Очистка нафтопродуктiв вiд води

Технологiя очистки нафтопродуктiв вiд води передбачає найрiзноманiтніші методи. Вибiр способу очистки залежить вiд об‘єму очищуваємої рiдини, її в‘язкостi, призначення i рiзно-манiтних влас­тивостей. Через рiзні процеси, що відбуваються при очищенні авiацiйних ПММ вiд води, методи очистки пiдроздiляють на хiмiчнi, фiзико-хiмiчнi i фiзичнi [5].

Хiмiчнi методи очистки авiацiйних ПММ вiд води використовують хiмiчну взаємодiю нерозчинної води в пальному й мастилах iз речо­винами. Внаслідок реакцiї такої взаємодiї вини-кають твердi, нерозчиннi продукти i газ. Для цiєї мети можна використовувати гiдриди кальцiю, лiтiю й алюмiнiю. Можуть також застосовуватись оксиди та карбiди рiзноманiтних металiв. Найбiльш поширеними ма­терiалами для хiмiчного осушення авiацiйних ПММ є гiдрид кальцiю, оксид кальцiю i карбiд кальцiю.

Хiмiчнi реакцiї спричиняють до утворення нерозчинних у нафтопро­дуктi гiдроксида кальцiю i газу, що супроводжується видiленням ве­ликої кiлькостi тепла, що в свою чергу, пiдвищує ефективнiсть цьо­го процесу. Хiмiчне збезводнення нафтопродуктiв проводять двома способами: статичним i динамiчним [5].

Статичний метод осушення полягає у введеннi реагенту в ємнiсть iз нафтопродуктом. Можна засипати реагент у виглядi порошку в ємнiсть або помiстити його в перфорований патрон, занурюваємий до нафтопро­дукту.

 

 

Динамiчний метод здiйснюється шляхом прокачування паль-ного або мастила через дiлянку трубопроводу, заповненого реаген-том.

Статичний метод бiльш простий, проте перiодично потрiбно така трудомiстка операцiя, як зачистка резервуарiв.

Хiмiчний спосiб очистки нафтопродуктiв не знайшов широ-кого зас­тосування на складах ПММ. I статичний, i динамiчний ме-тоди хiмiч­ної очистки – порiвняно трудомiсткi операцiї. Цi методи вимагають застосування спецiальних речовин. При осушенні реа-гентами видiляють­ся газоподібнi речовини (водень i ацетилен), що потребують спецiальних правил поводження з ними.

Динамiчний спосiб вимагає спецiального i громiздкого обладнання (насос, фiльтри, регулятори i т.ін.). Перерахованi обставини стримують застосування хiмiчного методу очистки нафтопродуктiв вiд води в промислових масштабах.

Фiзико–хiмiчний метод заснований на здатностi деяких речовин (адсорбентiв) утримувати воду на своїй поверхнi. Як адсорбен­ти застосовують матерiали у виглядi твердих порошкiв або гранул, що мають високу пористiсть, i, як наслідок, дуже велику питому по­верхню. Такi матерiали зустрiчаються в природi, наприклад, боксити i природнi цеолiти. Для практичних цiлей частiше застосовують штучнi адсорбенти – селiкагель, алюмогель i синтетичнi цеолiти. Промисловiсть випускає селiкагель рiзноманiтних марок iз розмiром гранул вiд 0,2 до 7 мм. Синтетичнi цеолiти мають однорiдну струк­туру i малi розмiри пор, порiвнюванi з розмiрами глобул води. Це забезпечує їхню високу ефективнiсть у поглинаннi води i велику ад­сорбцiйну місткiсть. Штучнi адсорбенти можуть застосовуватися бага­торазово. Пiсля того як адсорбент насичується водою, його адсорбу­юча здатнiсть зменьшується. Для вiдновлення здатностi адсорбенту до поглинання води вiн пiдлягає регенерацiї – десорбцiї поглиненої води. З цiєю метою застосовують продування адсорбенту гарячим повiтрям, пропікання при високiй температурi, промивка розчинни­ка або сполучення цих методiв.

Вибiр того або iншого способу десорбцiї роблять на основi технiко–економiчного обгрунтування.

До фiзико–хiмiчних методiв ставиться i метод, заснований на введеннi присадок, що пiдвищують розчиннiсть води в пальному. Вве­дення таких присадок запобiгає виникненню кристаликiв льоду при низьких температурах. Широко використовуванi тепер анти-обледенілі присадки етилцелозолiв i тетрагiдрофурфуриловий спирт, пiд­вищують загальну розчиннiсть води в пальному за раху-нок утворення водневих зв'язкiв iз молекулами води, які знахо-дяться в асоцiйова­ному станi з молекулами присадки. Антиобле-денiлі присадки вводять у пальне при заправцi лiтака. Їхнє число залежить вiд температури повiтря, висоти польоту, його тривалостi, а також типу лiтака i знаходиться в межах 0,1 – 0,3 %.

