстиях диска, патрубок 39 вывода очищенной воды, соединенный с помощью углового запарного клапана 38 с вертикальной трубой удаления очищенной воды 26, конус 40, смонтированный на противоположном конце патрубка 39.
В нижней части вертикальной трубы 26 размещен автоматический клапан 37 подачи чистой воды на вытеснение из сепаратора нефтепродукта и регенерацию фильтрующего материала, а также невозвратно-запорный клапан 35 подачи продувочного воздуха, в средней ее части размещено устройство отбора проб 32.
Внутренний объем кассеты 17 (фиг.4, 1, 2, 3) разделен на более мелкие объемы с помощью взаимно перпендикулярных или радиальных перегородок 44, предотвращающих перемещение гранулированного наполнителя при качке корабля и обеспечивающих жесткость кассеты 17.
Объем внутренней обечайки 11 (фиг.5, 1, 2, 3) от перфорированного диска 33 до середины нижнего гравитационного отстойника 15, сетки 30 разделен вертикальными радиальными или радиально-кольцевыми ребрами 45 постоянного теплового сопротивления на более мелкие объемы, обеспечивая отвод тепла от значительно очищенной воды внутри внутренней обечайки 11 в грязную воду кольцевого зазора 12, в металлоконструкции и в атмосферу, исключая значительные перемещения гранулированного наполнителя 31 при качке корабля. С наружной обечайкой 10 по касательной к окружности соединен тангенциальный патрубок 9 подвода очищаемой воды, к которому подсоединены проходной запарный шаровый клапан 8 и центробежное деэмульгирующее устройство 6.
Деэмульгирующее устройство 6 представляет собой горизонтально расположенный однопродуктовый гидроциклон-сгуститель, состоящий (фиг.6, 7, 8, 9, 10, 11) из цилиндрической 46 или цилиндрическо-конической 54 части корпуса 47, входного патрубка 48 с соплом 49, состоящим из конической части 50 и суженной части 51, конической части 52, выходного цилиндрического патрубка 53.
Входной 48 и выходной 53 патрубки размещены под углом друг к другу, суженная часть 51 сопла 49 имеет круглое или прямоугольное сечение и по касательной сопрягается с цилиндрической частью корпуса 46 под прямым или близким к нему углом к оси цилиндрической части корпуса так, что под воздействием давления нагнетания, за один оборот струя воды из сопла перемещается по спирали вдоль оси корпуса за один оборот на расстояние, равное поперечному сечению суженной части или более в зависимости от осевой скорости потока.
В цилиндрическо-коническом корпусе 47 (фиг.8) вращающийся поток очищаемой среды под давлением нагнетания перемещается в сужающуюся коническую часть 55 корпуса, где скорость вращения потока возрастает, что приводит к увеличению центробежного эффекта и фактора разделения, а затем стабилизировавшись в цилиндрической части 56 корпуса, поступает в расширяющуюся коническую часть корпуса 52, где угловая и осевая скорости потока замедляются и разделенный на составные части (вода, нефтепродукт, грязь) очищаемый поток поступает в тангенциальный патрубок 9 (фиг.1, 2, 3) наружной обечайки сепаратора. Центробежное деэмульгирующее устройство может содержать несколько и сопел аналогичной конструкции. При использовании нескольких сопел 49 (фиг.9, 10, 11) устройство может содержать цилиндрический или цилиндрическо-конический колпак 57 раздаточной камеры 58, с цилиндрической частью которой по касательной к окружности соединен тангенциальный входной патрубок 59. Камера 58 содержит также фланец колпака и фланец корпуса устройства, сопла 49 при этом размещаются в раздаточной камере 58 равномерно по периметру цилиндрической части корпуса в один ряд в плоскости, перпендикулярной оси корпуса.
