сепаратор для очистки суспензий и эмульсий от механических примесей

Формула изобретения

Сепаратор для очистки суспензий и эмульсий от механических примесей, содержащий корпус с крышкой, отсеком отвода очищенной жидкой среды с выходным патрубком, отсеком тонкой очистки, сборником механических примесей и входным патрубком, тангенциально подключенным к гидроциклону, причем нижняя часть гидроциклона и нижняя часть отсека тонкой очистки сообщены со сборником механических примесей, центральный сливной патрубок гидроциклона сообщен с отсеком тонкой очистки корпуса и в последнем размещен фильтр, через который отсек тонкой очистки сообщен с отсеком отвода очищенной жидкой среды, отличающийся тем, что фильтр выполнен в виде, по меньшей мере, одной фильтрационной кассеты, установленной с возможностью замены, причем фильтрационная кассета образована расположенными с зазором относительно друг друга двумя опорными полуцилиндрическими элементами, на которые намотана полимерная или металлическая нить, с образованием последней в зазоре между опорными полуцилиндрическими элементами фильтрующей поверхности, причем одна торцевая поверхность кассеты заглушена, а через вторую торцевую поверхность фильтрационная кассета своей внутренней полостью сообщена с отсеком отвода очищенной жидкой среды, при этом нить имеет антиадгезионные свойства и зафиксирована относительно каждого опорного полуцилиндрического элемента, на который она намотана, а с наружной стороны фильтрационная кассета сообщена с выходом из центрального сливного патрубка гидроциклона, опорные полуцилиндрические элементы установлены с возможностью плоскопараллельного перемещения и подпружинены относительно друг друга, в корпусе размещено устройство для удаления из него накопившегося в нем шлама, сборник механических примесей выполнен в виде усеченной пирамиды, обращенной меньшим основанием вниз, а отсек отвода очищенной жидкой среды снабжен по меньшей мере одним газоотводным патрубком, подключенным к устройству для отсоса последним из отсека отвода очищенной жидкой среды попутного газа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике разделения сред, а именно к устройствам для очистки жидких сред, в частности суспензий и эмульсий, и может быть использовано на очистных сооружениях промышленных установок для отделения от жидких сред механических примесей.

Известно устройство для очистки от механических примесей, содержащее цилиндрический корпус, представляющий собой центробежный разделитель с тангенциальным входным патрубком, центрально расположенный в корпусе сливной патрубок, разделитель с конической нижней частью и шламовым патрубком, бункер с выпускным патрубком, фильтрующий элемент, размещенный в бункере и соединенный посредством перепускного патрубка с осевой зоной корпуса центробежного разделителя (авт. св. СССР N 1346264, кл. В 04 С 9/00, 23.10.1987).

Недостатками данного устройства являются: возможность попадания в сливной патрубок твердой фазы, что снижает степень очистки стоков от твердых частиц; тангенциальный ввод пульпы в гидроциклон осуществляют при высоком давлении, что обуславливает наиболее эффективное отделение твердого вещества, однако это заставляет использовать мощные насосы и, тем самым, повышать энергоемкость установки, а тангенциальный ввод пульпы под большим давлением вызывает эрозию стенок аппарата; для увеличения производительности в бункере для приема шлама установлен дополнительно фильтр, где отфильтровывается часть поступающей сюда воды, которая подается в цилиндрический корпус разделителя и отводится через сливной патрубок, т.е. создается громоздкость установки.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является сепаратор для очистки суспензий и эмульсий от механических примесей, содержащий корпус с крышкой, отсеком отвода очищенной жидкой среды с выходным патрубком, отсеком тонкой очистки, сборником механических примесей и входным патрубком, тангенциально подключенным к гидроциклону, причем нижняя часть гидроциклона и нижняя часть отсека тонкой очистки сообщены со сборником механических примесей, центральный сливной патрубок сообщен с отсеком тонкой очистки корпуса и в последнем размещен щелевой фильтр, через который отсек тонкой очистки сообщен с отсеком отвода очищенной жидкой среды (см. патент РФ №2061525, кл. В 01 D 36/00, 10.06.1996).

В этом устройстве осуществляют периодическое извлечение примесей из сепаратора, что усложняет его работу и дополнительно требует использования специальных механизмов по контролю за накоплением примесей в конической части корпуса. Это особенно сложно организовать, когда требуется очистка больших потоков жидкой среды, содержащих достаточно большое количество механических примесей. Недостатком используемого щелевого фильтра является изначальная зависимость величины механических примесей, которые может пропустить такой фильтр. Кроме того, могут возникнуть сложности с механическими примесями, которые могут застревать в щелях, что потребует достаточно трудоемкой операции по извлечению застрявших частиц путем разборки всего фильтра, осуществляющейся по окончании фильтрации жидкой среды.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности удаления отфильтрованного осадка из камеры тонкой очистки непосредственно в процессе фильтрации жидкости, а также в повышении надежности работы сепаратора при повышении эффективности отделения твердой фазы и производительности работы установки.