Рiзноманiтнi норми запровадження присадки, вiдносна дорожнеча i дефiцит сировини, з яких вони виготовляються, обме-жують широке застосування. Присадки лише розчиняють наявну воду в пальному, а не збезводнюють його. При­садка переводить воду з вiльного стану в розчинений.

Фiзичнi методи очистки нафтопродуктiв вiд води досить рiзнома­нiтнi. До них вiдноситься очистка в силових полях, фiльтрацiя, теплофiзичний метод i масообмiннi явища.

Очистка в силових полях передбачає у собi вiдстоювання в полi гра­вiтацiйних сил, очистку у вiдцентровому й електричному полях. Най­бiльш широко застосовують вiдстоювання. Суть цього мето­ду полягає в тому, що через рiзноманiтну густину води i наф­топродукту вода пiд дiєю сил тяжiння випадає на дно ємностi. При сталому русi сферичної частинки води в полi сил тяжiння має мiсце таке спiввiдношення сил:

G – F _a = F _c,

де G = p d ³r_в/6 – сила тяжiння; F _а = p d ³r_ж/6 – архімедова сила;

F _c=jr_жp d ₂ v ₂/8 – сила опору, що дiє на частинку при ламiнарному русi.

З огляду на те, що коефiцiєнт опору для ламінарного руху частинок малого розмiру j = 24m/ vd r_ж, знайдемо швидкiсть осідан-ня частинок у полі сил тяжіння:

d ²(r_в–r_ж)

v = --------,(7.2)

18m_ж

де d – дiаметр глобул води; r_в і r_ж – густина відповідно води i наф-топродукту; m – динамiчний коефiцiєнт в‘язкостi нафтопродукту.

Формула (7.2) дає трохи завищенi значення швидкостi осіда-ння частинок води. Експериментально встановлено, що швидкiсть осідання частинок води в пальному ТС–1 для частинок розмiром 15–20 мкм складає 0,1 м/год, частинки з розмiром 10–15 мкм осідають на 1 м висоти за 24 год., а п'ятимiкроннi частинки можуть знаходитися в завислому станi протягом семи дiб i бiльше. Ефек-тивному осіданню води перешкоджають енергетичні теплокон-вективнi потоки в резервуарах.

Задля скорочення часу вiдстою пального резервуари обладну­ють системою забору пального з верхнiх шарів [9].

Очистку нафтопродуктiв вiд води можна проводити в спецiальних пристроях – вiдстiйниках. Їх ще називають – гравi-тацiйними очисниками. Конструктивно вiдстiйники можуть бути безупинної i перiо­дичної дiї. Найбiльшого поширення набули вiдстiйники безупинної дiї з пакетом конiчних тарiлок (рис. 7.3). Суть роботи такого очисника полягає ось в чому. Обводненне пальне надходить у сере­дину вiдстiйника, де роздiляється на численнi тонкi шари. Пiд дiю сили тяжiння вода накопичується на верхнiй поверхнi конiчних тарiлок, дрiбнi краплi укрупнюються потiм стiкають по похилiй поверхнi i потрапляють до вiдстойної зони. Зливання води з вiдстойної зони може здiйснюватися вручну або автоматично без причинення прокачу­вання очищуваного пального.

Необхiдну кiлькiсть тарiлок i їхнi розмiри визначають, виходячи з необхiдного прокачування i ступеня очистки вiд води за формулою, приведеною в книзi [9 ]:

p l (r _н – r _в) nv

Q = -----------.

sin a

де Q – необхiдне прокачування, м³/ ч; l – довжина утворювального конуса тарiлки, м; r _н i r _в – вiдповiдно зовнiшнiй i внутрiшнiй ра­дiуси тарiлки, м; n – кiлькiсть тарiлок; v – швидкiсть осідання частинок води заданого розмiру, м/г; a – кут нахилу поверхнi тарiлок до горизонтальної плоскостi. Аналiз формули показує, що при заданiй пропускнiй здатностi ефективнiсть вiдстоювання залежить вiд загальної поверхнi осідан­ня тарiлок, а не вiд об‘єму вiдстiйника. Прискорити процес осід­ання води можна шляхом використання вiдцентрових сил, пропускаючи нафтопродукти через швидко обертовi судини.

