Пристрій для утилізації вуглеводневих парів

Винахід відноситься до енергетики, нафтовидобутку, нафтоперероблення і може бути використаний для уловлювання вуглеводневиих парів із резервуарів збереження нафтопродуктів, наприклад, парів мазуту з видаткових резервуарів, на нафтоперекачувальних станціях тощо. Уловлювання нафтового газу із ємностей, в яких зберігаються нафтопродукти, є дуже важливою проблемою, і вирішення її дозволить не тільки утилізувати небезпечні та шкідливі продукти, а і підвищити безпечність цих ємностей, а в багатьох випадках повторно використати вилучену субстанцію. На сьогоднішній день існує велика кількість пристроїв, призначенням яких є уловлювання та утилізація вуглеводневих газів. Так, відома установка, основними конструктивними елементами якої є рідинний ежектор, що відкачує вуглеводневі пари, апарат, в який направляється газорідинна суміш, та секція очищення газу від рідини. Очищена рідина знову повертається до ежектору, а очи щений газ направляється до користувача [Не фтяное хозяйство, 1979, №7, с.42-44]. Застосування цієї установки дозволяє виключити будь-які викиди вуглеводнів в атмосферу, що знижує їх фонову концентрацію, але така установка є надто чутливою до найменших змін таких факторів, як рівень тиску в резервуарах, коливання кількості нафти, яка надходить до резервуарів, коливання газовміщення нафти, нерівномірність роботи насосно-ежекторної системи та ін. За прототип запропонованого винаходу прийнятий пристрій для утилізації вуглеводневих парів, що містить вхідний патрубок, послідовно з'єднані насос, ежектор і сепаратор, причому вхідний патрубок пристрою з'єднаний з усмоктувальним патрубком ежектора [а.с. №1740034, МПК7 В01D53/34,53/14, опубл. в Бюл. №22, 1990р.]. Визначальним недоліком цього пристрою є низька продуктивність роботи, яка є результатом недосконалого конструктивного виконання основних функціональних вузлів пристрою. Вивільнення кисню з очищуваної субстанції здійснюється за допомогою хімічних реактивів, які входять до складу робочої рідини ежектора етилендиамінтетраоцтової кислоти, солі - сульфату заліза та тринатрійсульфату. Відкачані ежектором вуглеводневі пари, змішані з повітрям, яке потрапило до газового простору резервуару з атмосфери, змішуються з робочою рідиною. При цьому присутній в парах кисень повністю витрачається на окислення двовалентного заліза до трьохвалентного. Після цього ця газорідинна суміш розділяється в сепараторі на газову (без кисню) та рідку фракції, і остання відводиться за межі утилізаційного пристрою. Послідовність наведених вище операцій по суті визначає повний цикл утилізації вуглеводневих парів, який закінчується тим, що газ відводиться, а рідина залишається. Для того, щоб робочу рідину можна було застосовувати надалі (тобто для забезпечення безупинності процесу), її направляють по трубопроводу до другого сепаратора, в який одночасно з цим подають газ, що містить сірку. Призначенням цього газу є перетворення присутнього в рідкій фазі трьохвалентного заліза в двохвалентне. Сірководень, сполучаючись з трьохвалентним залізом, змінює його на двохвалентне, і таким чином "відновлює" робочу рідину до початкового стану. Таку рідину можна знову повертати до першого сепаратора, і починати процес спочатку. Аналізуючи роботу відомого утилізаційного пристрою, легко дійти висновку, що одна з найважливіших проміжних операцій технологічного циклу – зв`язування кисню двовалентним залізом (і тим самим вилучення кисню з очищуваних парів) є доволі ускладненою, адже вона потребує суворого контролю за вмістом хімічних реагентів в об"ємі робочої рідини ежектору. Слід зазначити, що сам факт застосування хімічних реагентів робить використання пристрою екологічно шкідливим та неекономічним в промислових масштабах, особливо в безупинному режимі, адже в разі його експлуатації в нафтови х резервуарних парках для очищення останніх знадобиться велика кількість хімікатів. Крім того, конструкція цього утилізаційного пристрою є доволі ускладненою, бо для безупинного вилучення вуглеводневих парів необхідно забезпечити циркуляцію робочої рідини, для чого пристрій оснащений двома сепараторами, складною системою трубопроводів, джерелом надходження сірководневого газу і т.