Указанная задача решается за счет того, что сепаратор для очистки суспензий и эмульсий от механических примесей содержит корпус с крышкой, отсеком отвода очищенной жидкой среды с выходным патрубком, отсеком тонкой очистки, сборником механических примесей и входным патрубком, тангенциально подключенным к гидроциклону, причем нижняя часть гидроциклона и нижняя часть отсека тонкой очистки сообщены со сборником механических примесей, центральный сливной патрубок гидроциклона сообщен с отсеком тонкой очистки корпуса и в последнем размещен фильтр, через который отсек тонкой очистки сообщен с отсеком отвода очищенной жидкой среды. Фильтр выполнен в виде, по меньшей мере одной, фильтрационной кассеты, установленной с возможностью замены, причем фильтрационная кассета образована расположенными с зазором относительно друг друга двумя опорными полуцилиндрическими элементами, на которые намотана полимерная или металлическая нить, с образованием последней в зазоре между опорными полуцилиндрическими элементами фильтрующей поверхности, при этом одна торцевая поверхность кассеты заглушена, а через вторую торцевую поверхность фильтрационная кассета своей внутренней полостью сообщена с отсеком отвода очищенной жидкой среды, при этом нить имеет антиадгезионные свойства и зафиксирована относительно каждого опорного полуцилиндрического элемента, на который она намотана, а с наружной стороны фильтрационная кассета сообщена с выходом из центрального сливного патрубка гидроциклона, опорные полуцилиндрические элементы установлены с возможностью плоскопараллельного перемещения и подпружинены относительно друг друга, в корпусе размещено устройство для удаления из него накопившегося в нем шлама, сборник механических примесей выполнен в виде усеченной пирамиды, обращенной меньшим основанием вниз, а отсек отвода очищенной жидкой среды снабжен по меньшей мере одним газоотводным патрубком, подключенным к устройству для отсоса последним из отсека отвода очищенной жидкой среды попутного газа.

Анализ работы различного рода сепараторов показал, что организация процесса отделения механических примесей оказывает решающее значение на качество очистки жидких сред. Двухступенчатая система очистки позволяет на первом этапе с помощью гидроциклонов отделить от жидкой среды крупные механические примеси, а выполнение фильтра в виде фильтрующих кассет позволяет достаточно просто регулировать производительность сепаратора в зависимости от нагрузки, в том числе от наличия относительно мелких механических примесей. Фильтрующую поверхность образуют натянутыми нитями из металла или полимера с антиадгезионными свойствами. При этом под антиадгезионными свойствами нитей понимается использование нитей, имеющих минимально возможную степень адгезии, в частности из нитей, имеющих практически полное несмачивание, при котором резко снижается вероятность прилипания механических примесей к фильтрующей поверхности. В результате механические примеси сползают с фильтрующей поверхности и поступают вместе с крупными механическими примесями из гидроциклона в конический сборник механических примесей. Плотно намотанные нити позволяют производить достаточно тонкую очистку жидких сред от механических примесей. В то же время выполнение фильтрующей поверхности из натянутых нитей предотвращает застревание механических примесей между нитями, поскольку набегающий на фильтрующую поверхность поток очищаемой жидкой среды, содержащий механические примеси, вызывает процесс колебания натянутых нитей, что способствует самоочищению фильтрующей поверхности. Закрепление нити на полуцилиндрических элементах, например с помощью клея или путем расположения нитей в выполненных на поверхности полуцилиндрических элементов канавках, в которых нить при натяжении защемляется, позволяет предотвратить разрушение фильтрующей поверхности при обрыве одной или нескольких нитей в процессе работы сепаратора. Выполнение фильтра в виде отдельных кассет позволяет также легко монтировать или демонтировать установку и облегчает процесс проведения ремонтных и профилактических операций в процессе эксплуатации сепаратора. Откачка попутного газа из отсека отвода очищенной жидкой среды дает возможность получить однородный дегазированный поток очищенной жидкой среды на выходе из сепаратора, что часто является необходимым условием дальнейшего использования очищенной жидкой среды. В ходе исследования было установлено, что не рекомендуется понижать давление в отсеке отвода очищенной жидкой среды более чем на 0,5 м водяного столба по сравнению с атмосферным давлением, поскольку это может привести к снижению эффективности работы фильтрационных кассет за счет слишком большого перепада давления на фильтрующей поверхности. Выполнение сепаратора с устройством для удаления накопившегося шлама позволяет организовать непрерывный процесс работы сепаратора независимо от нагрузки на сепаратор.