Створення вiдцентрового поля можна забезпечити закручуванням потоку очищуваного нафтопродукту в нерухомому апаратi. Такi устрої називаються гiдроциклонами. У них вiдсутнi рухомi елемен­ти, у зв'язку з чим вони надiйнi в роботi, простi по конструкцiї i мають великий термiн служби. Проте в них не вдається одержати ве­ликі значення вiдцентрових сил. Це знижує їхню ефективнiсть щодо очистки нафтопродуктiв вiд води. Деякі зарубiжні фiрми встановлюють гiдроциклони в як попереднi засоби очистки вiд великих частинок води i механiчних домiшок.

 

 

Рис. 7.3. Схема гравiтацiйного вiдстiйника з конiчними тарiлками.

Iснує велика кiлькiсть рiзноманiтних схем вiдцентрових очис­никiв. Проте для очистки нафтопродуктiв вiд води на особ-ливу увагу заслуговують вiдцентровi очисники з безупинним виведенням очищено­го нафтопродукту i води, тобто вiдцентровi сепаратори.

За допомогою центрифуг можна одержати високий ступiнь очистки нафтопродуктiв вiд води. Проте широкого поширення центрифуги на складах авiацiйних ПММ не набрали через склад-ність вiдцентрових очисникiв, необхiдностi виконання суворих правил експлуатацiї, громiздкостi устаткування i споживання вели-кої кiлькостi енергiї.

Обезводжування нафтопродуктiв в електричному полi зводи-ться до спрямованого руху крапель води i їхньому злиття. Укруп-ненi краплi пiд дiєю сили тяжiння осiдають у вiдстойній зоні. Пiд дiєю елект­ричного поля частинки води отримують заряд i, взаємодiючи з полем, приходять в упорядкований рух. I наявнiсть заряду, i примусовий рух заряджених крапель сприяють злиттю дрiбних крапель у бiльш великі. Тепер механiзм придбання заряду частками води до кiнця не вивче­ний, проте створено декiлька конструкцiй експериментальних елект­росепараторiв. Вiдрiзняються вони характером утворюваного в них електричного поля, застосуванням току різних видів, конс­трукцiєю електродiв, камер, органiзацiєю потоку очищуваного нафтоп­родукту тощо. Всi вони показали високу ефективнiсть процесу зневоднення авiацiйних ПММ. Електричнi методи зневоднення при­вертають увагу дослiд-никiв ще й тим, що процес очистки нафтопро­дуктiв безупинний, в пристроях вiдсутнi рухомi елементи, невелика витрата енергiї, постiйний гiдравлiчний опiр. Це створює умови для автоматизацiї такого процесу. Найбiльш перспективним вва­жається застосування неоднорiдного електричного поля в пристроях бе­зупинного збезводнення. Задля пiдвищення ефективностi очистки нафтопро-дуктiв вiд води можуть застосовуватися комбiнованi методи. Засто-сування ультразвукових коливань пiдвищує ефективнiсть очистки в гравiтацiйному полi. При впливi вiбрацiї на очищувану емульсiю прискорюється процес коалесценсiї (процес укрупнення) мiкрокра­пель i тим самим забезпечується велика швидкiсть осідання части-нок, а час вiдстоювання може скоротитися в п'ять – шiсть разiв.

Iснують вiдомостi про застосування електричного поля у вiдцент­рових очисниках. Процес укрупнення частинок води в електричному полi вiдбувається бiльш iнтенсивно, при цьому про-цес осідання води в центрифузi вiдбувається бiльш ефективно. Застосування комбiнованих методiв дозволяє скоротити витрати енергiї, зменшити розмiри i масу обладнання, що є перспективним напрямком вивчення процесу очистки нафтопродуктiв вiд води.

Теплофiзичнi методи збезводнення полягають у нагрiваннi, за­морожуваннi i використаннi масообмiнних процесiв.

