Гідроциклон для відокремлення нафтопродуктів з водонафтових сумішей

1. Гідроциклон для відокремлення нафтопродуктів з водонафтових сумішей, що включає співвісно розташовані різношвидкісні ступені очищення, у якому перший ступінь містить вертикальний корпус, встановлений на приймальній камері суміші, що очищається, усередині якої розміщений вхідний спрямовуючий апарат; шламозбірник, розташований під приймальною камерою суміші, що очищається, нафтовідвідний пристрій гідроциклону; патрубки підведення і відведення рідини, а наступний ступінь містить вхідний спрямовуючий апарат та корпус з нафтовідвідним пристроєм і патрубками відведення розділених фракцій, який відрізняється тим, що корпуси наступних ступенів гідроциклону розміщені над корпусом першого ступеня послідовно останньому і з'єднані між собою кришками, при цьому перший ступінь виконано з окремих паралельно розташованих секцій, укладених у загальний корпус і оснащених верхніми та нижніми вікнами, розміщеними на бічних поверхнях, які сполучають робочі порожнини гідроциклону відповідно з камерами суміші, що очищається, та очищеної води, містять порожнини для відведення нафти з попереднього ступеня і сполучені з внутрішніми порожнинами окремих C2 2 UA 1 3 77031 4 патрубки. Через внутрішній відбувається видаленлеву сітку, коалесціюють на ній, захоплюються і ня легкого компонента, тобто відвід рідинної віддіспрямовуються у патрубок відводу нафтопродукленої фракції (нафтопродуктів). За допомогою тів. Однак ефективність цього пристрою також зовнішнього через тангенціальний патрубок, рознедостатня, тому що конструкція і технічні характашований у верхній частині корпусу гідроциклона, теристики гідроциклона не забезпечують уловлювиділяється суміш компонентів, а важкий комповання і відвід значної кількості дрібнодисперсних нент розвантажується через тангенціальний патнафтових часток через недостатнє виділення рубок, розташований під кришкою корпуса [Роев останніх із суміші у низькошвидкісних гідроциклоГ.А., Юфин В.А. "Очистка сточннх вод и вторичное нах. Останнє негативно впливає на ефективність использование нефтепродуктов". М.: Недра, 1967, поділу. с.100]. У цьому ж джерелі наведені й інші конструНайбільш близьким за сутністю і кількістю закції для розподілу сумішей, які забезпечують розгальних ознак є гідроциклон для очищення нафтоподіл компонентів за допомогою створення обервмісних вод за патентом України №42394, котрий тального руху суміші. Є також теоретичне прийнято прототип. Гідроциклон з двома різношобґрунтування процесу, що при цьому відбуваєтьвидкісними ступенями, котрий включає вертикалься. Зокрема, наведена залежність для складових ний корпус, встановлений на камері суміші, що швидкості руху потоку: очищається, у якій розміщено вхідний спрямовуючий апарат першої швидкісної ступені, нафтовідвідний пристрій, розміщений усередині корпуса, ро2 r зподільний екран, закріплений у верхній частині p oc Rg корпуса, шламозбірник якого встановлено під камерою суміші, що очищається, патрубки підведення і відводу рідини, постачений спрямовуючим Ця залежність з'єднує радіальну р і тангенціапаратом другої швидкісної ступені, закріпленим альну r складові швидкості руху нафтової частинна розподільному екрані, при цьому останній по ки (НЧ) на визначеному радіусі обертання Rg зі крайці центрального отвору з'єднаний з нафтовідшвидкістю осадження її oc в гравітаційному полі. З водним пристроєм, а по зовнішній крайці - з кожуцієї залежності випливає, що чим більша тангенціхом гідроциклона, встановленим на шламозбірниальна швидкість потоку і чим менший радіус траєку й утворюючим із зовнішньою поверхнею кторії руху НЧ, тим більша її радіальна швидкість, корпуса гідроциклона робочу порожнину другої тобто швидкість відцентрового поділу. Виходячи з ступені очищення, а з поверхнею розподільного вищенаведеного вважається, що для одноступінекрана - порожнину нафтозбірника, причому частих гідроциклонів найбільш ефективною швидостання за допомогою отворів, виконаних в елекістю відцентрового поділу буде р - 3,0...4...4,5м/с. ментах спрямовуючого апарата розподільного Але при цьому не враховується така властивість екрана, з'єднана з