Меню Рубрики

Установки по очистки нсв

Аппарат очистки нефтепромысловых сточных вод на основе использования закрученных потоков с целью заводнения нефтяных пластов

Аппарат относится к гидродинамической очистке нефтепромысловых сточных вод с использованием закрученных потоков для целей заводнения нефтяных пластов. Аппарат содержит гидроциклон, цилиндрические камеры на сливах верхнего и нижнего сливов гидроциклона, отстойник с перегородками, делящими его на рабочую и буферную секции. В верхней части рабочей секции расположены распределительные устройства для воды из верхнего и нижнего сливов гидроциклона, патрубки для отвода нефти, очищенной воды и осадка. Аппарат снабжен коалесцирующим гидродинамическим крупнозернистым гидрофобным фильтром, расположенным между перегородками.
Высокий эффект очистки достигается за счет использования энергии закрученного потока в гидроциклоне и на сливах его, а также за счет гидродинамической обработки нефтепромысловых сточных вод в насадке. Исследованиями созданы устройства и технология очистки нефтесодержащих (нефтепромысловых) сточных вод (НСВ), которые предусматривают разрушение адсорбционной бронирующей оболочки на каплях нефти, укрупнение (коалесценция) капель нефти и уменьшение полидисперсности капель нефти за счет гидродинамической обработки исходной НСВ в гидроциклонах, гидроциклонах каплеобразователях, крупнозернистых саморегенерирующих коалесцирующих фильтрах (насадках), закрученных потоках. Технология реализована в установках (устройствах) очистки НСВ по схемам: гидроциклон – отстойник, гидроциклон – насадка – отстойник, струйный каплеобразователь – отстойник, гидроциклон — цилиндрические камеры закрученного потока — насадка — отстойник (БГКО) 4. Высокий и стабильный эффект очистки НСВ за счет гидродинамической обработки ее в закрученном потоке осуществляется последовательно во всех областях закрученного течения: расширения закрученного течения, стабильного закрученного течения и затухания закрученного течения, переходного осевого потенциального течения, тороидальных зонах обратных токов, рециркуляционных зонах. При этом энергия потока используется для наиболее полной реализации всех стадий механизма разрушения нефтяной эмульсии (НСВ).
В настоящее время исследованиями 3:

  • научно обоснованы и определены перспективные направления исследований и разработки новых аппаратов (установок) очистки НСВ с использованием закрученных потоков;
  • построена физическая модель закрученного течения, установлены основные закономерности и дана качественная оценка распределения закрученных потоков в цилиндрических камерах сливов гидроциклона;
  • разработаны технологические и структурные схемы аппаратов (устройств) включающие в единый блок: гидроциклон — цилиндрические камеры нижнего и верхнего сливов гидроциклона — отстойник (БГКО);
  • разработаны и экспериментально апробированы математические модели гидродинамики и процесса коалесценции капель нефти в закрученных потоках цилиндрических камер сливов гидроциклона и БГКО;
  • созданы экспериментальная и опытно-промышленная установка (устройство) типа БГКО для очистки НСВ, а также гидродинамический центробежный каплеобразователь типа ГКС на основе применения закрученного потока по схеме: гидроциклон — камера сливов;
  • проведена патентная защита разработок;
  • освоен и осуществлен выпуск опытно-промышленного комплекта каплеобразователя типа ГКС-75 (гидроциклон — камеры сливов; диаметр гидроциклона 75 мм);
  • осуществлено внедрение опытно-промышленной установки типа БГКО в Казанском государственном архитектурно-строительном университете.