Нагрiвання нафтопродуктiв застосовується з метою випаро-вування вiльної води з подальшим вилученням парiв. Для випаро-вування води нафтопродукти нагрiвають до температури вище 100 ^oС. Однак швидке нагрiвання наф­топродуктiв, особливо мас-тил, до настiльки високої температури мо­же привести до утворення пiни i викиду мастил iз нагрiвльної ємностi. Тому нагрiвання масел рекомендується проводити в два ета­пи. Спочатку мастило нагрiва-ють до температури 70 – 80 ^оС протягом шести–семи годин, потiм при температурi 105–110 ^оС не бiльше 36 год. Така технологiя осу-шення масел повинна виконуватися в бойле­рах маслостанцiй або в маслозаправниках. Проте повністю вилучити во­ду не вдасться, тому що частина вiльної води при нагрiваннi наф­топродуктiв переходить у розчинену. Процес осушення нафтопродуктiв шляхом нагрiвання можна значно прискорити i досягти повного вилу­чення вiльної води, якщо виробляти його у вакуумi. Для цього пот­рiбне спецiальне обладнання, схема якого подана на рис. 7.4. Наг­рiте до температури 70 – 80 ^оС мастило насосом 1 подається в роз­пилю-

вач 4, який знаходиться у вакуумнiй колонцi. За допомогою ва­ку-ум–насоса 7 у колонцi створюється розрідження 170 – 180 мм рт.ст. Продуктивнiсть подiбних пристроїв залежить вiд розмiру ваку­умної колонки i потужностi нагрiвання, вакуум–насоса, а також хiмiчного складу мастила i ступеня початкової обводненості.

Проте обладнання для вакуумного осушування мастила досить громiзд­ке, а сама операцiя збезводнення є складною i тому цей спосiб не набув широкого поширення.

Збезводнення пального нагрiванням практично не застосо-вують. Проте в лiтакових системах пального використовують пiдiгрiвання пального з метою запобiгання видiленню кристалiв ль­оду на вiдповiдальних дiлянках паливної системи.

Таким способом зазвичай захищають фiльтри пального. Нагрiвання пального здiйснюють в паливно–мастильному радiаторi.

 

Рис. 7.4. Схема установки для збезводнення нафтопродуктiв: 1 – на-сос; 2 – манометр; 3 – мановакуумметр; 4 – форсунка; 5 – бак; 6 – паст­ка для нафтопродуктiв; 7 – вакуум–насос; 8 – кран

 

Задля цього також мо­жуть використовуватися електричнi пiдiгрiвники, пiдiгрiвання гаря­чим повiтрям двигуна, який забирає з компресора. При цьому пiдiгрiвання може здiйснюватися тiльки при зниженнi температури пального нижче 5 ^оС. Керування процесом пiдiгрiвання може здiйс-нюва­тися автоматично.

Найбiльшого поширення метод виморожування одержав для збезводнення пального у природних умовах. Суть методу полягає в то­му, що при охолодженнi пального до мiнусових температур ос-новна маса води переходить iз розчиненого стана у вiльний. Замер-заючи, вода перетворюється на кристали льоду, що випадають на дно резерву­ара або можуть вiдфiльтровуватися при перекачуванні з одного резервуа­ра до iншого.

Очистку пального вiд води можна здійснювати шляхом штучного охолодження, проте для цього потрiбно громiздке, складне i дороге холодильне обладнання, а також значна витрата енергiї.

Масообмiнний спосiб вилучення води з нафтопродуктiв дозволяє досягти глибокого збезводнення за малий час i при порiв-няно низьких витратах. Суть цього методу полягає в досягненні динамiчної рiвноваги мiж ступенем насиченостi водою нафто-продукту i газу, що контактує iз ним. Вода може переходити з наф-топродукту в газ або навпаки. Це залежить вiд воло­гомiсткостi. Як газ можуть використовуватися повiтря, азот. Розрiзняють два осно-вні способи масообмiну з газом.

Перший спосiб полягає в продуваннi сухого повiтря через товщу нафтопродукту. Другий забезпечується вентиляцiєю газо-вого простору ємностi з нафтопродуктом. Кожний спосiб забез-печує зниження кон­центрацiї води в будь–якому нафтопродуктi. Найбiльшого поширення ма­сообмiнний метод набув для осушення пального, хоча може з успiхом застосовуватися також для мас-тильних матерiалiв.

В мiру продування пального або вентиляцiї надпального про-стору концентрацiя води в нафтопродуктi буде знижуватися доти, поки кон­центрацiя води у двох фазах буде задовольняти умовi

C _г

m = ----,

C _н

де m – постiйна фазової рiвноваги; C _г, C _н – вiдповiдно концентра­цiя води в газi i нафтопродуктi.

Стала фазової рiвноваги m залежить вiд цiлого ряду обста-вин i визначається для кожного конкретного випадку експери-ментально. Швидкiсть збезводнення залежить в основному вiд площi контакту фаз i концентрацiї води в них. Найбiльший ефект з‘являються при продуваннi сухого повiтря через шар охолодже-ного нафтопродукту. При охолодженнi нафтопродуктiв концент-рацiя води в них знаходиться на рiвнi верхньої межi розчинностi, що сприяє прискореному перенесенню води в сухе повiтря. З iн-шого боку, велика кiлькiсть дрiбних пузирчикiв повiтря має велику площу контакту з нафтопродуктом. Пря­мування пузирчикiв викли-кає змiшування рiдини, що в свою чергу, сприяє вирiвнюванню кон-центрацiї води по всьому об‘єму нафтопро­дукту.

