Оборудование нефтеперерабатывающих предприятий и основы проектирования

Фильтрующие центрифуги

Если поверхность цилиндрического  барабана центрифуги перфорирована и покрыта фильтрующим материалом, то под действием центробежной силы фильтрат покидает центрифугу, пройдя последовательно через слой осадка, фильтрующий материал и отверстия на поверхности барабана. Так работает фильтрующая центрифуга, схема которой показана на рис. 7.

В большинстве центрифуг между  фильтрующим материалом и стенкой  барабана укладывают сетку из проволоки  диаметром 1—1,25 мм с ячейками размером 5 мм. Сетка образует пространство для свободного перетопка жидкости от фильтрующей перегородки к отверстиям на барабане и тем самым предотвращает уменьшение живого сечения фильтрующей перегородки.

Фильтрующие центрифуги применяют  для разделения суспензий, содержащих твердые частицы диаметром не менее 100 мкм. Осадок, получаемый в этих центрифугах, легко просушивается и промывается в том же направлении, в каком происходит фильтрация.

Большинство центрифуг может работать и как отстойные, и как фильтрующие  в зависимости от устройства барабана и камеры для приема фильтрата (осветленной жидкости).. Исключение составляют специальные центрифуги, в которых предусмотрена автоматическая выгрузка осадка из барабана.

Центробежные  сепараторы

Для разделения стойких  нефтяных эмульсий и некоторых суспензий применяют сепараторы. Принцип работы их заключается в разделении неоднородной системы, находящейся в поле центробежных сил, на отдельные фазы с различным удельным весом. Это разделение в отличие от обычного центрифугирования осуществляют в тонком слое суспензии или эмульсии при ламинарном режиме.

На рис.8 показан сепаратор ОРТ-ЗМБ-ЛЭ-П, предназначенный для разделения нефтяной эмульсии. Сепаратор и привод установлены на общем основании на резиновых амортизаторах. В корпусе литой чугунной станины сепаратора на подшипниках смонтированы горизонтальный вал привода и вертикальный вал ротора. Передача вращения от электродвигателя к горизонтальному валу осуществляется через четырех - колодочную центробежное  фрикционную муфту, обеспечивающую плавный разгон барабана в течение примерно 10 мин.

На верхнем, конусном конце вертикального вала установлен барабан сепаратора Положение вала и барабана по высоте регулируют винтом упора, перемещающим стакан нижнего сдвоенного радиально-упорного подшипника. Верхняя, гибкая опора вала представляет собой шарикоподшипник, заключенный в обойму, которая центрируется относительно корпуса шестью цилиндрическими пружинами, поджатыми в обойме колпачков гайками.

 

 

Барабан сепаратора (рис. 9) состоит из следующих основных частей: основания, крышки, тарелкодержателя, разделительной тарелки, пакета тарелок, запирающего поршня и затяжных колец.

          В нижней части основания барабана имеется проточка, из которой буферная жидкость через отверстия поступает в полости под поршень и над ним. В цилиндрической части основания по всему периметру расположены щели, через которые выгружают осадок. На основании барабана закрепляют тарелкодержатель. Пакет тарелок устанавливают на его поверхности посредством шпонки. Внутри тарелкодержателя имеются ребра для сообщения вращения сепарируемой жидкости.

Пакет состоит  из набора конических вставок (тарелок). Зазор между тарелками обеспечивается планками, приваренными к их наружной поверхности. На наружной поверхности конусной части разделительной тарелки имеются пазы для отсек  парированной воды, а в месте перехода конуса в цилиндр — ребра, с помощью которых вращение барабана передается выходящей жидкости.

Разделяемая эмульсия очищается от крупных механических примесей в фильтре, установленном сбоку от сепаратора, и поступает в сепарационную камеру барабана по каналам тарелкодержателя. В межтарелочном пространстве эмульсия разделяется на фазы с ручным удельным весом. Легкая жидкость оттесняемая к оси барабана, скользит по верхней поверхности нижней тарелки, затем, пройдя наружные каналы тарелкодер-жателя, направляется в камеру для приема легкой фракции, расположенную в крышке сепаратора. Тяжелая жидкость, прижимаемая к периферии, проходит над разделительной тарелкой через сменную гравитационную шайбу, служащую для регулирования кольцевого зазора, и поступает в специальную камеру, также находящуюся в крышке аппарата.

 

Циклоны

Отделение от потока газа взвешенных в нем твердых частиц производят главным образом в циклонах, отличающихся простотой конструкции и обслуживания.

