УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД


RU (11) 2313493 (13) C1

(51) МПК
C02F 1/40 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2006128565/15 
(22) Дата подачи заявки: 2006.07.24 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2006.07.24 
(45) Опубликовано: 2007.12.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2253623 C1, 10.06.2005. RU 2257352 C1, 27.07.2005. RU 2227791 C1, 27.04.2004. CA 2108297 A, 14.04.1995. 
(72) Автор(ы): Адельшин Алмаз Азатович (RU); Адельшин Азат Белялович (RU); Файзуллин Расих Нафисович (RU); Сахапов Насим Магсумович (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный архитектурно-строительный университет (RU) 
Адрес для переписки: 420043, г.Казань, Зеленая, 1, КГАСУ, ПИО, Ф.И. Давлетбаевой 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД
Изобретение относится к технике очистки нефтесодержащих сточных вод нефтепромыслов и может быть использовано в других отраслях промышленности, например в сельском хозяйстве и т.д., сточные воды которых содержат нефть и нефтепродукты. Устройство содержит гидроциклоны, на выходе верхнего и нижнего сливов которых установлены цилиндрические камеры с напорными трубчатыми кольцами. Кольца объединены трубопроводом-перемычкой с двумя задвижками. Трубопровод подачи сточной воды соединен с перемычкой обводным трубопроводом, имеющим наклонный к оси трубопровода винтовой канал. Дополнительные трубопроводы снабжены задвижками. Технический результат состоит в повышении надежности работы устройства, возможности отключения и включения в работу группы гидроциклонов с цилиндрическими камерами верхнего и нижнего сливов без полного отключения устройства. 2 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к технике очистки нефтесодержащих сточных вод нефтепромыслов и может быть использовано в других отраслях промышленности, например сельского хозяйства и т.д., сточные воды которых содержат нефть и нефтепродукты.

Известно устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод по патенту РФ на изобретение №2189360, опубл. 20.09.2002 г., Бюл. №26, включающее трубопровод для подачи исходной воды, напорный гидроциклон, цилиндрические камеры верхнего слива и нижнего слива гидроциклона. В верхней части рабочей зоны отстойника расположены распределительные устройства для воды из верхнего слива и нижнего слива гидроциклона, в которые поступает вода из цилиндрических камер. Отстойник имеет разделительные перегородки, делящие отстойник на рабочую и буферную зоны. В верхней части отстойника расположены нефтесборники с патрубками для отвода нефти. Устройство для отвода очищенной воды с отбойником расположено в буферной зоне отстойника. В нижней части отстойника установлены патрубки для отвода осадка. В верхней части отстойника образуется слой нефти.

Недостатком данного устройства является низкая степень надежности его вследствие необходимости полного отключения устройства (аппарата) из работы с полным нарушением нормальной его работы при проведении ремонтных или профилактических работ, а также при аварийных ситуациях, связанных с необходимостью отключения гидроциклонов или цилиндрических камер, т.е. группы (батареи) или отдельных гидроциклонов, цилиндрических камер.

Кроме того, при отключении требуется дополнительное время для остановки и пуска устройства, ввода его в оптимальный рабочий режим, что также снижает эффект очистки.

Известно устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод по патенту РФ на изобретение №2248327, опубл. 20.03.2005 г., Бюл. №8, включающее гидроциклон с патрубками подвода исходной воды, отвода верхнего слива и отвода нижнего слива, отстойник, снабженный вертикальными перегородками, не доходящими до верхней и нижней части отстойника, патрубок отвода верхнего слива гидроциклона тангенциально присоединен к цилиндрической камере нижнего слива гидроциклона в направлении закрученного потока в камере и на расстоянии, равном 1,0-1,1 диаметра камеры от ее переднего торца.

Отстойник имеет распределительные устройства, нефтесборник, устройства для отвода очищенной воды, нефти и осадка.