Каждый колпачково-проволочный фильтрующий элемент (фиг.12) состоит из цилиндрического корпуса 60 с крышкой и посадочным пояском 63, с продольными щелями 62 и нарезанной резьбой на его наружной цилиндрической поверхности, в канавках которой с зазором между витками, равным 0,7...0,8 диаметра шарика гранулированного наполнителя или минимального размера гранулы фильтрующего материала, намотана проволока 61, оба конца которой жестко соединены с корпусом 60, а в районе посадочного пояска корпуса сделаны отверстия 64 для дренажа воды при осушении сепаратора.
Фильтрующим материалом может быть сорбент, шарики гранулированного наполнителя из стекла, керамики или полимера.
Сепаратор работает следующим образом. Сильно эмульгированная нефтепродуктами очищаемая вода под давлением нагнетания насосного агрегата подается через входной патрубок 7 центробежного деэмульгирующего устройства 6 (фиг.1, 2, 3), сопла 49 (фиг.6, 7, 8, 9, 10, 11) в цилиндрическую часть 46 центробежного деэмульгирующего устройства по касательной к окружности.
В цилиндрической части 46 (фиг.6, 7) или цилиндрическо-конической части 54 (фиг.7, 8) корпуса устройства 6 (фиг.1, 2, 3) под воздействием большой скорости истечения воды из сопел и малого диаметра цилиндрической части 46 очищаемая среда (вода) приобретает большую скорость вращения, достигающую нескольких тысяч оборотов в минуту. Под воздействием большой скорости вращения очищаемого потока в центробежном деэмульгирующем устройстве возникают мощные центробежные силы, под воздействием которых в центре вращения происходит разрыв потока с образованием вакуумной воронки, механические взвешенные частицы и вода отбрасываются к стенке цилиндрической части 46 (фиг.6, 7, 8, 9, 10), а нефтепродукт вытесняется к центру вращения, распределяясь по поверхности вакуумной воронки, коагулируя и коалесцируя при этом.
В цилиндрическо-коническом корпусе 54 (фиг.8, 10) центробежного деэмульгирующего устройства вращающийся поток очищаемой воды под действием давления нагнетания перемещается из цилиндрической части 46 в сужающуюся коническую часть 55, где угловая и осевая скорость вращающего потока очищаемой воды еще больше возрастают и, достигнув своего максимума в цилиндрической части 56 стабилизируется, а затем очищаемый вращающийся поток поступает в расширяющуюся коническую часть 52, где угловая и осевая скорости очищаемого потока замедляются, стабилизируются. В цилиндрическо-коническом центробежном деэмульгирующем устройстве в результате сужения конической части 55 и увеличения угловой скорости центробежный эффект и фактор разделения очищаемого потока значительно возрастают.
С увеличением пропускной способности сепаратора увеличиваются диаметр сопла и цилиндрическая части устройства 6, а это в свою очередь приводит к снижению угловой скорости вращения очищаемого потока и, как следствие, к уменьшению центробежной силы. С целью сохранения большой угловой скорости вращения очищаемого потока воды в центробежном дэмульгирующем устройстве предусмотрено, при относительном сохранении малого диаметра цилиндрической части, увеличение количества сопел с малыми проходными сечениями суженных частей, располагаемых в одной плоскости перпендикулярной оси корпуса, размещенных одно от другого на угол 60-90-120-180°, а подвод очищаемой воды производится через общую раздаточную камеру 58, образуемую цилиндрическим или цилиндроконическим колпаком 57 и фланцем корпуса устройства.
При использовании раздаточной камеры 58, содержащей несколько сопел, очищаемая вода сначала поступает через тангенциальный входной патрубок 59 по касательной к цилиндрической части колпака 57 в раздаточную камеру 58, а затем через входные патрубки сопел 49 в цилиндрическую часть 46 центробежного устройства по касательной к окружности.