Циклон представляет собой заканчивающийся внизу  конусом вертикальный цилиндр, внутри которого расположена центральная выхлопная труба. Газ (воздух) с большой скоростью поступает по тангенциальному штуцеру в пространство между конус9м и центральным патрубком и начинает вращаться. Развиваемая при этом центробежная сила прижимает твердые частицы к периферии цилиндра, откуда они под действием собственного веса опускаются в конус и выводятся наружу.

Газа очищенный от твердых взвешенных частиц, уходит по центральной выхлопной трубе.

Работа циклона зависит  от его диаметра и формы (соотношения размеров), определяемых выбранной моделью аппарата. На а приведена схема наиболее часто применяемой модели циклона. Конструктивные размеры аппарата выражены через диаметр конуса, который, в свою очередь, обусловлен заданной производительностью циклона. Диаметр корпуса аппарата обычно составляет менее 800 мм; при увеличении его фактор разделения уменьшается, а путь твердой  частицы до поверхности осаждения удлиняется. Если исходя из заданной производительности требуется аппарат большого диаметра, включают параллельно несколько циклонов диаметром до 800 мм.

Степень очистки газа в циклонах зависит от его скорости, которую принимают в пределах 15—25 м/с. Установлено, что с возрастанием скорости до определенного значения очистка газа улучшается.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дальнейшее увеличение скорости не приводит к повышению  степени очистки, но вызывает значительное повышений перепада давления в аппаратах. Чтобы избежать больших и неоправданных энергетических затрат, скорость газа в циклонах следует выбирать очень рационально, учитывая также, что при высоких скоростях усиливаются местные завихрения и, следовательно, ухудшается очистка газа.

Для повышения эффективности  очистки газа при малых его  скоростях применяют батарейные циклоны, состоящие из многих параллельно работающих аппаратов небольших диаметров, смонтированных в общем, корпусе (рис. 10, б).

Более высокая степень  очистки газа от тонкодисперсной  пыли достигается в электрофильтрах.

 

Вопросы для  проверки

1. Отстойники, принцип работы
2. Дегидраторы, назначение
3. Фильтры, фильтрующие материалы
4. Рамные фильтр-прессы, устройство
5. Вакуум-фильтры и схема работы
6. Отстойная центрифуга и принцип работы
7. Центробежные сепараторы и принцип работы
8. Циклоны и принцип работы
9. Устройство циклонов
10. От каких факторов зависит работа циклонов

 

 

 

 

Лекция 3

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ГАЗОВ

 

План 

1. Основы процесса электрической очистки газа
2. Устройства электрофильтров
3. Трубчатые и пластинчатые электроды

 

  Физические основы процесса. Электрическая очистка основана на ионизации молекул газа электрическим разрядом. Если ионизированный газ поместить в электрическое поле, образованное двумя электродами, к которым подведен постоянный электрический ток высокого напряжения, то ионы и электроны начнут перемещаться по направлению силовых линий. Направление вектора скорости заряженных частиц будет определяться их знаком, а скорость движения и, следовательно, кинетическая энергия — напряженностью электрического поля. При повышении разности потенциалов между электр'одами (напряженности электрического поля) до нескольких десятков тысяч вольт кинетическая энергия ионов и электронов возрастает настолько, что они при своем движении, сталкиваясь с нейтральными газовыми молекулами, будут расщеплять их на положительные ионы и свободные электроны. Вновь образовавшиеся заряды при своем движении также ионизируют газ. В результате образование ионов происходит лавинообразно и газ полностью ионизируется. Такая ионизация называется ударной.

При полной ионизации  газа между электродами возникают условия для электрического разряда. С дальнейшим увеличением напряженности

электрического поля возможен проскок искр, а затем электрический пробой и короткое замыкание электродов. Чтобы избежать этого, создают неоднородное электрическое поле путем устройства электродов б виде проволоки, натянутой по оси трубы (рис. 11, а), или проволоки, натянутой между параллельными пластинами (рис. 11, б). Густота силовых линий и, следовательно, напряженность поля в этих условиях наиболее высока у провода и постепенно убывает по мере приближения к трубе или пластине. Напряженность поля непосредственно у трубы (пластины) является недостаточной для искрообразования и электрического пробоя.

 

 

 

При напряженности поля, достаточной для полной ионизации, между электродами возникает  коронный разряд, сопровождающийся голубовато-фиолетовым свечением, образованием «короны» вокруг каждого провода и характерным потрескиванием. Электрод, вокруг которого образуется «корона», носит название коронирующего электрода, а другой, противоположно заряженный электрод, выполненный в виде трубы или пластины — осадительного электрода. Коронирующие электроды присоединяются к отрицательному полюсу источника тока, а осади -тельные к положительному. При этом можно использовать более высокое напряжение без появления искрового разряда между электродами.