Для очистки НСВ с целью заводнения нефтяных пластов для объектов ОАО «Татнефть» разработан аппарат типа БГКО-900 (рис. 1).
Аппарат работает следующим образом. НСВ, содержащая плавающую эмульгированную нефть и механические примеси по трубопроводу 1 под напором подается через напорное трубчатое распределительное кольцо 2, в гидроциклоны 3. 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 агрегаты из механических примесей, происходит укрупнение капель нефти, увеличивается монодисперсность внутренней нефтяной фазы НСВ, а также происходит разделение НСВ на два потока эмульсии: поток из верхних сливов гидроциклонов 3 поступает в цилиндрические камеры 7, а поток из нижних сливов 6 в цилиндрические камеры 8. Потоки эмульсии поступают цилиндрические камеры 7 и 8 в виде закрученных струй, при этом увеличивается время гидродинамической обработки эмульсии в закрученном поле массовых, также поверхностных сил, энергия которых используется для наиболее полной реализации всех стадий механизма разрушения НСВ: деформация и разрушение бронирующих оболочек на глобулах нефти; сближение, столкновение, слияние
укрупнение (коалесценция) капель; концентрация, осаждение капель; выделение дисперсной фазы в виде сплошной фазы – расслоение, разделение эмульсии (НСВ) 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 (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, состоящих из коллекторов 19 с ответвлениями 20 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.
Мелкодисперсные частицы нефти, вынесенные потоком воды транспортной зоны 22 из рабочей секции 15 (секция предварительного отстаивания), укрупняются в слое коалесцирующей загрузки 12, расположенной
между перегородками 13 и 14, всплывают и накапливаются в верхней части в буферной секции 16 (секция дополнительного отстаивания), 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 удаления накопленного осадка со дна отстойника 11 в напорные системы смыва 25 и 27 по трубопроводам 45 подается под напором вода, которая вытекая из сопел 26 и 28 , смывает осадок к сборной дырчатой системе 24, далее смытый осадок по трубопроводам 46 отводится в осадконакопитель.
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. и закрывают задвижки 33, 36, 37, открывают задвижки 40 и 41. Для увеличения времени и интенсивности гидродинамической обработки исходной НСВ обводной трубопровод 38 может быть снабжен закручивающим устройством любого типа, например, в виде закручивающего сужающегося винтового канала. 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 коалесценцию.
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 зону 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 выше описанному.
Таким образом, в указанных выше режимах, при проведении 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 открываются задвижки 33, 36 и 37 и закрываются задвижки 40 и 41 и устройство вновь начинает работать по выше описанной схеме.
Достоинствами данного 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.
Производительность промышленного образца аппарата БГКО-900 составляет 900 м3/сут (до 1000 м3/сут); давление на входе в гидроциклоны 0,35ё0,4 МПа; содержание нефтепродуктов в исходной НСВ до 1000 мг/л, в очищенной — 60 мг/л; мехпримесей соответственно до 200 мг/л и 50 мг/л, что соответствует нормативам к качеству вод, закачиваемых в нефтяные пласты. Выполнены гидравлические и технологические расчеты, конструкторская документация аппарата БГКО-900.
Разработка аппарата БГКО-900 производилась на базе стандартной стальной напорной горизонтальной цилиндрической емкости (отстойник) объемом 100 м3, диаметром 3000 мм, длиной 14560 мм. Отстойник разделен перегородками на две секции: секция предварительного отстаивания и секция дополнительного отстаивания.
В состав БГКО входят шесть напорных двухпродуктовых цилиндроконических гидроциклонов и двенадцать цилиндрических камер сливов гидроциклонов.
Гидроциклоны и цилиндрические камеры сливов гидроциклонов приняты согласно рекомендациям 4:
• гидроциклоны диаметром 75 мм, диаметр входного патрубка dвх = 15 мм, диаметр верхнего слива dв.сл. = 20 мм, диаметр нижнего слива dн.сл. = 26 мм, угол конусности a = 50, высота цилиндрической части Нц = 18 мм, глубина погружения патрубка верхнего слива hп = 48 мм. Производительность гидроциклона qгц » 2 л/с,
расход нижнего слива qн.сл. =1,1 л/с, верхнего слива qв.сл. = 0,9 л/с при давлении на входе в гидроциклон Pвх. = 0,4 МПа и противодавлении на сливах Рп » 0,2 МПа;
• цилиндрические камеры сливов гидроциклонов: верхнего слива – диаметром 100 мм, длиной 2000 мм, нижнего слива – диаметром 100 мм, длиной 2000 мм.
Для равномерного распределения исходной НСВ по гидроциклонам и равномерного сбора воды из камер нижнего и верхнего сливов гидроциклонов предусмотрены напорные трубчатые кольца из стальных труб диаметром 100 мм на входе гидроциклонов и на выходе камер сливов.
Отстойник БГКО-900 снабжен трубчатыми распределителями нижнего и верхнего сливов гидроциклонов, которые представляют собой коллектора с двухсторонними ответвлениями из стальных труб, на которых с верхней стороны располагаются отверстия диаметром 10 мм в шахматном порядке под углом 450 к вертикальной оси распределителя, при этом распределитель нижнего слива расположен над распределителем верхнего слива. Конструкцией БГКО-900 предусмотрены возможности: изменения высоты
расположения распределительных систем исходной НСВ; отключения батареи гидроциклонов с камерами сливов; подачи исходной НСВ в отстойник через распределители, минуя гидроциклоны и камеры сливов.
Для повышения эффекта очистки в составе БГКО-900 предусмотрена возможность применения коалесцирующего фильтра (насадки) из крупнозернистой гидрофобной загрузки работающей в режиме саморегенерации. В качестве загрузки насадки принят полиэтилен фракции 3-5 мм, высотой 0,8 м; скорость фильтрации » 18-20 м/ч [1,2].
Для сбора и удаления очищенной воды буферная секция БГКО-900 снабжена сборным трубчатым коллектором из стальных труб и отбойником. Для удаления нефтешлама (осадка) со дна отстойника БГКО-900 в обеих секциях отстойника предусмотрена комбинированные гидравлические трубчатые напорные системы смыва, напорные трубчатые системы сбора и удаления осадка. Принятая система удаления осадка позволяет исключить ручной труд, удалить осадок в любое время года без отключения аппарата (установки) из работы,
ликвидировать простой его, автоматизировать процесс удаления, улучшить качество очистки воды и условия труда. Уловленная нефть накапливается в верхней зоне отстойника и удаляется через нефтесборники рабочей и буферной секции отстойника.
В зависимости от исходных требований заказчика конструкция аппарата БГКО-900 позволяет реализовать его также по схеме «гидроциклон — камеры сливов — отстойник», исключить коалесцирующую насадку и комбинированную систему удаления осадка, заменив последнее на ручное удаление осадка.