робочою порожниною другої нафтопродуктів, як здатність їх до вторинного ступені, що у свою чергу з'єднана зі шламозбірниемульгування. Тому ефективність розподілу водоком за допомогою каналів. Друга ступень гідроцинафтових сумішей у таких умовах дуже мала. клону є високошвидкісною, тому спрямовуючий Співпадаючими з пристроєм, що заявляється, апарат, що закріплений на розподільному екрані, ознаками є: гідроциклон з тангенціальним патрубпризначено для створення відповідної швидкості ком, що підводить ВНС, розташованим у нижній обертального руху потоку ВНС на другій швидкісйого частині, патрубки відводу нафтопродуктів й ній ступені котра виходить з порожнини гідроцикочищеної води. Даний пристрій не забезпечує вилонa, що є першою швидкісною ступінню очищендалення дрібнодисперсних НЧ через те, що оберня. Верхній край корпуса гідроциклонa виконаний тальні швидкості ВНС, що очищається, котрі ствоперфорованим та відігнутим назовні. При цьому рюються в ньому, знаходяться в межах 4-5м/с, об'єм, обмежений відігнутою крайкою і зовнішньою спричиняють емульгування НЧ, тобто ВНС, що поверхнею корпуса гідроциклона, являє собою очищається, насичується дрібнодисперсними НЧ і, ємність для збору нафтопродуктів, що виділилися як наслідок цього, не забезпечується висока стуу другій швидкісній ступені очищення. Зовнішні пень її очищення. поверхні корпуса гідроциклона і кожуха, які обмеВідомий низькошвидкісний гідроциклон з коніжують порожнину другої швидкісної ступені очичним пристроєм, що захоплює легку рідинну фазу щення, виконано конічними, що звужуються дого(НЧ), котрий встановлено у сепараторі для очири. Конічні поверхні стінок щонайкраще сприяють щення нафтовмісних вод [Сепаратор для очистки видаленню компонентів, які видаляються з води: нефтесодержащих вод, а.с. СССР №1674896], важких часток шламу вниз по стінці більшого діаякий також може бути використаний для самостійметра, а нафтопродуктів нагору по стінці меншого ної роботи. Прямоточний конічний гідроциклон діаметра. Порожнини другої швидкісної ступені розташовано усередині фільтроелемента, який очищення і шламозбірника з'єднано за допомогою встановлено у порожнині суміші, що очищається, отворів у шламозбірнику і щілинного каналу, який сепаратора. При цьому патрубок входу ВНС танутворено кожухом і бічною стінкою камери суміші, генціально розташований у порожнині суміші, що що очищається. Використаний у якості прототипу очищається, а патрубок видалення нафтопродуксиловий розподільник поряд з очевидними переватів розміщений у внутрішній порожнині гідроциклогами з відомими трьохпродуктивними ГЦ, обумовна. Останній постачений конусом з металевої сітленими його конструкцією, має такий істотний неки. Наявність конуса з металевої сітки значно долік, як обмеження розхідної характеристики в підвищує ефективність роботи гідроциклона, тому межах 1,0...1,5м3/год. Збільшення витрати ВНС що краплі нафтопродуктів, потрапляючи на мета 5 77031 6 веде до втрати стійкості та диспергування НЧ в дорівнює 3-5. потоці ВНС, оскільки не існує гідродинамічної поКамери очищеної води наступних ступенів родібності поводження розведених емульсій при мазміщені в районі їх верхніх вікон, а нафтовідвідні лих та великих витратах, що суттєво знижує очиспристрої виконано у вигляді отворів у кришках їх ну здатність апарата. корпусів. В основу винаходу поставлено задачу удоскоКількість ступенів гідроциклона може бути біналення гідроціклону для відокремлення нафтопльше двох, при цьому конструкція кожної наступродуктів з водонафтових сумішей, в якому зміна ної ступені аналогічна конструкції другої ступені. конструкцій першої та другої ступенів дозволила Раніше вже підкреслювалося, що забезпеченоптимізувати конструкцію гідроциклона для розроня повної динамічної подібності поводження різнобки типового ряду в залежності від витрат рідини, об'ємних потоків розведених водяних емульсій в якому досягається підвищення якості відокремнеможливо. Покажемо на прикладі, що це дійсно лення нафти з водонафтових сумішей. так. Нехай заздалегідь відомо, що в натурному Поставлена задача вирішується тим, що у гідпотоці, під яким ми будемо розуміти потоки ВНС, роциклоні для відокремлення