книги из ГПНТБ / Большаков Г.Ф. Восстановление и контроль качества нефтепродуктов

Г л а в а 8

ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЕ

Спомощью центрифуг (сепараторов) можно весьма эффективно

ибыстро очистить нефтепродукты от загрязнений. Центрифугирова­ нием можно отделить от нефтепродуктов такие мелкие частицы, которые другими методами очистки удалить невозможно. Сепараторы в настоящее время широко применяют для периодической очистки загрязненных или отработанных масел и очистки масел и топлив (например, на судах) в процессе их использования. Сепараторы до­ вольно часто включают в схему маслорегенерационных установок для проведения предварительной очистки масел. Иногда сепараторы совмещают с фильтр-прессами. На нефтебазах и складах центрифуги распространены, к сожалению, значительно меньше, хотя эффек­ тивность их использования для очистки нефтепродуктов от загрязне­ ний и воды может быть очень высокой.

Теоретические основы

Сущность очистки нефтепродуктов с помощью центрифуг за­ ключается в осаждении частиц загрязнений и воды под действием центробежной силы. Условия оседания частиц в центробежном поле будут иными, нежели в поле земной гравитации. Напряженность центробежного силового поля зависит от угловой скорости вращения ф и расстояния х от центра вращения до оседающей частицы. Частица, таким образом, движется в центробежном поле с возрастающей скоростью dx/dx и постепенно отбрасывается к периферии вращения.

Сопротивление среды движущейся частице, аналогично уравне­ нию (111), будет равно

Сила, под действием которой частица оседает в центробежном

181

или

где х х и ж2 — расстояние от центра вращения до поверхности нефте­

дающих частиц за время т 2 — т х = т либо определить время оседания частиц в центробежном поле, зная размеры частиц загрязнений.

Величина

входящая в уравнение (163), является седиментационной констан­ той. Она характеризует условия оседания частиц определенных размеров в определенном центробежном поле. Эта константа в соот­ ветствии с (164) также равна

С\ п ( х 2/ х г )

Фа02 — Ті) *

Очевидно, что приближенное значение С можно вычислить из следующего выражения:

по уравнению (165) при расчете седиментационной константы по уравнению (166) не превышает 1 % [70].

где п — число оборотов.

Интересно сопоставить значения центробежного ускорения и уско­ рения земного тяготения. Поскольку угловая скорость представляет собой линейную скорость, деленную на расстояние от центра вра­ щения

q>= vjx,

то центробежное ускорение

а = ѵ2/х или а = ср2х.

Таким образом, в центрифуге с 4000 об/мин в точке, удаленной на расстояние 15 см от центра вращения, центробежное ускорение превышает земное в 3250 раз, а при скорости вращения 10 000 об/мин

— в 16 000 раз. При таком ускорении нефтепродукты можно эф­ фективно очистить от частиц размером значительно менее 1 мкм.

488

Из изложенного следует, что эффективность очистки будет воз­ растать с увеличением диаметра и скорости вращения центрифуг, разности плотностей загрязнений и нефтепродукта, уменьшением вязкости среды и увеличением размеров частиц загрязнений.

Центрифуги для очистки нефтепродуктов

По назначению центрифуги бывают трех типов:

1) предназначенные для разделения воды и нефтепродуктов;

2)предназначенные для отделения твердых загрязнений от нефтепродуктов;

3)комбинированные сепараторы, предназначенные для выполне­ ния двух и более операций обработки загрязненных нефтепродуктов.

По устройству основного

ках с отверстиями нефтепродукт может проходить по каналам, образованным этими отверстиями.

Барабан многокамерных сепараторов оборудован комплектом концентрических вставок, разделяющих его объем на кольцевые камеры, по которым последовательно проходит центрифугированный нефтепродукт. Загрязнения и вода в центробежном поле отбрасы­ ваются к периферии, откуда они выводятся. В центре барабана собирается чистый продукт.

Существуют многокамерные и тарельчатые сепараторы с ручной и центробежной выгрузкой. По характеру выгрузки различают машины периодического, непрерывного и пульсирующего действия. Центрифуги разделяются также на вакуумные и открытого типа.

189

* Высота всасывания, мм рт. ст.

190

Основные типы сепараторов выпускаются нашей промышленностью. Наиболее распространены сепараторы НСМ, СЦ, СЦС-3 (самоочи­ щающийся), ПСМ1-3000 и некоторые другие (табл. 92).

Рассмотрим подробнее устройство сепараторов. Тарельчатый сепаратор HGM-3, широко применяемый для очистки турбинных и трансформаторных масел, работает по следующей схеме. Загряз­ ненный нефтепродукт подается насосом по трубопроводу через электроподогреватель в верхнюю часть барабана, откуда напра­ вляется по центральному каналу в нижнюю его часть. Затем продукт эффективно разделяется на тон­

топлива или масла с 10% воды составляет не более 0,2%, топлива или масла с 0,4% механических примесей — не более 0,06%. Нефте­ продукт подается шестеренчатым насосом в барабан сепаратора (рис. 52). Масла после насоса проходят паровой подогреватель. После очистки в тарельчатом барабане топливо или масло второй секцией того же насоса направляется в целевую емкость. Основная часть воды отводится самотеком. Загрязнения и часть воды гидравли­ чески выводятся в грязевую емкость. Если уровень нефтепродукта ниже насоса на 1—2,5 м, то на конце всасывающей магистрали рекомендуется устанавливать обратный клапан, который удержи­ вает нефтепродукт во время остановки сепаратора.