Недостатком данного устройства также является низкая степень надежности его вследствие необходимости полного отключения устройства (аппарата) из работы с полным нарушением нормальной его работы при проведении ремонтно-профилактических работ и работ при аварийных ситуациях, связанных с необходимостью отключения гидроциклонов или цилиндрических камер (или группу гидроциклонов и камер) при необходимости замены их.

При этом требуется также время для остановки и пуска установки, ввода ее в оптимальный рабочий режим, что также снижает эффект очистки.

Прототипом изобретения является устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод по патенту РФ на изобретение №2253623, опубл. 10.06.2005 г., Бюл. №16, включающее гидроциклон с подачей исходной воды через напорные трубчатые распределительные кольца, цилиндрические камеры на выходе верхнего и нижнего сливов гидроциклона, снабженные напорными трубчатыми кольцами, отстойник, разделенный вертикальными перегородками на рабочую и буферную секции, в рабочей секции отстойника расположены распределительные устройства, патрубки для отвода нефти, очищенной воды, отстойник снабжен трубчатым коллектором для сбора и удаления осадка, а выше коллектора с двух его сторон расположены трубчатые коллекторы, снабженные соплами; пространство между вертикальными перегородками снабжено гидродинамической гидрофобной фильтрующей загрузкой; буферная секция отстойника снабжена трубчатым дугообразным равноплечным дырчатым коллектором и дугообразным отбойником.

Недостатком данного устройства является невысокая степень надежности его вследствие необходимости полного отключения устройства (аппарата) из работы с полным нарушением нормальной его работы при проведении ремонтных или профилактических работ, а также при аварийных ситуациях, связанных с необходимостью отключения гидроциклонов или цилиндрических камер, т.е. группы (батареи) или отдельных гидроциклонов, цилиндрических камер батареи.

Кроме того, при отключении требуется дополнительное время для остановки и пуска устройства, ввода его в оптимальный рабочий режим, что также снижает эффект очистки, в целом также увеличиваются материальные, трудовые, временные и энергетические затраты.

Изобретение направлено на повышение надежности работы устройства (установки, аппарата), эффекта очистки нефтесодержащей сточной воды за счет совершенствования конструкции, технологической схемы подачи, регулирования, отключения и включения в работу группы (батареи) гидроциклонов с цилиндрическими камерами верхнего и нижнего сливов гидроциклонов без полного отключения устройства (установки, аппарата) из работы.

Решение задачи достигается тем, что предлагаемое устройство, включающее гидроциклоны с подачей исходной воды через напорные трубчатые распределительные кольца, цилиндрические камеры на выходе верхнего и нижнего сливов гидроциклонов, снабженные напорными трубчатыми кольцами, отстойник, разделенный вертикальными перегородками на рабочую и буферную секции, нижняя часть отстойника по центру снабжена устройством для удаления осадка, пространство между перегородками снабжено гидродинамической крупнозернистой гидрофобной фильтрующей загрузкой, рабочая секция отстойника имеет трубчатые дырчатые коллектора-распределители нижнего и верхнего сливов гидроциклонов, размещенные соответственно друг над другом, буферная секция отстойника снабжена трубчатым дугообразным равноплечным дырчатым коллектором и дугообразным отбойником, согласно изобретению снабжено трубопроводом-перемычкой, соединяющей трубопроводы, отводящие воду из напорных колец верхнего и нижнего сливов, а также обводным трубопроводом, соединяющим трубопровод подачи исходной нефтесодержащей сточной воды с перемычкой, при этом трубопровод-перемычка снабжена двумя задвижками, установленными с двух сторон от точки подключения обводного трубопровода к перемычке; трубопроводы, отводящие воду из верхнего и нижнего сливов, снабжены задвижками, установленными до точки подключения их к трубопроводу-перемычке; трубопровод подачи исходной воды снабжен запорно-регулирующей арматурой, установленной между напорным кольцом распределения исходной воды и точкой подключения обводного трубопровода к трубопроводу подачи исходной воды; обводной трубопровод снабжен средством для закручивания потока исходной воды, которое выполнено в виде винтового канала, наклонного к оси обводного трубопровода, при этом канал выполнен с шириной и шагом, плавно уменьшающимися по ходу направления движения потока исходной воды, и образован направляющей, жестко и герметично закрепленной на внутренней поверхности обводного трубопровода.