нафтопродуктів з котрі очищуються у низькошвидкісних гідроцикловодонафтових сумішей, котрий включає співвісно нах з різними витратними характеристиками, дія розташовані різношвидкісні ступені очищення, у сил маси, тертя й інерції порівнянна. Тоді при моякому перша ступень містить вертикальний корделюванні такого потоку необхідно задовольнити пус, встановлений на приймальній камері суміші, умови: що очищається, усередині якої розміщений вхідRe=idem та Fr=idem, ний спрямовуючий апарат; шламозбірник, розтаде Re=Ін н/ н=Ім м/ м - критерій Рейнольдса, шований під прийомною камерою суміші, що очиякій враховує в'язкість рідини та виражає пропорщається, нафтовідвідний пристрій гидроциклона; ційність відношення сил інерції та тертя; патрубки підведення і відводу рідини, а наступна Fr= 2н/qнlн= 2м/qмІм - число Фруда - безрозмірний ступень містить вхідний спрямовуючий апарат та параметр, пропорційний відношенню сил інерції до корпус з нафтовідвідним пристроєм і патрубками сил тяжіння; І - довжина лінійного елементу, м; н відводу розділених фракцій; згідно з винаходом та м - індекси характеристик натури та моделі; m корпуси наступних ступенем гідроциклона розмігеометричний масштаб; - швидкості рідини у пощені над корпусом першої ступені послідовно дібних точках, м/с; q - прискорення вільного падіностанньому і з'єднані між собою кришками, при ня, м/с2; - коефіцієнт кінематичної в'язкості рідицьому першу ступень виконано з окремих паралени, м2/с [Константинов Н.М. и др. Гидраалика, льно розташованих секцій, укладених у загальний гидрология, гидрометрия: Учеб. Для вузов: В 2-х ч. корпус і постачених верхніми та нижніми вікнами, Ч. 1. Общие законы / Константинов Н.М., Петров розміщеними на бічних поверхнях, які сполучають Н.А., Высоцкий Л.И.; Под. ред. Н.М. Константиноробочі порожнини гідроциклона відповідно з камева. - М.: Высш. Шк., 1987. - 304с.]. З першої умови рами суміші, що очищається, та очищеної води, випливає Ін н/ н=Ім м/ м, отже, масштаб швидкості містять порожнини для відводу нафти з попередm = м/ м=lм/Ім м/ м=m-1m . При моделюванні плину ньої ступені і сполучені з внутрішніми порожнинарідин геометричний масштаб звичайно є заданим. ми окремих секцій першої ступені за допомогою Його призначають виходячи з конструктивних осоотворів у верхніх основах цих секцій; також порожбливостей проектованих пристроїв чи систем, еконини для збору шламу з наступних ступенів і кананомічних та інших розумінь. За другою умовою ли вхідних спрямовуючих апаратів наступних сту2 2 м/qlм= н/qІн, і той же масштаб виявиться рівним пенів, які з'єднують порожнину очищеної води m ІнІІм m0,5 . Дорівнюючи праві попередніх ступенів з нижніми вікнами наступних н/ м ступенів. частини двох отриманих залежностей для визнаКрім того, кришки виконано у формі усічених чення масштабу швидкості, дійдемо до висновку, конусів великою основою звернених до секцій що для задоволення обох критеріїв подоби Fr і Re першої ступені, при цьому в нижній основі кришок необхідно на моделі (а моделлю у нашому випадв центральній їх частині виконано виїмки, що утвоку є одиничний низькошвидкісний ГЦ з витратою рюють порожнини, які сполучаються з внутрішніми ВНС 1,0...1,5м3/год) застосувати рідину з іншою порожнинами секцій першої ступені гідроциклона, в'язкістю, причому масштаб в'язкості повинний а у верхній меншій основі виготовлені циліндричні бути знайдений з рівності m /m=m0,5. Звідси заглиблення для встановлення корпусів наступних m =m3/2. Тому що m = м/ м , тоді м= мm2/3. Отже, ступенів і конічні заглиблення для шламозбірників на моделі з меншими, ніж у натури розмірами для наступних ступенів, при цьому на бічних поверхнях досягнення гідродинамічної подібності повинна конусів виконано криволінійні канапи вхідних бути використана рідина з меншою в'язкістю, що спрямовуючих апаратів наступних ступенів. для технологічних ВНС, які є розведеними поліфаКанали на бічних конічних поверхнях кришок зними водяними емульсіями з досить стійко вивиконано за гвинтовою лінією і закрито конічними значеною в'язкістю не можливо. Оскільки технолокожухами, закріпленими за допомогою фланцевих гічні ВНС є малов'язкими рідинами, а з'єднань. моделювання потоків малов'язких рідин, навіть Шламозбірники наступних ступенів з'єднано однорідної, не стисненої води представляє серйошламовідвідними трубами, пропущеними крізь зні утруднення [Лабораторний курс гидравлики и порожнину загального корпуса першої ступені гідгидропередач. Учеб. пособие для машиностр. вуроциклона. зов. Под ред. С.