Читайте также:  Установка программного обеспечения мнс арм плательщика

Автор: Адельшин А.А., Адельшин А.Б., Хисамеева Л.Р., Шешегова И.Г.

источник

Установки по очистки нсв

Практически все суда, совершающие международные рейсы, оснащены установками для очистки нефтесодержащих вод. Способ очистки нефтесодержащих вод (НСВ) с помощью таких установок применяется также на части судов внутреннего плавания, но при этом установки должны иметь дополнительные узлы, обеспечивающие более глубокую очистку — до 10 мг/л. В каждом конкретном случае тип очистного оборудования выбирает судовладелец исходя из условий эксплуатации и соображений экономики.

По принятой международной технологии все оборудование для очистки НСВ делится на сепарационное и фильтрующее. Под этим подразумевается, что в составе установок для очистки НСВ должны быть два основных блока:

1) сепараторы, обеспечивающие предварительную очистку (преимущественно путем гравитационного разделения) до концентрации нефтепродуктов в очищенной воде менее 100 млн -1 ;

2) фильтры, обеспечивающие вторичную очистку до 15 млн -1 .

Для достижения глубины очистки менее 10 мг/л, к перечисленному требуются дополнительные адсорбционные фильтры.

Важным элементом установки является подающий насос. Существенное значение имеет его расположение по отношению к первому блоку — сепаратору. Рекомендуется в комплект к установке включать винтовой или поршневой насосы, так как в отличие от центробежных они не создают условий для дополнительного эмульгирования нефтепродуктов. Избежать дополнительного эмульгирования можно путем размещения подающего насоса после первого блока установки. В этом случае в корпусе сепаратора создается разрежение и нефтесодержащая вода без дополнительного перемешивания подается на очистку. Такой прием широко используется, однако он имеет ряд недостатков, обусловленных необходимостью тщательного уплотнения всех разъемов на всасывающей магистрали и на корпусе самого сепаратора. Поэтому в последнее время наблюдается тенденция оснащения сепараторов напорными насосами, установленными перед очистным устройством.