На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства для очистки нефтесодержащей сточной воды. На фиг.2 изображен узел А: общий вид средства закручивания потока - винтового канала.

Устройство состоит из трубопровода 1 подачи исходной нефтесодержащей сточной воды (НСВ), напорного трубчатого распределительного кольца 2, связанного с гидроциклонами 3 (как минимум два гидроциклона), патрубками подачи 4 исходной НСВ, отвода верхнего слива 5 и отвода нижнего слива 6. Напорное кольцо 2 служит для равномерного распределения воды по гидроциклонам 3. Гидроциклоны 3 снабжены цилиндрическими камерами верхнего слива 7 и нижнего слива 8. Камеры верхнего слива 7 снабжены напорным трубчатым сборным кольцом 9. Камеры нижнего слива 8 снабжены напорным трубчатым сборным кольцом 10. Напорные кольца 9 и 10 служат для равномерного сбора воды из камер 7 и 8 соответственно.

Отстойник 11 снабжен гидродинамической коалесцирующей насадкой 12 с гранулированной крупнозернистой фильтрующей загрузкой из гидрофобного (например, полиэтиленового) материала. Коалесцирующая насадка 12 расположена между перегородкой 13, не доходящей до нижней части отстойника 11, и перегородкой 14, не доходящей до верхней части отстойника 11. Перегородки 13 и 14 делят отстойник 11 на две секции: 15 - рабочая секция и 16 - буферная секция. Гидродинамическая насадка (фильтр) 12 служит для интенсификации наиболее полной коалесценции (укрупнения) капель нефти, что способствует интенсификации и повышению глубины последующей очистки НСВ отстаиванием. Секция 16 служит для дополнительной очистки воды отстаиванием. В верхней части рабочей секции 15 отстойника 11 расположены: перфорированный трубчатый распределитель 17 для НСВ, поступающей из цилиндрических камер верхнего слива 7 гидроциклонов 3, и перфорированный трубчатый распределитель 18 для НСВ из камер нижнего слива 8 гидроциклонов 3. Распределители 17 и 18 выполнены в виде коллекторов 19 с ответвлениями 20, в верхней части которых в шахматном порядке под углом 45° к вертикальной оси ответвления расположены выходные отверстия с направлением вытекающего потока НСВ вверх.

Распределитель 17 верхнего слива расположен под распределителем 18 нижнего слива, при этом распределитель 17 верхней своей плоскостью размещен на уровне границы фаз «вода - высококонцентрированная эмульсия» (т.е. на границе зоны турбулентного перемешивания 21 и транспортной зоны 22), а распределитель 18 верхней своей плоскостью размещен на уровне границы фаз «нефть - высококонцентрированная эмульсия» (т.е. на границе зоны накопления уловленной нефти 23 и зоны турбулентного перемешивания 21) (фиг.1).

В нижней части посередине отстойника 11 вдоль оси размещена трубчатая сборная дырчатая система удаления осадка, которая представляет собой напорный трубопровод-коллектор 24 с отверстиями, расположенными в нижней части коллектора в шахматном порядке и под углом не более 30° к вертикальной оси коллектора 24. Выше и с двух сторон коллектора 24 размещена система смыва 25 накопившегося осадка со дна отстойника 11, которая выполнена в виде симметрично расположенных напорных равноплечных телескопических трубопроводов-коллекторов 25 с соплами 26, направленными в сторону сборной дырчатой системы - трубопровода-коллектора 24. Сопла 26 установлены перпендикулярно к телескопическим коллекторам 25 и направлены в сторону трубчатого дырчатого коллектора 24, при этом ось каждого сопла совпадает с перпендикулярной линией, соединяющей центр окружности сопла 26 на месте его установки к телескопическому коллектору 25 с точкой пересечения этой линии с осью трубчатого дырчатого коллектора 24.