С. Руднева и Л.Г. Подвизда. Изд. Кількість циліндричних секцій першої ступені 7 77031 8 2-е. М., Машиностроение, 1974г., 416с]. При більвиконані на зовнішній конічній (або сферичній) шій кількості сил, які повинні підлягати врахуванню поверхні кришки 14 і з'єднують верхню порожнину положення, природно, ускладнюється. Тому, досязагального циліндра 2 з порожниною закритого гнення бажаного результату, а саме оптимізація циліндра 21, котрий являє собою другу ступень конструкцій гідроциклону для відокремлення нафрізношвидкісного гідроциклона. При цьому гвинтотопродукту з ВНС, розроблення типового ряду в ві канавки 20 збігаються з вікнами 22 у нижній часзалежності від витрат рідини можливі тільки якщо тині циліндра 21. Таким чином, гвинтові канавки на першій ступені буде застосовано батарейний 20, виконані в кришці 14, є спрямовуючими кананизькошвидкісний гідроциклон. Останній повинен лами, тобто спрямовуючим апаратом для другої містити необхідну кількість (відповідно потрібній ступені гідроциклона. Для герметизації каналів, загальній витраті) одиничних низькошвидкісних ГЦ утворених гвинтовими канавками 20 і вікнами 22, з фіксованою витратою 1,0-1,5м3/год. Таке консслужить кожух 13. Циліндр 21 знизу закритий днитруктивне рішення першої ступені дозволяє не щем, що має на периферії вузькі, частково перехітільки забезпечити теоретичне обґрунтування гедні і на циліндричні стінки, щілини 23 і закріплений ометричних характеристик типоряду ГЦ з різними у кришці 14. Щілини 23 з'єднують внутрішню поровитратами ВНС, але й досягти підвищення якості жнину циліндра 21 з порожниною 24 шламозбірнивідокремлення нафтопродуктів за рахунок виклюка, виконаною в кришці 14 і розміщеною під дничення дії явища вторинного емульгування НЧ у щем циліндра 21. Шламозбірник другої ступені за ВНС, яка очищається. допомогою труби 25 може бути приєднаний до Для обгрунтування винаходу розглянуто гідроємності для збору шламу. У верхній частині цилінциклон, що включає дві ступені швидкості. Гідродра 21 виконані вікна 26, а на зовнішній поверхні циклон для відокремлення нафтопродуктів з водойого на рівні цих вікон виконана збірна камера 27 з нафтових сумішей представлений на рисунках патрубком 28, що відводить очищену воду. Зверху (Фіг.1-4). Фіг.1 - переріз вертикальною площиною, циліндр 21 закритий кришкою 29 зі співвісним Фіг.2 - перетин горизонтальною площиною по А-А, отвором 30, що з'єднує внутрішню порожнину циФіг.3 - кришка, Фіг.4 - пластина. ліндра 21 з порожниною нафтозбірника другої стуГідроциклон включає дві ступені швидкості. пені 31, постаченого відвідним патрубком 32. УсеПерша ступень містить, наприклад, 4 однакових редині кожного циліндра, як першої, так і другої закритих циліндрів 1 (Фіг.1) зі специфічними отвоступенів можливо розмістити нафтовідводні конічні рами і пристроями, розташованими у загальному сітчасті пристрої. циліндричному корпусі 2 з патрубком подачі ВНС Працює гідроциклон для відокремлення нафна очищення і фактично являє собою батарею топродуктів з водонафтових сумішей у такий спонизькошвидкісних гідроциклонів. Знизу до циліндсіб. рів 1 прикріплений шламозбірник 4 з патрубком 5, ВНС через патрубок 3 подається в кільцеву що відводить шлам. Порожнина шпамозбірника 4 прийомну камеру 10 і в нижню порожнину загальз'єднана з порожнинами циліндрів 1 за допомогою ного циліндра 2, постачену спрямовуючим апаращілин 6, виконаних на периферії днищ 7 циліндрів том 9. Каналами спрямовуючого апарата 9 потік 1 і частково перехідних на циліндричні стінки. У ВНС закручується в горизонтальній площині і наднижній частині кожного циліндра 1, на їхній цилінходить через вікна 8 у внутрішні порожнини закридричній стінці, виконані вікна 8, що за допомогою тих циліндрів 1, поміщених у загальний циліндр 2. спрямовуючого апарата 9, розміщеного у прийомУсередині