Читайте также:  Установка винир для зубов

На большинстве судов, оснащенных установками для очистки НСВ, предусмотрена подача НСВ на очистку как непосредственно из-под льял, так и из судовых сборных цистерн. В представленных ниже схемах установок очистки для упрощения показан прием НСВ из цистерн. Почти все очистные установки, эксплуатирующиеся на судах, оснащены приборами контроля, определяющими степень очистки НСВ, а также соответствующей системой управления запорными клапанами. В случае превышения нормы содержания нефти в сбрасываемой за борт воде установка прекращает работу или вода возвращается в сборную цистерну. На представленных схемах этот процесс не разъясняется из-за его повторяемости.

Сепаратор СКМ с фильтром ФДН-М (Россия)

Отечественной промышленностью освоен широкий выпуск сепараторов гравитационно-коалесцирующего типа СКМ различных модификаций (рис. 9.6.1.1.) пропускной способностью от 1 до 10 м 3 /ч. Они удовлетворяют требованиям Конвенции МАРПОЛ—73/78 для открытых районов и применяются с механическими фильтрами и доочистными фильтрующими приставками, например ФДН-М. Нефтесодержащие воды 1 подаются насосом 2 в подогреватель 3 сепаратора 12 и оттуда в механический фильтр 4.

Механический фильтр с фильтрующими пластинами, выполненными из перфорированных металлических листов и полиуретанового поропласта, позволяет предохранять коалесцирующие элементы 7 от загрязнения механическими примесями, которые всегда имеются в трюмных водах машинного отделения и других помещений.

Подогретая до 35-50 0 С и предварительно очищенная в механическом фильтре нефтесодержашая вода подается в полость отстоя 5 и затем, минуя каскадную перегородку 6, в полость 8, смеси сепаратора 12. Каскадная перегородка приводит к отделению от смеси и поступлению в нефтесборник 9, наиболее крупных частиц нефтепродуктов. Далее смесь попадает на наружную поверхность коалесцирующих элементов (у сепараторов СК-4М таких элементов шесть), представляющих собой полые цилиндры из напыленного полипропилена. Вода продавливается сквозь слой полипропилена, при этом осуществляется коалесценция мелких частичек нефтепродуктов, имеющих все же размер значительно больший, чем поры фильтроэлемента. Укрупненные нефтяные частицы всплывают и собираются в нефтесборнике, а более мелкие частицы нефтепродуктов адсорбируются порами фильтроэлементов. Очищенная от нефтепродуктов вода переливается через каскадную перегородку 10 в полость вторичного отстоя 11, а затем в доочистной фильтр ФДН-М13, загруженный веществом, задерживающим на своей поверхности эмульгированные нефтепродукты.

Читайте также:  Установка задвижек на водопроводе в колодце

Содержание нефтепродуктов в воде на выходе из фильтра 13 менее 15 мг/л. Доочистной фильтр представляет собой вторую ступень очистки и в совокупности с сепаратором и механическим фильтром образует единую сепарационную установку.

Рис. 9.6.1.1 Схема сепаратора СКМ с доочистным фильтром ФДН-М

источник

Установки по очистки нсв

Сепарирующее оборудование предназначено для выделения нефтепродуктов из льяльных и балластных вод на судне или морском сооружении. Суда, не имеющие сепарационного оборудования, должны сохранять все нефтесодержащие воды на борту и сдаватьих на береговые или плавучие приемные сооружения.

Любое судно валовой вместимостью 400 и болеедолжно быть оснащено сепарационным оборудованием.

Любое судно валовой вместимостью 10000 и более должно быть оснащено фильтрующим оборудованием и устройством сигнализации и автоматического прекращения сброса нефтесодержащей смеси в случае, если содержание нефти в стоке превышает 15 частей на миллион (Приложение I, Правило 16, МАРПОЛ 73/78).

Нефтеочистное оборудование по степени очистки льяльных вод разделяется на:

1) нефтеводяное сепарирующее оборудование — это сепаратор или фильтр или их комбинация, которые обеспечивают получение содержания нефти в льяльных водах менее 100 частей на миллион;

2) нефтефильтрующее оборудование — это комбинация устройств (сепаратора, фильтра, коалесцирующего элемента и др.), которая обеспечивает получение содержания нефти в льяльных водах не более 15 частей на миллион.