Разгрузка происходит через каналы в корпусе. В процессе очистки нефтепродуктов эти каналы закрыты затвором. В левой

наберет заданное количество оборотов, подают воду через каналы в

191

и г в полости А и Б. Из полости Â вода вытекает через канал д, а из полости Б — через канал б. Своим давлением вода перемещает затвор в верхнее положение, и разгрузочные каналы перекрываются. Затем в барабан поступает нефтепродукт на сепарацию.

После накопления загрязнений на стенках барабана их удаляют следующим образом. Подаду нефтепродукта в центрифугу прекра­ щают и вытесняют его водой. Затем подают буферную воду. Поско­ льку диаметр отверстия в больше диаметра отверстий г и количество отверстий в больше, чем г, то основная часть воды попадает в полость А и над затвором развивается более высокое давление, чем под ним, в полости Б. Затвор опускается и открывает разгрузочные каналы, по которым удаляются загрязнения. После удаления загрязнений подачу буферной воды прекращают, вода из полости А вытекает через отверстие д и давление над затвором уменьшается. Затвор перемещается в верхнее положение, перекрывая разгрузочные ка­ налы, и сепарируемую жидкость снова подают в центрифугу.

В процессе сепарации нефтепродукты нагреваются. Примерные

В комплект сепаратора входит семь регулирующих колец для барабана. Установка того или иного кольца зависит от плотности сепарируемых нефтепродуктов.

Применение обычных центрифуг может оказаться неэффективным при разделении стойких, высокодисперсных систем. В этом случае применяют сверхцентрифуги. Они могут быть непрерывного, напри­ мер для эмульсий, и периодического действия, например для сус­ пензий. Сверхцентрифуги имеют обычно трубчатый ротор подве­ шенный на валу с плавающей нижней опорой скольжения. Трех­ лопастная крыльчатка (рис. 54) сообщает разделяемой жидкости скорость вращения ротора. Нефтепродукт подается снизу и напра­ вляется вверх. Загрязнения отбрасываются на периферию, а чистая жидкость выходит через выходное отверстие в головке в сливную

192

камеру, а затем в емкость целевого продукта. Осадок со стенок ротора периодически удаляют вручную. Характеристика отече­ ственных сверхцентрифуг приве­ дена в табл. 93. Из трубчатых сверхцентрифуг за рубежом на судах довольно широко приме­ няют сепараторы типа «Шарплес».

Среди обычных тарельчатых се­ параторов известны сепараторы типа «Лаваль», «Вестфалия», «Крупп», «Титан», «Шарплес»и др. Каждая фирма выпускает сепа­ раторы различных модификаций

(табл. 94).

Кроме рассмотренных приме­ няют также сепараторы с исполь­ зованием магнитных эффектов. Магнитные сепараторы эффек­ тивны при удалении металличе­ ских загрязнений. На нефтебазах нет необходимости применять маг­ нитные сепараторы, поэтому мы их рассматривать не будем.

Вероятно, на нефтебазах, скла­ дах, заправочных станциях, осо­ бенно аэродромных складах, вклю­ чение сепараторов в технологи-

ческую схему выдачи позволит значительно повысить чистоту выда­ ваемых нефтепродуктов и тем самым существенно увеличить на­ дежность и долговечность работы двигателей.

Основным препятствием к широкому внедрению очистки нефте­ продуктов с помощью сепараторов является их малая производи­ тельность и кажущиеся неприемлемыми дополнительные затраты. Однако простые подсчеты показывают, что увеличение долговечности работы двигателей в результате дополнительной очистки топлив даже на 5 % в короткий срок окупит все затраты на установку цен­ трифуг. Поэтому очистку нефтепродуктов с помощью сепараторов необходимо широко внедрять.

Очистка нефтепродуктов с помощью центрифуг

Эффективность очистки топлив и масел от загрязнений методом сепарирования зависит от конструкции центрифуг. В табл. 95, 96 приведены данные по эффективности очистки дизельного топлива в трубчатом сепараторе [29, 53], из которых видно, что с увеличением числа оборотов ротора и уменьшением вязкости топлива, обусловлен­ ным повышением температуры, эффективность очистки увеличивается.

Таблица 95

Э ф ф е к т и в н о с т ь о ч и с т к и д и з е л ь н о г о т о п л и в а в т р у б ч а т о м с е п а р а т о р е

максимальных числах оборотов загрязненность всех топлив снизи­ лась и составила около 0,07 г/т. Повышение температуры способ­ ствует увеличению эффективности очистки. Так, при очистке дизель­ ноготоплива повышение температуры с 20—25 до 68° С увеличивает ■эффективность очистки примерно на 25—30%.

С помощью сепараторов из нефтепродуктов удаляются наиболее вредные примеси, которые являются несгораемыми и имеют высокую зольность. Например, сепаратор «Лаваль» удаляет из мазута около 740 г/т загрязнений, 50% из которых приходится на золу [53]. После удаления этих загрязнений коксуемость мазутов уменьшается

196