п. В основу винаходу поставлена задача підвищення економічності, розширення функціональних можливостей, підвищення продуктивності в безупинному режимі без додаткових реагентів, а також спрощення пристрою для утилізації вуглеводневих парів шляхом введення до його складу конденсатора, удосконалення конструктивного виконання сепаратора, зокрема, виконання останнього двохсекційним, оснащення його розподільчими колекторами і перегородками та оптимізації позиціювання останніх в корпусі сепаратора, що забезпечує можливість попереднього очищення повітря, забрудненого вуглеводневими парами, в конденсаторі та поетапного очищення в кожній секції сепаратора, утворення флотопіни на водній поверхні першої секції і забезпечення тим самим додаткової фільтрації конденсату вуглеводневих парів, створення водно-повітряної пульпи і подачі її в товщу рідини за допомогою розподільних колекторів. Поставлена задача досягається за рахунок того, що в пристрої для утилізації вуглеводневих парів, що містить вхідний патрубок, послідовно з'єднані насос, ежектор і сепаратор, причому вхідний патрубок пристрою з'єднаний з усмоктувальним патрубком ежектора, згідно до винаходу, сепаратор виконаний двосекційним, його секції оснащені придонними розподільними колекторами і розділені послідовно встановленими центральною, нижньою і верхньою перегородками, вихід ежектора з'єднаний із входом придонного розподільного колектора першої секції сепаратора, а вхідний патрубок розподільного колектора другої секції сепаратора розміщений над нижньою перегородкою, при цьому пристрій оснащений конденсатором, встановленим між вхідним патрубком пристрою і усмоктувальним патрубком ежектора. Верхня крайка центральної перегородки сепаратора розташована на 50100мм вище верхньої крайки нижньої перегородки, розподільний колектор першої секції сепаратора розташований на рівні нижньої крайки центральної перегородки, а розподільний колектор другої секції сепаратора - на 1,0-1,5м нижче рівня води в сепараторі. Крім цього, запропонований пристрій постачений датчиком температури рідини в сепараторі, трубопроводом охолоджуючої води і двома регульованими клапанами, при цьому ви хід тр убопроводу охолоджуючої води з'єднаний із входом першого регульованого клапана, вихід якого підключений до першої секції сепаратор, вхід др угого регульованого клапана підключений до другої секції сепаратора, а його вихід з'єднаний з приямком забрудненої води, при цьому керуючі входи регульованих клапанів підключені до виходу датчика температури рідини в сепараторі. Вказаний вище те хнічний результат, який досягається в процесі експлуатації винаходу, обумовлений ознаками, які відрізняють його від ознак подібних утилізаційних пристроїв, описаних згідно відомого рівня техніки, зокрема у винаході, прийнятому за прототип. Так, оснащення утилізаційного пристрою конденсатором та розділення сепаратору перегородками на окремі очисні камери дозволяє не тільки забезпечити таке очищення вуглеводневих парів, при якому до атмосфери потрапляє чисте, практично без шкідливих домішок, повітря, а і створити безперервний цикл очищення без необхідності застосування будь-яких хімікатів. Проходження очищуваної маси через конденсатор призводить до її охолодження і осаджування найбільш важких фракцій конденсату - проходить перша (попередня) стадія очищення. На подальше очищення вже надходять вуглеводневі пари, вивільнені від згаданих фракцій. При пропусканні через очищувальні відсіки обох секцій сепаратора такої частково очищеної і диспергованої ежектором субстанції остання остаточно звільняється від вуглеводневих включень. Місце розташування перегородок та розподільних колекторів відносно одне одного, а також відносно корпусу сепаратора визначалось, виходячи з умов забезпечення оптимального режиму циркуляції очищуваної маси через товщу рідини, при якому досягається максимально ефективне очищення. Саме передбачене запропонованим рішенням оптимальне взаєморозташування перегородок та розподільчих колекторів в обох секціях сепаратора унеможливлює "перетікання" флотопіни з першої секції (в якій встановлений конденсатор) до другої та попадання її в циркуляційний контур пристрою. Завдяки тому, що верхня крайка центральної перегородки сепаратора на 50 - 100 мм виступає над рівнем верхньої крайки нижньої перегородки створюється бар`єр (стінка), яка за висотою є цілком достатньою для "фіксації" флотопіни, утвореної на етапі попереднього очищення, на водній поверхні першої секції сепаратора. Зменшення або ж збільшення висоти цього бар`єру за межі, передбачені запропонованим технічним рішенням, є недоцільним, тому що з бар’єру, який буде меншим 