При возникновении «короны» образуются ионы обоих знаков и свободные электроны. Под действием электрического поля положительные ионы движутся к коронирующему электроду и нейтрализуются на нем, а отрицательные ионы и свободные электроны перемещаются к осадитель-ному электроду. Соприкасаясь со встречными пылинками и капельками, находящимися в газе, они сообщают последним свой заряд и увлекают их к осудительному электроду. В результате частицы пыли или тумана оседают на этом электроде. Основная масса взвешенных в газе частиц пыли или тумана приобретает отрицательный заряд вследствие того, что более подвижные отрицательные ионы и электроны проделывают более длинный путь из области «короны» к осудительному электроду, чем положительные ионы. Соответственно больше вероятность их столкновения со взвешенными в газе частицами. Лишь небольшая часть частиц пыли или тумана, которые столкнулись с положительно заряженными ионами в области «короны», оседают на коронирующем электроде. Отрицательно заряженные ионы, частицы пыли или тумана, попадая на осудительный электрод, отдают ему свои заряды, а затем удаляются с электрода.

Степень очистки газа в электрофильтре в значительной степени зависит от проводимости пыли. Если частицы хорошо проводят ток, а силы адге-зии (сцепления) невелики, то заряд отдается мгновенно, а сама частица получает заряд электрода. Возникает кулоновая сила отталкивания, и частица вновь может попасть в газовый поток. Это приводит к увеличению уноса пыли из электрофильтра и понижению степени очистки. Если пыль плохо проводит ток, то она прижимается силой поля к электроду и образует на нем плотный слой отрицательно заряженных частиц, который отталкивает приближающиеся частицы того же знака, т. е. противодействует основному электрическому полю. Напряжение в порах слоя осевшей пыли может превысить критическое и вызвать коронированиегаза у осудительного электрода — «обратную корону». Это явление значительно снижает эффективность очистки газа.

Для исключения вредного влияния пыли, осевшей на электродах, ее удаляют периодическим встряхиванием  электродов или увеличивают проводимость пыли путем увлажнения газа перед входом в электрофильтр водой, не допуская, однако, снижения температуры газа ниже его точки росы.

При очистке газов  с высокой концентрацией твердых  частиц большая часть ионов осаждается на последних и количество переносимых зарядов существенно уменьшается, а следовательно, снижается сила потребляемого тока, так как скорость взвешенных частиц (0,3—0,6 м/сек) значительно меньше скорости ионов (60—100м/сек). При падении силы потребляемого тока до нуля степень очистки газа резко ухудшается — происходит полное «запирание короны». В этом случае для борьбы со снижением силы тока уменьшают концентрацию взвешенных частиц в газе (устанавливая перед электрофильтрами дополнительную газоочистительную аппаратуру) или снижают скорость поступающего газа, уменьшая нагрузку электр фильтра.

Частицы жидкости обладают относительно невысоким удельным электрическим сопротивлением и обычно хорошо смачивают поверхность электрода. Поэтому они быстро - отдают электроду свой заряд и стекают по его поверхности.

Электрофильтры работают только на постоянном токе, так как  при переменном токе заряженные частицы, испытав ряд импульсов, направляющих их то в одну, то в другую сторону, могут быть вынесены из аппарата ранее, чем они успевают достичь поверхности осадительного электрода.

Устройство электрофильтров. Установка для электрической  очистки газов включает обычно электрофильтр  и преобразовательную подстанцию с  соответствующей аппаратурой. Для  питания установки выпрямленным током высокого напряжения используют электрические агрегаты (рис. 12), состоящие из регулятора напряжения , повысительного трансформатора 2, преобразующего переменный ток напряжением 380/220 в в постоянный ток напряжением 100кв, и высоковольтного выпрямителя 3. После выпрямителей ток подводится к электродам 4 и 5 электрофильтра 6. Корпус электрофильтра обычно имеет прямоугольную или цилиндрическую форму и изготовляется из материалов, стойких к химическому и механическому воздействиям очищаемой среды (сталь, кирпич, железобетон и др.).

Коронирующие электроды  представляют собой проволоки  круглого или звездообразного сечения или элементы с иголками, а осадительные электроды — пластины специального профиля либо трубы круглого или шестиугольного сечения. Осадительные электроды выполняют из стали и других металлов, а также графита   и  пластмасс.    Эти   электроды присоединяют к положительному полюсу выпрямителя и заземляют, а коронирующие изолируют и соединяют с   отрицательным   полюсом.   Напряженность  электрического   поля  изменяется  регулятором напряжения питания.