После выхода из цилиндрической части 46 (фиг.6, 7, 8, 9, 10, 11) корпуса центробежного деэмульгирующего устройства в расширяющуюся коническую часть 52 и выходной патрубок 53 вращающийся, разделенный на составные части поток замедляет свою угловую и осевую скорости, вакуумная воронка постепенно сливается в сплошной вращающийся жгут нефтепродукта и весь вращающийся поток через проходной запорный шаровый клапан 8 (фиг.1, 2, 3, 5) и тангенциальный патрубок 9 поступает в кольцевой зазор 12, образованный наружной 10 и внутренней 11 обечайками корпуса, и, закручиваясь по спирали вдоль трубок змеевикового подогревателя 13 (фиг.1) или вдоль электрических нагревательных элементов 41 (фиг.2), нагревается, прокачиваясь снизу вверх, при этом воздух и газы из внутренней полости сепаратора удаляются через короткую трубу 22 и автоматический клапан 19 по команде датчика 24 границы раздела сред "нефтепродукт-вода" в цистерну сбора отсепарированного нефтепродукта, а оттуда в атмосферу, а механические взвешенные частицы оседают в нижней части кольцевого запора.
В случае отсутствия в сепараторе встроенных нагревателей очищаемой воды (фиг.3) после выхода из тангенциального патрубка 9 вращающийся, разделенный на составные части (нефтепродукт, вода, грязь) поток поступает под наклонную спиралеобразную ленту 43, образующую с наружной обечайкой спиралеобразный желоб, по которому он, закручиваясь по спирали снизу вверх, поступает в нефтесборник-гравитационный отстойник 25. Движение очищаемого истока по спиралеобразному желобу увеличивает время нахождения в корпусе крупно- и мелкодисперсной составляющей нефтепродукта и, как следствие, усиливает его коагуляцию и коалесценцию.
В присутствии поверхностно-активных, например синтетических моющих веществ или дезакгиваторов, в очищаемую воду вводят коагулянт, например сернокислотный алюминий.
Подача теплоносителя в змеевиковый подогреватель 13 (фиг.1) осуществляется через патрубок с автоматическим клапаном 16, а отвод конденсата или охлажденной воды - через патрубок с запарным клапаном 14, подача электрического питания на электрические нагревательные элементы 41 (фиг.2) производится через клеммы 42.
Подогрев очищаемой воды, значительно разделенной на составные части в центробежном деэмульгирующем устройстве 6 (фиг.1, 2), осуществляемый в поле незначительных центробежных сил, которыми дисперсионная среда (вода) оттесняется к наружной, а дисперсная фаза (нефтепродукт) - к внутренней обечайкам кольцевого зазора 12 в условиях противоточного теплообмена (фиг.1, 2), обеспечивает сохранение постоянного теплового сопротивления греющей и нагреваемой сред и заданный температурный градиент по высоте, что исключает развитие в кольцевом зазоре конвективно-вихревых токов разделяемых сред и позволяет реализовать по высоте подогревателя эффект совокупного всплытия (осаждения), обеспечивающий увеличение глубины извлечения из объема очищаемой воды диспергированных нефтепродуктов.
Подогретая и содержащая крупные частицы нефтепродуктов вода поступает в верхний гравитационный отстойник-нефтесборник 25, в объеме которого укрупненные частицы нефтепродуктов коагулируют, коалесцируют и по мере их накопления через загнутую вверх короткую трубу 22 и автоматический клапан 19 удаляются из сепаратора.
Вода, значительно очищенная от нефтепродуктов, через кассету 17 с сетками 28 с крупными ячейками, удерживающими гранулированный наполнитель крупной фракции и снижающими гидравлические потери, поступает сверху вниз сначала в нижний гравитационный отстойник 15 с сеткой 30 с мелкими ячейками в средней ее части, а затем - в объем фильтрующего материала 31, предоставляющего собой гранулированный наполнитель мелкой фракции или сорбент, при этом происходит ее фильтрация через поровые каналы между отдельными гранулами или частицами в процессе строго ламинизированного течения. Использование в качестве фильтрующего материала стеклянных, керамических, полимерных шариков с высокими фильтрующими свойствами, размещенных в кассете 17 и в объеме внутренней обечайки 11 корпуса, обеспечивает процессы ортокинетической коагуляции, коалесценции отдельных частиц нефтепродуктов и исключает необходимость периодической замены фильтрующего материала, обеспечивая стабильную во времени очистку и возможность постоянной, систематической очистки наполнителя от механических взвесей путем как автоматической, так и ручной промывки наполнителя в направлении снизу вверх при вытеснении нефтепродукта из нефтесборника, регенерации фильтрующего материала, а при ручной регенерации дополнительно предварительной его продувки воздухом в направлении снизу вверх.