50мм, флотопіна стікатиме до другого сепаратора, а виконувати його більшим, ніж 100мм, конструктивно нераціонально. При розташуванні розподільного колектору першої секції сепаратора на рівні нижньої крайки центральної перегородки створюються сприятливі умови для того, щоб дисперговані гази вільно проходили через максимальну товщу води, і в той же час не виносились циркуляційним водним потоком до другої секції сепаратора. Експериментальне доведено, що встановлення розподільного колектора другої секції сепаратора - на 1,01,5м нижче рівня води в ньому (тобто, на глибині 1,0-1,5м), є найбільш прийнятним для створення умов ефективного уловлювання залишкових аерозолів, які надходять з першої секції сепаратора. Іншими словами, ефективне уловлювання забезпечується за умов, коли над розподільним колектором другої секції сепаратора розташований шар води висотою 1,0-1,5м. На кресленні схематично зображений запропонований пристрій, що містить двосекційний сепаратор 1, ежектор 2, насос 3 і вхідний патрубок 4. Для підвищення продуктивності ежектор 2 може бути виконаний у вигляді двох ежекторів 5 і 6. У цьому випадку усмоктувальний патрубок ежектора 2 утворений усмоктувальними патрубками 7, 8 ежекторів 5 і 6 (а вхідний патрубок 4 з'єднаний з патрубками 7, 8 через камеру конденсатора 18). Секції 9 і 10 сепаратора 1 розділені центральною перегородкою 11, нижньою перегородкою 12 і верхньою перегородкою 13. В секції 9 розташований придонний розподільний колектор 14, виконаний здвоєним (як і сепаратор 2), у вигляді колекторів 15, 16. Вихід ежектора 2 з'єднаний із входом розподільного колектора 14. В секції 10 розміщений придонний розподільний колектор 17. Верхня крайка центральної перегородки 11 сепаратора розташована на 50 - 100мм вище верхньої крайки нижньої перегородки 12 (на кресленні ця відстань позначена літерою а). Патрубки 7, 8 розташовані в порожнині конденсатора 18, виконаного з радіатором 19. Вхідний патрубок 20 придонного розподільного колектора 17 розміщений над нижньою перегородкою 12. Розподільний колектор 14 першої секції 9 сепаратора розташований на рівні нижньої крайки центральної перегородки 11, а розподільний колекторі 7 другої секції 10 сепаратора - на 1,0 -1,5м нижче рівня води в сепараторі (на кресленні ця відстань позначена літерою в). Як показано на кресленні, насос 3, ежектор 2 і сепаратор 1 з'єднані послідовно. Вихід трубопроводу 28 технічної охолоджуючої води з'єднаний із входом регульованого клапана 21, вихід якого з'єднаний з першою секцією сепаратора 9. Керуючий вхід клапана 21 з'єднаний із виходом датчика 23 температури рідини в сепараторі. Крім того, регулюючий ви хід датчика 23 з'єднаний із входом регульованого клапана 22, вхід якого з'єднаний з другою секцією сепаратора, а вихід - з приямком забрудненої води 24. Злив із конденсатора 18 і флотаційна піна із секцій 9, 10 сепаратора 1 здійснюється в приямок забрудненої води 24. Резервуари збереження мазуту позначені позиціями 25, 26. Секція 10 сепаратора з'єднана з атмосферою відводом 27. Конденсатор 18 з'єднаний з засувкою 29. Придонні розподільні колектори 14-17 виконані у вигляді трубопроводів, перфорованих у нижній частині. В отворах тр убопроводів можуть бути встановлені сопла. Пристрій працює наступним чином: Відсмоктування повітря, забрудненого вуглеводневими парами, із резервуарів 25, 26 збереження розігрітого мазуту здійснюється через конденсатор 18 усмоктувальними патрубками 7, 8 ежекторів 5 і 6, що включені в контур циркуляції води сепаратора 1. Радіатор 19 конденсатора 18 охолоджується водою, що циркулює в сепараторі. Конденсат заводнених вуглеводневих парів найбільш важких фракцій збирається в нижній частині конденсатора 18 і періодично скидається в приямок 24 забрудненої води. Так здійснюється стадія попереднього очищення парів від важких фракцій та надлишків води. Попередньо очищена у такий спосіб суміш повітря і вуглеводневих газів диспергується в рідину ежекторами 5 і 6 і через колектори 15, 16, розташовані в нижній частині секції 9 сепаратора, проходить через воду. Завдяки високій диспергованості повітря, забрудненого вуглеводневими парами, відбувається ефективне охолодження і конденсація вуглеводневих парів, і основна їх частина конденсується і збирається на поверхні води секції 9 у вигляді флотопіни. Шар флотопіни на поверхні цієї секції виконує роль додаткового фільтра, що уловлює найдрібніші краплі конденсату вуглеводневи х парів. Перегородки 11-13 