По принципу действия нефтеводяные сепарационные установки можно разделить на следующие основные типы:

Таблица 9.5.1 Классификация основных видов сепарационных установок по принципу действия

Допустимая начальная концентрация нефтепродуктов, мг/л

Достигаемая степень очистки, мг/л

Не очищает от эмульгированных нефтепродуктов и не обеспечивает стабильного качества очистки

Установка «Фрам», установка «Фрамарин», установка «ПП Матик», установка «GSF», установка «Аквамарин»

Степень очистки зависит от способа флотации

Частично очищает от эмульгированных нефтепродуктов

Установка «Фрам», установка «Фрамарин», установка «Сарекс», установка «Аквамарин»

Очищает от эмульгированных нефтепродуктов (после предварительной очистки)

Применяется в сочетании с фильтрацией или гравитационным отстоем

Биохимически (с помощью аэробных микроорганизмов)

Обязательно предварительное отстаивание; очищает от эмульгированных нефтепродуктов

Гравитационный отстой

Наиболее прост, нетрудоемок и экономичен способ гравитационного отстоя (естественный отстой). Он основан на свойстве всплытия грубодисперсных частиц нефтепродуктов на поверхность, позволяет очищать нефтесодержащие воды до концентрации нефтепродуктов 100 мг/л, но не обеспечивает стабильного качества очистки.В большинстве установок для очистки НСВ в качестве первой ступени очистки используются сепараторы, работающие по принципу гравитационного разделения (отстаивания).

Льяльные воды плохо очищаются от нефти путем гравитационного отстоя, поскольку силы трения при всплытии мелких капель нефти соизмеримы с подъемной силой всплытия, а наиболее мелкие частицы подвержены молекулярному воздействию, что препятствует их всплытию. Этим объясняется, что в ряде случаев сепарационные установки этого типа, успешно прошедшие стендовые испытания, оказываются недостаточно надежными в реальных условиях эксплуатации.

Нефть, попадая в льяльные воды в результате перемешивания с водой при качке судна, при прохождении через трубопроводы и клапаны подвергается эмульгированию, которое не образует мелкодисперсионную фазу и нефть быстро отстаивается.

При прохождении нефтеводяной смеси через насос нефтяные капли дробятся, образуя стойкую эмульсию («вторичное эмульгирование»). Такую эмульсию, создаваемую насосами центробежного типа и быстроходными поршневыми насосами, гравитационным отстоем расслоить невозможно.

Наиболее благоприятные условия для работы сепаратора гравитационного типа обеспечиваются при работе его в вакуумном режиме, т.е. когда насос, установленный за сепаратором, «протягивает» смесь через сепаратор.

При этом режиме полностью исключается вторичное эмульгирование, благодаря чему нефтесодержание на выходе снижается в 1,5 — 2 раза по сравнению с подачей нефтесодержащей воды при напоре со стороны насоса на входе в сепаратор.

При расчете отстойных сепараторов главное — правильно определить оптимальные размеры зоны отстаивания (отстойной емкости), чтобы время нахождения в ней НСВ было достаточным для отделения (всплытия) частиц нефти. Известно, что наличие в НСВ механических примесей уменьшает скорость всплытия частиц нефти.

При отсутствии данных по кинетике всплытия нефтяных частиц расчетную скорость всплытия рекомендуется принимать в пределах 0,004. 0,006 м/с.Средняя скорость горизонтального движения воды в отстойнике обычно принимается в пределах 0,004. 0,006 м/с.

Для ускорения процесса отстаивания все большее распространение получают так называемые тонкослойные отстойники (рис.9.5.1.1.).

Рис.9.5.1.1 Схема тонкослойного отстойника

При тонкослойном отстаивании поток очищаемой воды разделяется на тонкие слои и тем самым предотвращается перемешивание потока. При таком ламинарном движении потока процесс отстаивания более эффективен. Этому способствует следующее. Частички нефтепродуктов всплывают до соприкосновения с наклонной пластиной и далее поднимаются вверх вдоль поверхности пластины, соединяясь с другими всплывающими частицами и увеличиваясь в размере. Более крупные частицы, как известно, имеют большую скорость всплытия и эффективнее отделяются от воды.

источник