Во избежание вторичной эмульгации отсепарированных нефтепродуктов отвод тепла от фильтруемой воды обеспечивают радиальные, радиальнокольцевые или взаимно перпендикулярные ребра 45 (фиг.5) постоянного теплового сопротивления через металлоконструкции сепаратора. Размещение ребер во внутренней обечайки позволяет за счет снижения температуры фильтруемой воды уменьшить вторичную эмульгацию отсепарированных нефтепродуктов, как следствие, уменьшить гидравлическое сопротивление и повысить очистную способность, а также позволяет в условиях качки корабля исключить влияние наклона сепаратора в любой плоскости на толщину слоя гранулированного фильтрующего материала, через который барботируется доочищаемая вода, что обеспечивает стабильность очистной способности сепаратора.
При фильтрации доочищаемой воды через поровые каналы между гранулами наполнителя при скоростях, отвечающих строго ламинизированному режиму течения, когда скорость всплытия частиц нефтепродукта выше скорости истечения воды, дисперсные частицы нефтепродуктов, переходя в последовательно расположенные поры, притягиваются к поверхности шариков, смачивают их, а затем растекаются по их поверхности с увеличением пленки до определенных размеров, перекрытие поровых каналов нефтепродуктами обеспечивает барботаж очищаемой воды через фильтрующий слой, представляющий собой естественно поддерживаемые фазы: гранулы наполнителя - нефтепродукт.
При превышении насыщенности поровых каналов нефтепродуктами избыточная масса его за счет возрастания перепада давления и сил всплытия срывается с поверхности гранул в виде отдельных капель грушевидной формы, которые, сливаясь между собой в процессе коалесценции, выводятся из объема гранулированного наполнителя с последующим их выделением из объема доочищаемой воды в гравитационных отстойниках под действием сил Архимеда (за счет разности плотностей разделяемых сред). Часть капель нефтепродукта, вытесненная потоком воды из кассеты в нижний гравитационный отстойник, скапливается в его верхней части, а мелкодисперсионная составляющая нефтепродукта, увлекаемая ламинарным потоком воды, окончательно очищается в процессе ее фильтрации чеез поровые каналы гранулированного наполнителя мелкой фракции с наведенными олеофильными свойствами или сорбента, размещенными во внутреннем объеме внутренней обечайки.
Отделенные нефтепродукты из гранулированного наполнителя мелкой фракции или сорбента, всплывая, попадают в нижний гравитационный отстойник 15, а затем через кассету 17 выводятся в верхний гравитационный отстойник-нефтесборник 25, где постепенно накапливаются.
Очищенная от нефтепродуктов в процессе фильтрации через слой фильтрующего материала и отсепарированных нефтепродуктов, скапливающихся в объемах гранулированного наполнителя во внутренней обечайки 31, кассеты 17 и в нижнем гравитационном отстойнике 15, вода поступает через фильтрующие элементы 34 перфорированного диска 33 в сборник очищенной воды 4 и удаляется из него через конус 40 и патрубок 39, угловой запорный клапан 38 вертикальную трубу 26 с автоматическим клапаном 27 на ее самом верхнем конце.
Применение конуса 40 обеспечивает плавное нарастание скорости истечения воды и исключает воронкообразное завихрение очищенной воды в сборнике 4. Вертикальная труба 26 удаления очищенной воды с автоматическим клапаном 27, размещаемым на уровне верхней части сепаратора, образует с сепаратором гидрозатвор, что исключает самопроизвольное осушение сепаратора при нарушении герметичности автоматического клапана и, как следствие, исключает закоксовывание фильтрующей загрузки, угловой запорный клапан 38 обеспечивает ремонт сепаратора без его осушения и уменьшает габарит сепаратора по ширине.