В результате удалось создать надежно работающий сепаратор, позволяющий в широком диапазоне нагрузок производить очистку жидких сред от механических примесей.

На фиг.1 представлен схематически продольный разрез описываемого сепаратора. На фиг.2 схематически представлен вид сверху на описываемый сепаратор. На фиг.3 представлен разрез фильтрационной кассеты.

Сепаратор для очистки суспензий и эмульсий от механических примесей содержит корпус 1 с крышкой 2, отсеком 3 отвода очищенной жидкой среды с выходным патрубком 4, отсеком 5 тонкой очистки, сборником 6 механических примесей и входным патрубком 7, тангенциально подключенным к гидроциклону 8. Нижняя часть гидроциклона 8 и нижняя часть отсека 5 тонкой очистки сообщены со сборником 6 механических примесей. Центральный сливной патрубок 9 гидроциклона 8 сообщен с отсеком 5 тонкой очистки корпуса и в последнем размещен фильтр 10, через который отсек 5 тонкой очистки сообщен с отсеком 3 отвода очищенной жидкой среды. Фильтр 10 выполнен в виде, по меньшей мере одной, фильтрационной кассеты, установленной с возможностью замены. Фильтрационная кассета образована расположенными с зазором относительно друг друга двумя опорными полуцилиндрическими элементами 11, на которые намотана полимерная или металлическая нить 12, имеющая антиадгезионные свойства с образованием последней в зазоре между опорными полуцилиндрическими элементами 11 фильтрующей поверхности, при этом одна торцевая поверхность кассеты заглушена торцевой крышкой 13, а через вторую торцевую поверхность фильтрационная кассета своей внутренней полостью сообщена с отсеком 3 отвода очищенной жидкой среды. Нить 12 зафиксирована относительно каждого опорного полуцилиндрического элемента 11, на который она намотана. С наружной стороны фильтрационная кассета сообщена с выходом из центрального сливного патрубка 9 гидроциклона 8. Опорные полуцилиндрические элементы 11 установлены с возможностью плоскопараллельного перемещения и подпружинены относительно друг друга посредством, по крайней мере, одной пружины 14. В корпусе 1 размещено устройство 15 для удаления из него накопившегося в нем шлама. Отсек 3 отвода очищенной жидкой среды снабжен по меньшей мере одним газоотводным патрубком 16, подключенным к устройству 17 для отсоса последним из отсека 3 отвода очищенной жидкой среды попутного газа. Сборник 6 механических примесей выполнен в виде усеченной пирамиды, обращенной меньшим основанием вниз.

Для слива очищаемой жидкой среды напрямую, т.е. минуя сепаратор входной патрубок 7, выполнен с заслонкой 18 и снабжен перепускным трубопроводом 19 с запорным устройством 20.

Очищаемая жидкая среда, например раствор из скважины, по трубопроводу и далее через входной патрубок 7 поступает в гидроциклон 8 (возможна установка нескольких гидроциклонов 8, как это показано на фиг.1), где под действием центробежных сил и собственного веса крупные механические частицы шлама отделяются от очищаемой жидкой среды. Из гидроциклона 8 эти отделившиеся частицы поступают в сборник 6 механических примесей. А очищаемая жидкая среда в основном через центральный сливной патрубок 9 поступает в отсек 5 тонкой очистки, где под действием гидростатического перепада давления, созданного очищаемой жидкой средой на фильтрующих поверхностях фильтра 10, очищаемая жидкая среда очищается от сравнительно мелких механических примесей шлама, протекая между натянутыми нитями 12. Очищенная жидкая среда далее из фильтрационных кассет фильтра 10 поступает в отсек 3 отвода очищенной жидкой среды, из которого через выходной патрубок 4, которых может быть несколько, она выводится по назначению потребителя. Шлам, который накапливается в сборнике 6 корпуса 1, удаляется по мере необходимости специальным устройством 15 для удаления, например, шнековым, ленточным или каким, либо другим транспортером. Поступающий попутный газ через газоотводной патрубок 16 откачивается устройством 17, например вентилятором, что позволяет дегазировать очищенную жидкую среду, что в ряде случае является необходимым условием для повторного использования жидкой среды, например при бурении скважин.

Настоящее изобретение может быть использовано в горнодобывающей или нефтедобывающей промышленности, а также везде, где требуется очистка жидких сред от механических примесей и дегазация очищенной жидкой среды.