В нижней части буферной секции 16 отстойника 11 также размещены трубчатая сборная дырчатая система 24 и система смыва 27 с соплами 28, аналогичными по конструкции вышеописанным.

В верхней части отстойника 11 расположены нефтесборники 29 с патрубками 30 для отвода уловленной нефти.

Для сбора и удаления очищенной воды буферная секция 16 отстойника 11 снабжена дугообразным равноплечным трубчатым дырчатым коллектором 31 и дугообразным отбойником 32.

Коллектор 31 и отбойник 32 обеспечивают равномерный сбор очищенной воды по живому сечению буферной секции 16 отстойника 11, при этом отбойник 32 также способствует гашению придонных потоков, фиксации в буферной секции 16 объемов дополнительного отстаивания и накоплению осадка.

Трубопровод 1 подачи исходной НСВ снабжен задвижкой 33, обеспечивающей отключение из работы или включение в работу группы (батарею) гидроциклонов 3, цилиндрических камер закрученного потока 7 и 8 или устройства в целом.

Трубопровод 34 служит для отвода воды верхнего слива из напорного кольца 9 в распределители 17. Трубопровод 35 служит для отвода воды нижнего слива из напорного кольца 10 в распределитель 18. Трубопроводы 34 и 35 снабжены соответственно отсекающими задвижками 36 и 37. Устройство снабжено также обводным трубопроводом 38 и трубопроводом-перемычкой 39. Обводной трубопровод 38 соединяется в точке I с трубопроводом 1 подачи исходной НСВ и с трубопроводом-перемычкой 39 в точке II. Трубопровод-перемычка 39 соединяет трубопроводы 34 и 35 в точках III и IV соответственно и снабжена отсекающими задвижками 40 и 41.

Обводной трубопровод 38 снабжен средством закручивания потока исходной нефтесодержащей сточной воды (фиг.1, узел «А»), которое выполнено в виде винтового канала 42, наклонного к оси 43 обводного трубопровода 38. Канал 42 выполнен с шириной i и шагом ni , плавно уменьшающимися по ходу направления движения потока 44 исходной воды, и образован направляющей, жестко, герметично закрепленной на внутренней поверхности обводного трубопровода 38.

Задвижки 33, 36, 37, 40, 41 служат для отключения из работы и включения в работу батареи гидроциклонов 3, цилиндрических камер 7 и 8 при ремонте, профилактике и ликвидации аварии на них.

