Способ повышения эффективности и производительности сепарационных установок

Авторы: д.т.н., X.Н. Низамов; к.т.н. В.Н. Применко, Сахел Санжид; Российский университет дружбы народов


Научно-технический журнал «Нефтепромысловое дело», №8-9, 1996г.


В настоящее время в различных отраслях про­мышленности широко используются центро­бежные жидкостные сепараторы с авто­матической частичной выгрузкой осадка, что позволяет эксплуатировать их непрерывно в течение длительного времени. Эффективность процесса сепарации во многом зависит от времени пребывания жидкости в межтарелочном пространстве или от давления в гидросистеме за сепаратором (гидросистема фугата), которое должно под­держиваться на определенном уровне в процессе всего сепарационного цикла. В момент выгрузки осадка в барабане сепаратора откры­ваются разгрузочные щели, через которые уда­ляется осадок, содержащийся в шламовом про­странстве, а сепарируемая жидкость остается в роторе и процесс сепарации не прекращается. При этом давление в гидросистеме фугата падает.

Изменение давления в гидросистеме фугата при выгрузке осадка Рис. 1.Изменение давления в гидросистеме фугата при выгрузке осадка:

1 - без стабилизатора; 2 - после установки стабилизатора давления.

На рис. 1 приведена диаграмма изменения давления в гидросистеме при частичной выгрузке осадка, полученная экспериментальным путем на сепараторах модели АСЭ-Б (кривая 1). Как видно, длительность провала давления может достигать 40...45 сек. Причем в момент начла раз­грузки давление падает до атмосферного и остается на этом уровне в течение 20 сек и лишь затем начинает постепенно увеличиваться и достигает номинального давления через 20...25 сек. В это вре­мя эффективность сепарации значительно ухуд­шается, что приводит либо к потерям се­парируемого продукта, либо к повышению количества твердых частиц в очищаемой жидкости.

Устранение провалов давления в гидросисте­ме фугата с помощью специальных устройств — стабилизаторов давления (СД) позволяет не только повысить качество сепарации, но и со­кратить сепарационный цикл, а следовательно, повысить производительность сепарационного участка.

Схема гидросистемы сепаратора Рис. 2. Схема гидросистемы сепаратора

Для описания динамических процессов в гидросистеме рассмотрим схему, приведенную на рис. 2. Будем полагать, что процесс раз­грузки эквивалентен открытию быстродейству­ющего клапана, осуществляющего сброс жидкости из гидросистемы, а стабилизатор дав­ления представим в виде перфорированного участка трубопровода, соединяющегося с упру­го-податливой полостью, например полостью, наполненной газом и отделенной от жидкости резиновой оболочкой.

Учитывая небольшую протяженность трубо­проводов гидросистемы, можно рассматривать ее как систему с сосредоточенными параметрами [1]. Тогда изменение давления в системе со стабилизатором будет описываться следующим дифференциальным уравнением:







(1)







ГДЕ

— параметр, характеризу­ющий инерционность потока жидкости в трубе;

— волновое сопротивление магистрали;

t=l/c

— время пробега волной давления трубопровода;

c

— скорость распространения волн давления;

— частота основного тона колебаний в трубопроводе без стабилизатора;

Пст

— массовая податливость стабилизатора, харак­теризующая изменение массы жидкости в полости стабилизатора при изме­нении давления;

F

— площадь проходного се­чения трубопровода;

G1(t)=G0-Gk(t)

— секундный расход в тру­бопроводе после открытия разгрузочных щелей в ба­рабане сеператора.

Для линейного закона изменения расхода че­рез разгрузочные щели в интервале времени t=0...t1, где t1 — время достижения расхода через щели величины расхода создаваемого насосом, можно записать:

(2)

Здесь G0 — секундный расход жидкости в магистрали до момента выгрузки осадка из бара­бана сепаратора.

Обозначим

(3)

Величина wg является частотой основного то­на колебаний в трубопроводе со стабилизатором.



Уравнение (1) перепишем следующим образом:

(4)




Введем переменную


Тогда уравнение (4) примет вид:

(5)



Его решение при начальных условиях t=0,

Имеет вид:

(6)



Откуда

(7)



При отсутствии стабилизатора

(8)



Если время то величина провала давления

Коэффициент снижения величины провала давления при установке СД в магистраль фугата

(9)



Где ΔP и ΔPсд величина провала давления до и после установки СД.

Из выражения (9) можно определить необ­ходимую массовую податливость стабилизатора для обеспечения требуемого уровня снижения провала давления в гидросистеме:

(10)





Полученные уравнения позволяют опре­делить основные проектные характеристики СД.

Конструктивная схема стабилизатора давления Рис. 3. Конструктивная схема стабилизатора давления

На рис. 3. приведена конструктивная схема опытного образца стабилизатора давления для гидросистемы фугата сепаратора АСЭ-Б. СД состоит из следующих основных элементов: кор­пуса (1), центральной перфорированной трубы (2) с фланцами (3), двух днищ (4), резиновой оболочки (5) и штуцера с вентилем (6) для над­дува газовой полости.

На рис. 1 приведена диаграмма изменения давления в магистрали фугата со стабилизатором (кривая 2), которая свидетельствует о высокой эффективности восстановления провала дав­ления.

Так, длительность провала уменьшилась до 4 сек, или более чем в 10 раз, а его величина составляет не более 20% номинального давления.

Результаты эксплуатации стабилизаторов на участке сепарации цеха производства биопрепа­ратов показывают, что качество сепарации воз­росло на 5...7 % при сокращении времени сепарационного цикла на 11...12 %.

Литература

1. X.Н. Низамов, В.Н. Применко: «Гидроупругие колебания и методы их устранения в закрытых трубопроводных системах». — Красноярск: Изд-во СИБ НИИГМ, 1983г.
2. X.Н. Низамов, В.Н. Применко: «Исследование динамики безрасходных магистралей со стабилизаторами давления» НТИС. Сер. "Транспорт и хранение нефти". — М.: ВНИИОЭНГ, Вып. №10, 1990г.