між секціями 9 і 10 сепаратора виконані таким чином, що в другому відсіку підтримується надлишковий тиск, що дорівнює стовпу води над розподільним колектором 17, що з'єднує верхній, повітряний об'єм другого відсіку з третьою камероюочищення. Перегородка 11 закріплена на бічних стінках сепаратора 1 і відкрита зверху і знизу, перегородка 12 закріплена на днищі і бічних стінках сепаратора 1 і відкрита зверху, а перегородка 13 закріплена на кришці і бічних стінках сепаратора 1 і відкрита знизу. Це забезпечує подачу повітря із секції 9 сепаратора через перфорації колектора 17 у додатковий шар води в секції 10. Через те, що температура відсмоктуваного повітря, забрудненого вуглеводневими парами, складає 50 - 70°С, температура води в контурі циркуляції поступово підвищується, що призводить до погіршення умов конденсації. Для запобігання цього при підвищенні температури води, що циркулює, до 30°С (контролюється за показниками датчика 23 температури рідини) здійснюється продування баків технічною водою через трубопровід 28. Процес продування контролюється за рівнем води в баку і підтримується постійнім відводом води з підвищеною температурою до приямку 24 забрудненої води. Він припиняється при досягненні температури води в сепараторі 20°С. Процес продування здійснюється при увімкненому насосі 3 контуру циркуляції. При продуванні відводиться флотопіна із секцій 9 і 10 сепаратора 1. Забруднена вода надходить у приямок 24, відкіля подається на очисні спорудження. Продування і/або підкачування води може здійснюватись і в автоматичному режимі. При цьому по сигналу датчика 23 температури рідини (про перевищення граничної температури) технічна вода від трубопроводу 28 через регульований клапан 21 подається в секцію 9, а вода з підвищеною температурою відводиться до приямку забрудненої води через регульований клапан 22. При відмові захисних клапанів резервуарів 25, 26 можливе надмірне зниження або підвищення тиску в них. Для виключення аварійних ситуацій при зміні тиску в порожнині конденсатора 18 на ±0,003МПа (фіксується за показниками манометричного приладу (на кресленні не показаний), вихід якого підключений до керуючого входу засувки 29, через останню забезпечується підсмоктування повітря або скидання надлишкового тиску. У порівнянні з утилізаційним пристроєм, описаним у відомому винаході, запропонований пристрій дозволяє виконувати очищення повітря від парів нафтопродуктів з більш високою продуктивністю в безупинному режимі і без застосування додаткових реагентів. Приклад Очищення випарів двох мазутни х баків ємністю по 1000м 3 здійснювалося сепарацією парів у сепараторі загальною ємністю 10м 3. Температура випарів близько 60°С. Продуктивність пристрою по повітрю, забрудненому вуглеводневими парами, склала більше 30м 3/год. Перегородки в сепараторі встановлені так, що загальна ємність розподілена наступнім чином: - перша секція сепаратора - 5м 3; - друга секція сепаратора - 4м 3. - конденсатор попередної очистки - 1м 3; Рівень води в сепараторі становив 2м, що визначилось висотою нижньої перегородки. Верхня крайка центральної перегородки сепаратора утилізаційного пристрою розташована на 70мм вище верхньої крайки нижньої перегородки. Розподільний колектор першої секції сепаратора розташований на рівні нижньої крайки центральної перегородки, а розподільний колектор другої секції сепаратора - на рівні 1,2м нижче рівня води в сепараторі. Технологічний цикл контролюється за показниками датчика температури рідини і датчика рівня води в другій секції сепаратора і здійснюється в автоматичному режимі за допомогою контролера. Охолодження в конденсаторі парів, що засмоктуються, здійснюється трубчастим радіатором, який охолоджується водою, що циркулює в сепараторі. Продуктивність насоса циркуляції становить 20м 3/год з тиском 0,3Мпа. Ежектори забезпечують диспергування газової суміші і створення водо-газової емульсії з бульбашками газів 0,05 - 5мм, які проходять через товщу води першої секції сепаратора. Охолодження бульбашок газової суміші призводить до конденсування вуглеводневих парів, а очищене повітря збирається в верхній частині першої секції сепаратора. Руйнування малих повітряних бульбашок на поверхні першої секції може призводити до насичення звільненого повітря аерозольними домішками нафтопродуктів. Їх уловлення здійснюється у другій секції сепаратора уловленням в шарі води, розташованим над другим розподільним перфорованим коллектором.