Устройство работает следующим образом. Сточная вода (НСВ), содержащая плавающую и эмульгированную нефть и механические примеси, по трубопроводу 1 под напором подается через напорное трубчатое распределительное кольцо 2 в гидроциклоны 3 (как минимум два гидроциклона). В гидроциклонах 3 осуществляется гидродинамическая обработка НСВ в поле центробежных, массовых, а также поверхностных сил, в результате чего разрушаются бронирующие оболочки на частицах (каплях, глобулах) нефти и агрегаты из механических примесей, происходит укрупнение капель нефти, увеличивается монодисперсность внутренней нефтяной фазы эмульсии, а также происходит разделение НСВ на два потока эмульсии: поток из верхних сливов 5 гидроциклонов 3 поступает в цилиндрические камеры 7, а поток из нижних сливов 6 в цилиндрические камеры 8. Потоки эмульсии поступают в цилиндрические камеры 7 и 8 в виде закрученных струй, при этом увеличивается время гидродинамической обработки эмульсии в закрученном поле массовых, а также поверхностных сил, энергия которых используется для наиболее полной реализации всех стадий механизма разрушения нефтяной эмульсии (деформация и разрушение бронирующих оболочек на глобулах нефти; сближение, столкновение капель; слияние и укрупнение (коалесценция) капель; концентрация, осаждение капель; выделение дисперсной фазы в виде сплошной фазы - расслоение, разделение эмульсии на нефть и воду) и, как следствие, повышается эффективность очистки НСВ. Далее из цилиндрических камер 7 поток эмульсии поступает в напорное трубчатое сборное кольцо 9, а далее по трубопроводу 34 в распределитель 17 и из него в виде равномерно распределенного потока в слой высококонцентрированной по нефти эмульсии (т.е. в зону турбулентного перемешивания 21), где происходит интенсивная коалесценция капель нефти, переход укрупнившихся капель нефти в слой уловленной нефти 23, контактная очистка НСВ от нефти. Поток эмульсии из цилиндрических камер 8 поступает в напорное трубчатое сборное кольцо 10 и далее по трубопроводу 35 в распределитель 18, а из него в виде равномерно распределенного потока непосредственно к нижней поверхности слоя нефти, т.е. в зону турбулентного перемешивания 21. Потоки, выходящие из распределителей 17 и 18, интенсивно перемешиваются в слоях высококонцентрированной по нефти 21 и нефти 23, что также повышает эффективность контактной очистки НСВ. При этом в слое высококонцентрированной эмульсии 21 в режиме турбулентного перемешивания происходит интенсивная коалесценция нефтяных капель, переход их в слой уловленной нефти 23. Уловленная нефть по мере накопления отводится через нефтесборники 29 и патрубки 30.

Для удаления накопленного осадка со дна отстойника 11 в напорную систему смыва 25 по трубопроводу 45 подается под напором вода, которая, вытекая из сопел 26, смывает осадок к сборной дырчатой системе 24, далее смытый осадок по трубопроводу 46 отводится в осадконакопитель.

Мелкодисперсные частицы нефти, вынесенные потоком воды транспортной зоны 22 из рабочей секции 15, укрупняются в слое коалесцирующей загрузки 12, всплывают и накапливаются в верхней части в буферной секции 16, а далее удаляются через нефтесборник 29 и патрубок 30.

Очищенная вода удаляется из буферной секции 16 через коллектор 31, отбойник 32 и патрубок 47.

Для проведения ремонта, профилактики, ликвидации аварий, замены отдельных элементов, узлов в батарее гидроциклонов 3, цилиндрических камер 7 и 8, распределительных 2 и сборных 9 и 10 напорных колец и т.д. закрывают задвижки 33, 36, 37, открывают задвижки 40 и 41. Исходная НСВ под напором из трубопровода подачи 1 поступает в закручивающий сужающий канал 42 (фиг.2), образуются затопленные струи, касательные к внутренней поверхности обводного трубопровода, в канале в целом образуется стабильный закрученный высокотурбулентный поток с постоянно увеличивающейся скоростью вращения и закрутки, а на выходе из камеры 42 на некотором расстоянии l образуются область затухания 48 закрученного потока и область переходная 49 на осевое потенциальное течение 50. Все это способствует увеличению дальнобойности закрученного потока, увеличению времени гидродинамической обработки НСВ в объеме закрученного потока и, как следствие, ослаблению, разрушению бронирующих оболочек нефтяных глобул, их сближению, увеличению частоты столкновения и коалесценции.

При этом часть исходной НСВ по обводному трубопроводу 38, трубопроводу-перемычке 39, трубопроводу 34 через открытую задвижку 40 поступает в распределитель 17 и из него в виде равномерно распределенного потока в слой высококонцентрированной по нефти эмульсии (т.е. в зону турбулентного перемешивания 21), где происходит коалесценция капель нефти, переход укрупнившихся капель нефти в слой уловленной нефти 23 и контактная очистка НСВ от нефти.