Для очистки и регенерации фильтрующего материала кассеты 17 и объема внутренней обечайки 31 от механических взвешенных частиц и частичек тяжелых фракций нефтепродуктов на вертикальной трубе удаления очищенной воды 26 в ее нижней части установлены автоматический клапан 37, подачи чистой воды на вытеснение нефтепродукта, регенерацию фильтрующей загрузки сепаратора, а также невозвратно-запорный клапан 35 подачи продувочного воздуха. Для контроля качества очищенной воды в средней части вертикальной трубы 26 удаления очищенной воды установлено устройство отбора проб 32. Механические взвешанные частицы, отделенные от очищаемой среды в центробежном деэмульгирующем устройстве 6 и поступившие через тангенциальный патрубок 9 в кольцевой зазор 12, оседают и по мере накопления удаляются через патрубок с запорным клапаном 5. Для осушения сепаратора от воды с целью ремонта и консервации в днище 1 предусмотрена спускная заглушка 2, а крепление сепаратора производится с помощью фундаментных лап 3.
Для предотвращения обрыва креплений внутренней обечайки 11 с перфорированным диском 33 к нижнему фланцу днища 1, во время транспортировки и качки корабля из-за раскачивания и вибрации, в верхней части внутренней обечайки 11 в районе кассеты 17 предусмотрена установка нескольких упоров 29, распределенных диаметрально равномерно по окружности.
Удаление продуктов регенерации, грязи и шлама из кассеты 17, фильтрующего материала 31 из объема внутренней обечайки 11 производится через короткую трубу 23, загнутую к самой высокой точке под крышкой 20 и запорный клапан 18, методом кратковременной продувки воздухом и подачи чистой воды через автоматический клапан 37.
Работа сепаратора по удалению очищенной воды из сборника 4 и отсепарированного нефтепродукта из верхнего гравитационного отстойника-нефтесборника 25 происходит двумя способами:
а) поочередным удалении очищенной воды из сборника 4 и нефтепродукта из нефтесборника 25 через свои соответственно автоматические клапана 27 и 19 при непрерывной работе насосного агрегата;
б) удалением очищенной воды через автоматический клапан 27 при работающем насосе и удалением отсепарированного нефтепродукта из нефтесборника 25 при неработающем насосе через автоматический клапан 19 методом вытеснения чистой водой, подаваемой через автоматический клапан подачи чистой воды 37 на вытеснение нефтепродукта с одновременной регенерацией фильтрующей загрузки сепаратора.
Работа сепаратора по способу а) происходит следующим образом.
После пуска насоса и отсутствии в нефтесборнике 25 нефтепродукта открывается автоматический клапан 27 и очищенная вода через вертикальную трубу 26 удаляется в канализацию или за борт корабля. По мере работы сепаратора в нефтесборнике 25 постепенно накапливается нефтепродукт, при этом срабатывает сначала датчик верхнего уровня 24 границы раздела сред "нефтепродукт-вода", а затем нижнего уровня, в результате автоматический клапан 27 удаления очищенной воды закрывается, а автоматический клапан 19 удаления отсепарированного нефтепродукта открывается и под действием давления нагнетания работающего насоса нефтепродукт из нефтесборника 25 через короткую трубу 22, автоматический клапан 19 вытесняется в сборную емкость. После удаления из нефтесборника 25 нефтепродукта срабатывает датчик 24 границы раздела сред "нефтепродукт-вода" верхнего уровня, при этом автоматический клапан 19 удаления отсепарированного нефтепродукта закрывается, а автоматический клапан 27 удаления очищенной воды откроется. Работа в таком режиме будет продолжаться до тех пор, пока не будет очищена вся нефтесодержащая вода в сборной емкости, при этом насос остановится и закроется автоматический клапан удаления очищенной воды 27, а при наличии нефтепродукта в нефтесборнике 25 откроются автоматические клапана удаления отсепарированного нефтепродукта 19 и автоматический клапан 37 подачи чистой воды на вытеснение нефтепродукта, под действием давления чистой воды начнется вытеснение нефтепродукта из нефтесборника 25 и одновременно произойдет регенерация фильтрующей загрузки сепаратора. Вытеснение нефтепродукта из нефтесборника 25 и регенерация фильтрующей загрузки будет происходить до тех пор, пока весь нефтепродукт не будет вытеснен из нефтесборника 25 и не сработает датчик границы раздела сред 24 верхнего уровня, при этом закроются автоматические клапана 37 и 19.