кожного циліндра 1 потік НВВ, продовній камері 10 (Фіг.2), сполучають внутрішню порожуючи обертатися зі швидкістю 1...2м/с, піднімажнину кожного циліндра 1 з нижньою внутрішньою ється нагору. Під дією відцентрових сил, що винипорожниною загального корпуса 2 і з порожниною кають при обертанні, у потоці відбувається кільцевої прийомної камери 10, постаченої приєдперерозподіл складових. При цьому в центрі, у нувальним патрубком. Горизонтальною перегороосей циліндрів 1, концентруються нафтопродукти з дкою 11 внутрішня порожнина корпуса 2 розділена їх меншою питомою вагою, а ближче до стінок цина дві окремі: нижню і верхню. У верхній частині ліндрів - вода і механічні домішки. Нафтопродукти кожного циліндра 1 виконані вікна 12, що сполучаз циліндрів 1 відводяться через отвори 16 у пласють порожнини циліндрів 1 з верхньою порожнитині 15 у порожнину 17 нафтозбірника першої стуною загального циліндра 2. Зверху циліндри 1 запені, обмеженого виїмкою в кришці 14 і пластиною криті кришкою, що складається з кожуха 13, 15. Унаслідок низьких значень швидкості потоку не власне кришки 14 (Фіг.3) і пластини 15 (Фіг.4). У відбувається дроблення частинок нафтопродуктів. пластині 15 виконані отвори 16, співвісні відповідОчищена вода з усіх циліндрів 1 відводиться через ному циліндру 1 і призначеного для з'єднання вікна 12 у верхню порожнину загального циліндра осьової області порожнини кожного циліндра 1 з 2, обмежену горизонтальною перегородкою 11 і порожниною 17 нафтозбірника першої ступені гідпластиною 15. З верхньої порожнини загального роциклона, розміщеного в кришці 14, Порожнина циліндра 2 частково очищена НВВ надходить че17 за допомогою труби 18, з'єднаної з пластиною рез вирізи-сектори 19 у пластині 15 у спрямовуючі 15 і розташованої усередині корпуса 2 і шламозбіканали 20 кришки 14, що є вхідним спрямовуючим рника 3, може бути приєднана до ємності для збоапаратом для другої швидкісної ступені очищення. ру нафтопродуктів. У пластині 15 виконані також У каналах 20 спрямовуючого апарата вода, що отвори-сегменти 19 (Фіг.4), розташовані поблизу очищається, закручується, здобуває швидкість циліндричних стінок кожного циліндра 1, що спо3...5м/с і з цією швидкістю надходить у порожнину лучають верхню порожнину загального циліндра 2 циліндра 21 через вікна 22, розташовані в нижній з канавками 20 у кришці 14. Гвинтові канавки 20 частині циліндра. Унаслідок дії відцентрових сил 9 77031 10 відбувається виділення з води НЧ меншого розміпоглибленням у кришці 14 і днищем циліндра 21. З ру, тобто тих, котрі не могли бути виділені в перпорожнини 24 шлам видаляється в окрему ємність шій ступені через вплив незначних зусиль. Сконпо трубі 25, що проходить усередині труби 18. центровані в осьовій області нафтопродукти з Таким чином, завдяки застосуванню в перший порожнини циліндра 21 виводяться в нафтозбіршвидкісний ступені гідроциклона для відокремленник 31 через відвідний центральний отвір 30, а з ня нафтопродуктів з водонафтових сумішей декінафтозбірника 31 через відвідної патрубок 32 вилькох окремих паралельно розташованих секцій, даляються за межі гідроциклона. Очищена в другій укладених в загальний корпус, що представляє ступені вода через вікна 26, що розташовані у собою низькошвидкісний батарейний гідроциклон, верхній частині циліндра 21, потрапляє в збірну а також розміщення наступних ступенів над корпукамеру 27, а з неї через патрубок 28 виводиться за сом першої, послідовно останнім, забезпечується межі гідроциклона. Механічні домішки, що відділиусунення обмеження можливого об'єму очищення лися в першій ступені гідроциклона, видаляються ВНС за рахунок відцентрованих сил, а також зничерез щілини 6 у днищах циліндрів 1 у шламозбірження концентрації нафтопродуктів у ВНС, що ник 4, а з останнього по трубі 5 - в окрему ємність. обробляється за рахунок. ступінчастого підвищенМеханічні домішки, що відділилися в другій ступеня швидкості потоку на наступних ступенях, що ні, потрапляють через щілини 23 у днищі циліндра дає змогу видаляти більш дрібні НЧ. 21 у порожнину 24 шламозбірника, утвореного 11 Комп’ютерна верстка О. Гапоненко 77031 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601