Другая часть исходной НСВ по трубопроводу-перемычке 39 через открытую задвижку 41 по трубопроводу 35 поступает в распределитель 18, а из него в виде равномерно распределенного потока непосредственно к нижней поверхности слоя нефти 23, т.е. в зоне турбулентного перемешивания 21. Потоки, выходящие из распределителя 17 и 18, интенсивно перемешиваются в слоях высококонцентрированной по нефти 21 и нефти 23, что повышает эффективность контактной очистки НСВ. При этом в слое высококонцентрированной эмульсии 21, в режиме турбулентного перемешивания, происходит интенсивная коалесценция нефтяных капель, переход их в слой уловленной нефти 23. Дальнейшая очистка НСВ, удаление очищенной воды, уловленной нефти и осадка происходят аналогично вышеописанному.

Таким образом, в указанных выше режимах проведения монтажно-профилактических мероприятий, аварийных отключений батареи гидроциклонов 3, камер 7 и 8, распределительных 2 и сборных колец 9 и 10 и т.д. работа устройства не прекращается.

Для возврата устройства в нормальный проектный режим работы открывают задвижки 33, 36 и 37 и закрывают задвижки 40 и 41 и устройство вновь начинает работать по вышеописанной схеме.

Достоинствами предлагаемого устройства являются высокая надежность, высокий эффект очистки и высокая удельная производительность; комплексная гидродинамическая обработка НСВ, совмещенная с интенсивной контактной очисткой; равномерное распределение потока очищаемой НСВ, равномерный сбор очищенной воды и осадка; гидродинамическое разрушение промежуточного слоя и исключение формирования этого слоя, достаточно полное и быстрое удаление осадка при полном исключении ручного труда и простоя установки для очистки, возможность удаления осадка в любое время года; возможность проведения ремонтно-профилактических и аварийных работ без прекращения работы устройства; улучшение условий эксплуатации устройства очистки НСВ; компактность устройства и высокоиндустриальность его в изготовлении (блок полного заводского изготовления) и монтаже.

Высокая экономичность дает возможность для создания и реализации эффективной технологии очистки НСВ при наименьших материальных и энергетических затратах.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод, включающее гидроциклоны с подачей исходной воды через напорные трубчатые распределительные кольца, цилиндрические камеры на выходе верхнего и нижнего сливов гидроциклонов, снабженные напорными трубчатыми кольцами, отстойник, разделенный вертикальными перегородками на рабочую и буферную секции, нижняя часть отстойника по центру снабжена устройством для удаления осадка, пространство между перегородками снабжено гидродинамической крупнозернистой гидрофобной фильтрующей загрузкой, рабочая секция отстойника имеет трубчатые дырчатые коллекторы-распределители нижнего и верхнего сливов гидроциклонов, размещенные соответственно друг над другом, буферная секция отстойника снабжена трубчатым дугообразным равноплечным дырчатым коллектором и дугообразным отбойником, отличающееся тем, что оно снабжено трубопроводом-перемычкой, соединяющей трубопроводы, отводящие воду из напорных колец верхнего и нижнего сливов, а также обводным трубопроводом, соединяющим трубопровод подачи исходной нефтесодержащей сточной воды с перемычкой, при этом трубопровод-перемычка снабжен двумя задвижками, установленными с двух сторон от точки подключения обводного трубопровода к перемычке; трубопроводы, отводящие воду из верхнего и нижнего сливов, снабжены задвижками, установленными до точки подключения их к трубопроводу-перемычке; трубопровод подачи исходной воды снабжен запорно-регулирующей арматурой, установленной между напорным кольцом распределения исходной воды и точкой подключения обводного трубопровода к трубопроводу подачи исходной воды; обводной трубопровод снабжен средством для закручивания потока исходной воды, которое выполнено в виде винтового канала, наклонного к оси обводного трубопровода, при этом канал выполнен с шириной и шагом, плавно уменьшающимися по ходу направления движения потока исходной воды, и образован направляющей, жестко и герметично закрепленной на внутренней поверхности обводного трубопровода.