Работа сепаратора по способу б) происходит следующим образом.
После пуска насоса и отсутствии в нефтесборнике 25 нефтепродукта открывается автоматический клапан 27 и очищенная вода через вертикальную трубу 26 удаляется в канализацию или за борт корабля. По мере накопления в нефтесборнике 25 нефтепродукта граница раздела сред "нефтепродукт-вода" начинает опускаться вниз, что приводит к срабатыванию датчиков границы раздела сред "нефтепродукт-вода" сначала верхнего уровня, а затем нижнего, при этом останавливается насосный агрегат, закрывается автоматический клапан 27 удаления очищенной воды, открываются автоматические клапана 19 удаления отсепарированного нефтепродукта, 37 подачи чистой воды на вытеснение нефтепродукта из нефтесборника 25, производя одновременно регенерацию фильтрующего материала в объеме внутренней обечайке 31 и кассеты 17.
Под действием давления чистой воды из автоматического клапана 37 нефтепродукт начинает вытесняться из нефтесборника 25 через короткую трубу 22, автоматический клапан 19, а граница раздела сред "нефтепродукт-вода" начинает перемещаться вверх, что приводит к срабатыванию датчиков границы раздела сред "нефтепродукт-вода" сначала нижнего, а затем верхнего уровня. Как только сработает датчик границы раздела сред "нефтепродукт-вода" верхнего уровня, закроются автоматические клапана 37 подачи чистой воды на вытеснение нефтепродукта, регенерацию, 19 удаления отсепарированного нефтепродукта, запускается насосный агрегат и открывается автоматический клапан 27 удаления очищенной воды. Процессы поочередного пуска-остановки насосного агрегата и накопления-удаления из нефтесборника 25 нефтепродукта будут происходить до тех пор, пока не будет очищена вся нефтесодержащая вода в накопительной емкости. Как только будет очищена вся нефтесодержащая вода в накопительной емкости, насосный агрегат остановится и при наличии нефтепродукта в нефтесборнике 25 откроются автоматические клапана 19 удаления нефтепродукта из нефтесборника, 37 подачи чистой воды на вытеснение нефтепродукта, регенерацию фильтрующей загрузки сепаратора. После удаления из нефтесборника 25 всего нефтепродукта сработает датчик границы раздела сред "нефтепродукт-вода" верхнего уровня, автоматические клапана 19, 37 закроются, сепаратор будет находиться в режиме ожидания очередного пуска, накопление нефтесодержащей воды в сборной емкости будет происходить до полной вместимости.
Заявляемые конструктивные особенности сепаратора в их совокупности обеспечивают минимальные массогабаритные характеристики, высокую очистную способность и практически полную автоматизацию процессов. Изобретение обеспечивает остаточную концентрацию нефтепродуктов в очищенной воде около 1 мг/литр, что значительно меньше требований Международного комитета защиты морской среды (ИМО), изложенных в Резолюции МЕРС.107 (49) от 18.07.2003 года (менее 15 мг/литр).
