ЦЕНТРИФУГА ДЛЯ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ
Вода, содержащаяся в нефтепродуктах, может находиться в трех формах: свободной, эмульгированной и растворенной. Допустимое ее содержание весьма мало (от 0,001% в трансформаторных маслах), поэтому существует необходимость обезвоживания нефтепродуктов. Их очистка от воды в настоящее время производится следующими методами: сушка с распылением в вакууме; осушение с использованием синтетических цеолитов (молекулярных сит); очистка фильтрами; центробежное осаждение. Все эти способы обладают как бесспорными достоинствами, так и недостатками. Однако при высоком содержании воды и механических загрязнений в нефтепродуктах рациональным способом их обезвоживания является центрифугирование. Используемые для этого центробежные аппараты обладают высокой металлоемкостью, энергозатратами и скромными сепарационными возможностями. Поэтому совершенствование технологии центробежного осаждения воды из нефтепродуктов остается актуальным.
В процессе сотрудничества с компанией ООО «НПФ ЭНАВЭЛ» (Санкт-Петербург) [1] была разработана оригинальная центрифуга большой производительности (до 2000 л/ч), с гидрореактивным приводом, непроточная (т. е. очищаемая жидкость используется также для гидропривода), способная осаждать и сбрасывать воду из ротора без его остановки в автоматическом режиме.
Работа центрифуги (рис. 1) основана на том, что жидкость в роторе находится под давлением, а выделяемая вода скапливается у стенок ротора, образуя концентричный слой. Из этого слоя возможна ее транспортировка через кольцевую щель между разделительным диском и стенкой барабана по радиальным каналам к центральному каналу ротора, сопряженному с неподвижной осевой полостью в крышке центрифуги. В центральном канале ротора установлен клапан, открываемый штоком, размещенным в крышке. При его открытии осажденная вода из ротора отводится в бак для сбора. Процесс управления клапаном может быть автоматизирован и управляться таймером.
Для повышения эффективности очистки жидкости была использована теоретически обоснованная схема ее движения внутри ротора [2]. В основе проектирования центрифуги лежал расчет скорости вращения ротора ω и его габаритов (диметра D и высоты H), обеспечивающих наивысшую тонкость очистки при нормируемом давлении P и расходе на привод Q. При этом была использована методика, неоднократно реализованная нами на практике [3, 4, 5]. В результате спроектирована и изготовлена центрифуга ЦФ-2000, обладающая следующими эксплуатационными характерис тиками:
- рабочий объем ротора, л, – 5,0;
- номинальное давление на входе в центрифугу, МПа, – 0,9;
- частота вращения ротора (при вязкости жидкости 14 сСт), об/мин, – 8200;
- номинальный расход на привод центрифуги, л/мин, – 33,3;
- тонкость очистки частиц за один проход жидкости, мкм:
– железо (плотность ρ = 7,8 г/см3) – 2,0;
– кварц (плотность ρ = 2,7 г/см3) – 4,0;
– вода (плотность ρ = 1,0 г/см3) – 16;
Лабораторные испытания центрифуги (рис. 2а, б) производились на дизтопливе, трансформаторном масле и смеси моторного масла с дизтопливом (вязкостью 14 сСт) (рис. 3). Методика испытаний задержания и сброса воды состояла в следующем (рис. 2в). Внутренний бак 9 заполнял ся рабочей жидкостью. Включался насос, и центрифуга выводилась в номинальный режим работы. Слив очищенной жидкости направлялся обратно в бак 9 (1-я позиция). Затем в рабочую жидкость опрыскивателем 11 в течение 5–7 минут распылялась вода (размер капель примерно 50–150 мкм). Сразу после распыления слив очищенной жидкости переводился в наружный бак 10 (2-я позиция). Из внутреннего бака 9 жидкость с водой откачивалась и пропускалась через центрифугу (в режиме однократного прохода). В конце откачки в бак 9 доливалось небольшое количество чистой рабочей жидкости. В этот момент открывался клапан, и из центрифуги сбрасывалась вода.
В результате из 1,25 л введенной в бак воды центрифугой было задержано 0,84 л. Из них 0,44 л было сброшено через клапан при работе, еще 0,40 л слито из ротора после его остановки. Теоретически вся осажденная вода не может быть удалена из ротора через клапан. Ее остаток определяется величиной радиального зазора между разделительной шайбой и стенкой ротора (рис. 1). При уменьшении толщины кольце вого слоя воды до размеров этого зазора через клапан устремится уже и рабочая жидкость. В данной центрифуге объем остающейся в роторе воды по расчетам составляет около 0,5 л.
Что касается «потерянных» 0,41 л воды, то, вероятно, она выпарилась вследствие интенсивного распыления соплами гидропривода, поскольку анализ очищенной рабочей жидкости показал ее практическое отсутствие.
Таким образом, проделанная работа позволяет сделать следующие выводы.
1. Возможность удаления из вращающегося ротора задержанной воды без его остановки вполне осуществима.
2. Качество очистки жидкости от механических примесей и воды разработанной центрифугой теоретически высокое и не уступает сепараторам с секционированными роторами.
3. Разработанная центрифуга обладает рядом технических преимуществ перед аналогами: меньшая масса, энергозатраты на привод, возможность работы без остановки при сбросе осажденной воды в автоматическом режиме.
По результатам настоящей работы подана заявка на изобретение.
ЛИТЕРАТУРА
- Официальный сайт ООО «НПФ «ЭНАВЭЛ». [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.enavel.ru.
- Пат. 2604378 Рос. Федерация, МКИ5 В 04 В1/00, 11/02. Центрифуга для очистки технических масел / В. А. Снежко, А. В. Снежко – Заявка № 2015124717/05(038532), 23.06.2015; Опубл. 10.12.2016. Бюл. № 34.
- Снежко А. В., Снежко В. А. Оптимизация геометрических параметров реактивного привода очистительных центрифуг // Тракторы и сельхозмашины. – 2016. – № 9.
- Снежко А. В. Обоснование размеров щелевых цилиндрических уплотнений центрифуг // Тракторы и сельхозмашины. – 2015. – № 7.
- Снежко А. В. К обоснованию оптимального зазора в подшипниках скольжения маслоочистительных центрифуг // Вестник АПК Ставрополья, – 2015. – № 2(18). – С. 63–67.
Метки: Транспорт