Нефть. От первых скважин до новой эпохи - Глеб Олегович Трухин

счет перепада давления, создаваемого центробежной силой. Боковая стенка ротора перфорирована, а на ее внутренней поверхности размещена дренажная сетка и фильтровальная ткань. Под действием центробежной силы суспензия давит на стенку, жидкость проходит через фильтрующую ткань. Капли попадают в кожух, внутри которого вращается ротор, стекают в поддон и в виде фильтрата выводятся через сливной штуцер. Осадок образуется на стенке и удаляется вручную (при остановке центрифуги) либо на ходу при помощи скребков, ножей или шнеков. На рисунке 12 показан чертеж аппарата центробежного осаждения и открытый аппарат центробежного фильтрования.

Стоит отметить, что такие аппараты не получили широкого распространения в промышленности. Это связано с тем, что большинство из них используют динамическое оборудование, что усложняет обслуживание установок и значительно увеличивает эксплуатационные расходы за счет высокого энергопотребления. Тем не менее рассмотрим виды аппаратов, которые применяются не только в нефтепереработке, но и в других отраслях.

Рисунок 12. Центробежные аппараты

Центрифуги могут быть классифицированы по следующим признакам:

– по характеру протекания процесса центрифуги делят на машины периодического и непрерывного действия;

– по технологическому назначению или принципу разделения различают: осадительные (отстойные) и осветляющие – для разделения суспензий; разделяющие (сепарирующие) – для разделения эмульсий; фильтрующие – для разделения суспензий; комбинированные, в которых сочетаются два принципа разделения – осаждение и фильтрование;

– по основному конструктивному признаку бывают горизонтальные (с горизонтальным расположением вала); вертикальные; наклонные; подвесные с верхним приводом; подвесные с нижним приводом (маятниковые); вертикальные трубчатые;

– по способу выгрузки осадка из ротора – с ручной, контейнерной (кассетной), ножевой, шнековой, инерционной.

Маятниковые центрифуги представляют собой вертикальные подвесные самоустанавливающиеся машины периодического действия с нижним приводом. В зависимости от технологического назначения они могут быть фильтрующими и осадительными. По способу выгрузки осадка различают центрифуги с верхней ручной выгрузкой через борт, с нижней ручной выгрузкой через днище ротора и с контейнерной выгрузкой.

Особенностью подвесных центрифуг с верхним приводом и нижней выгрузкой является шарнирная подвеска вертикального вала с ротором, допускающая отклонение системы от вертикальной оси и самоцентрирование вращающихся масс. Вследствие этого центрифуги малочувствительны к неравномерной загрузке ротора и обладают большой динамической устойчивостью во время работы. Подвесные центрифуги изготовляют с фильтрующим или осадительным ротором, ручной или механизированной выгрузкой осадка. В механизированных центрифугах осадок выгружается при пониженной скорости вращения ротора, у центрифуг с ручной разгрузкой – при остановленном роторе.

Осадительные центрифуги со шнековой выгрузкой осадка предназначены в основном для разделения суспензий с нерастворимой твердой фазой и применяются для обезвоживания кристаллических и зернистых продуктов, разделения материалов и осветления суспензий. Такие центрифуги успешно применяются в качестве первой ступени сепарирования при переработке нефтешлама. Главное достоинство этих центрифуг – непрерывность процесса и высокая производительность при низком удельном расходе энергии и массе машин. К недостаткам следует отнести невысокую степень обезвоживания осадка, невозможность проведения качественной промывки, а также быстрый износ шнека и ротора при обработке абразивных продуктов.

Наиболее распространенными аппаратами, использующими центробежную силу, считаются аппараты циклонного типа. В таких аппаратах, как правило, отсутствуют подвижные части и электроприводные элементы. Разделение суспензии происходит за счет энергии самого движущегося потока. Поток подается в аппарат под определенным углом, и под действием центробежной силы твердая фаза осаждается в специальном бункере, а очищенный фильтрат отводится через верхнюю или боковую часть. Для разделения эмульсий применяют аналогичные аппараты, которые в литературе обозначаются как гидроциклоны, но они не отличаются по своему действию от обычных циклонов. Они бывают нескольких видов:

– противоточные циклоны с изменением направления потока;

– прямоточные циклоны, в которых вращающийся поток газа не изменяет своего направления;

– циклоны с оборотным конусом (ЦОК), в них реализована функция рециркуляции среды;

– батарейные циклоны (БЦ) – каскад из двух и более циклонов, которые объединены общим отводом фильтрата и вводом суспензии.

Рисунок 13. Циклоны на производстве

Циклоны получили широкое распространение в крупнотоннажном производстве. Они экологичны, просты в эксплуатации, надежны, имеют широкий интервал рабочих температур и давлений. Но стоит упомянуть и их недостатки. На рисунке 13 показаны циклоны на одном из предприятий, что наглядно демонстрирует их главный недостаток – значительные габариты. К другим минусам относятся риск переполнения бункера для осадка, что снижает эффективность работы, а также сложность регулировки размера улавливаемых частиц, ограничивающая степень очистки. Несмотря на эти недостатки, циклонные аппараты остаются более предпочтительным решением по сравнению с динамическим оборудованием при обработке больших объемов.

Рисунок 14. Электродегидратор в разрезе

Наиболее редким способом является разделение жидких и газовых суспензий под действием электрического тока. Под действием высоковольтного переменного поля в эмульсии происходит укрупнение капель, которые затем оседают под действием силы тяжести. В газах же для осаждения взвешенных частиц используется постоянный ток: сначала частицы заряжаются в электрическом разряде, а затем извлекаются из потока электростатическими силами.

При нефтедобыче могут попадаться разные примеси, в том числе вода и металлосодержащие частицы пород. Для их удаления во время первичной перегонки нефти используют электродегидраторы и электрофильтры. Классическое исполнение электродегидратора в разрезе представлено на рисунке 14. Его очень сложно отличить от обычной отстойной емкости, а вот электрофильтр выглядит совсем иначе (рисунок 15).

Рисунок 15. Электрофильтр

Рисунок 16. Принципиальное устройство электрофильтра

Принцип работы электрофильтра схож с простым емкостным осадителем, только в нем применяется электрический ток. Частицы, проходя через аппарат, приобретают заряд, после чего осаждаются на специальных пластинах (электрических элементах). Несмотря на примечательные особенности – низкое гидравлическое сопротивление и высокую эффективность – данный способ требует громоздкого оборудования и существенных энергозатрат, что нивелирует его экологичность.

Завершив обзор аппаратов для механических и гидромеханических процессов (идущих без химических реакций и теплообмена), перейдем к рассмотрению устройств, отличающихся наибольшим разнообразием и интересных с инженерной точки зрения.

Глава 10. Химические процессы

В прошлых разделах мы уже осветили типы установок и реакций, которые происходят в нефтепереработке, но только не слишком углублялись в основу аппаратурного оформления данного вопроса.

Итак, начнем с простого – классификации химических процессов. Процессы бывают каталитические и некаталитические, экзотермические (с выделением тепла) и эндотермические (с поглощением тепла), гомогенные (протекающие в одной фазе), гетерогенные (протекающие в разных фазах).

Реакторы классифицируются по следующим признакам: по характеру действия – периодические и непрерывные; в зависимости от направлений потоков реагентов или катализаторов – прямоточные, противоточные и ступенчато-противоточные (рисунок 1); в зависимости от гидродинамических особенностей – аппараты идеального вытеснения, идеального смешения