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.

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.

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;
П_ст	— массовая податливость стабилизатора, характеризующая изменение массы жидкости в полости стабилизатора при изменении давления;
F	— площадь проходного сечения трубопровода;
G₁(t)=G₀-G_k(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 w_g 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 ΔP_сд 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.

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.