1. Нефтеводяной центробежно-фильтрующий сепаратор, содержащий корпус, состоящий из наружной и внутренней обечаек с фланцами, с днищем и крышкой, тангенциальный входной патрубок, соединенный с центробежным деэмульгирующим устройством, установленный в верхней части наружной обечайки патрубок удаления нефтепродуктов с автоматическим клапаном и короткой трубой, загнутой вверх до самой верхней точки внутренней полости под крышкой, подогреватель очищаемой воды, размещенный в зазоре между внутренней и наружной обечайками корпуса, фильтрующий гранулированный наполнитель мелкой фракции в виде шариков, размещенный в объеме внутренней обечайки, верхний гравитационный отстойник-нефтесборник, размещенный под крышкой, кассету, установленную в верхней части внутренней обечайки и выполненную в виде короткого цилиндра, заполненного гранулированным наполнителем крупной фракции, удерживаемым от вымывания верхней и нижней сетками с крупной ячейкой, при этом внутренний объем кассеты разделен на более мелкие объемы радиальными или взаимно перпендикулярными перегородками, нижний гравитационный отстойник, расположенный между кассетой и фильтрующим наполнителем внутренней обечайки с мелкоячеистой сеткой в его средней части, патрубки удаления грязи и шлама с запорным клапаном, удаления продуктов регенерации с запорным клапаном и короткой трубой, загнутой вверх до самой верхней точки под крышкой, вертикальные ребра постоянного теплового сопротивления, расположенные во внутренней обечайке, сборник очищенной воды, размещенный в днище и имеющий патрубок вывода очищенной воды с конусом, термодатчик и датчики границы раздела сред «нефтепродукт-вода», размещенные в крышке, патрубок предохранительного клапана, размещенный в нижней части наружной обечайки, диск, перфорированный крупными отверстиями, в которых закреплены фильтрующие элементы, причем днище снабжено спускной пробкой для осушения сепаратора и лапами для крепления сепаратора к фундаменту, отличающийся тем, что тангенциальный входной патрубок соединен с центробежным деэмульгирующим устройством через проходной шаровый клапан, ребра постоянного теплового сопротивления выполнены радиальными или радиально-кольцевыми, расположены по высоте от перфорированного диска до середины нижнего гравитационного отстойника и соединены в нем с мелкоячеистой сеткой, патрубок вывода очищенной воды соединен с помощью углового запорного клапана с вертикальной трубой удаления очищенной воды, на которой смонтированы в верхней части на уровне крышки автоматический клапан удаления очищенной воды, в средней части устройство отбора проб, а в нижней части невозвратно-запорный клапан подачи продувочного воздуха и автоматический клапан подачи чистой воды, перфорированный диск с фильтрэлементами закреплен к внутренней обечайке в ее нижней части, при этом в самой верхней части между наружной и внутренней обечайками размещены упоры, равномерно распределенные по окружности.
2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что подогреватель очищаемой воды выполнен в виде пароводяного змеевика с патрубками подвода теплоносителя с автоматическим клапаном и отвода охлажденного теплоносителя с запорным клапаном.
3. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что подогреватель очищаемой воды выполнен в виде электрических нагревательных элементов с клеммами подвода электрического питания.
4. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что центробежное деэмульгирующее устройство содержит корпус с входным патрубком очищаемой среды и выходным патрубком, размещенными под углом друг к другу, входной патрубок снабжен соплом с конической и суженной частями, суженная часть которого имеет круглое или прямоугольное сечение и по касательной сопрягается с цилиндрической частью корпуса.
5. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что центробежное деэмульгирующее устройство снабжено несколькими соплами аналогичной конструкции с раздаточной камерой, с цилиндрической частью которой по касательной к окружности соединен входной патрубок очищаемой среды, а сопла равномерно размещены в раздаточной камере в плоскости, перпендикулярной оси корпуса.
6. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что фильтрующие элементы выполнены в виде цилиндрического корпуса с крышкой, с продольными щелями и с резьбой на цилиндрической поверхности, в канавках которой с зазором между витками, равным 0,7-0,8 диаметра шарика гранулированного наполнителя или минимального размера зерна фильтрующей загрузки, намотана проволока, концы которой жестко соединены с корпусом, а в районе посадочного пояска корпуса равномерно по окружности выполнены дренажные отверстия.
7. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что фильтрующий материал сепаратора может быть сорбентом, гранулированным наполнителем из стекла, керамики или полимера.