Схема осушення пального в резервуарi продуванням повiтря приведе­на на рис. 7.5 [5].

Рис. 7.5. Схема осушення пального продуванням повiтря: 1 – ре-зервуар; 2 – пальне; 3 – повiтряний колектор; 4 – компресор

 

Повiтря в колектор 3 подається через компресор 4. Прой-шовши через шар пального 2, повiтря йде через дихальний клапан.

Недолiк описаного способу масообмiнного осушення по-лягає у втратi легких фракцiй нафтопродуктiв, що виносяться про-дувним повiтрям. Не виключена можливiсть забруднення наф-топродуктiв атмосферним пи­лом. Усунути цей недолiк можна шляхом створення замкненої системи циркуляцiї повiтря. Схема такої системи показана на рис. 7.6. Повiтря з компресора 4 над-ходить до повiтряного колектора 1. Пройшов­ши через пальне, по-вiтря по трубопроводу надходить в осушувач 3, а потiм у ком-пресор 4. Осушувач являє собою ємнiсть, заповнену гранулами цеолiтiв або селiкагелей. Повiтря, що пройшло через селiкагель, осушується. Його вологiсть може вiдповiдати точцi роси мiнус 40–60 ^оС, тобто його вологiсть порiвняно з атмосферним повiтрям знижується в 50 – 70 разiв. Вологiсть адсорбентiв посту­пово пiдвищується. Ця обставина вимагає перiодичної його замiни або регенерацiї. З огляду на те, що регенерацiя здiйснюється нагрiван-ням адсорбенту, система замкненої циркуляцiї повiтря по­винна бути обладнана вiдповiдним устаткуванням.

Рис. 7.6. Замкнена система продування пального: 1 – повiтряний колектор; 2 – резервуар iз пальним; 3 – осушувач повiтря; 4 – компресор

Барботажне продування може бути застосоване не тiльки в резер­вуарах. Осушення пального в цистернi пальнозаправника по-казала, що за один час продування повiтря з витратою 25 м³/г вміст води в пальному зменшився з 0,01 до 0,003 %.

Аналогiчнi експерименти проводилися й у паливному баку лiтака. При цьому за 30 хв. продування з витратою повiтря 34 м³/г утримання води в пальному зменшилося вiд 0,009 до 0,002 %.

З метою зниження окисних процесiв i пiдвищення поже-жобезпеки в замкнених системах доцiльно використовувати замiсть повiтря азот. Витрати на здiйснення такої системи будуть значно вище, ніж при барботажному продуваннi.

Бiльш простий за здiйсненням метод продування надпа-ливного прос­тору резервуарiв, цистерн та iнших ємностей. Схема такого рiшення приведена на рис. 7.7. При цьому вентиляцiя може здiйснюватися атмосферним повiтрям або по замкненому циклу, а також iз використан­ням азоту. Вентиляцiя може здiйснюватися шляхом застосування вен­тиляторiв, рiзноманiтних дефлекторів i використання теплової кон­векцiї. Пiдвищити ефективнiсть збезвод-нення можна за рахунок примусового перемiшування рiдини.

 

Рис. 7.7. Продування повiтрям надпаливного простору: 1 – резер-вуар; 2 – вентилятор; 3 –пальне

 

Дослiдження показали, що при витратi повiтря бiльше 2 м³/г на 1 м² площi дзеркала пального в резервуарi вентиляцiєю надпаливного простору за чотири–вiсiм годин можна вилучити всю емульсiйну воду. Проте цей метод має тi самі недолiки, що i барбо-тажне продування ат­мосферним повiтрям.

Очистка нафтопродуктiв вiд води може бути здiйснена шля-хом обладнання холодильної камери в надпаливний простiр резер-вуара (рис. 7.8). Робота такої системи здiйснюється циклiчно. При роботi холодильного установлення волога, що мiститься в га­зо-повiтряному просторi, намерзає на випарнику 1. Поступово вiд-носна вологiсть у надпаливному просторi знижується, що спри-чиняє зниження утримання води в пальному. Перiодично прока-чування холодоагенту припиняють а вiдталу воду вiдводять по тру-бопроводу 3 за межi резервуара.

Очистка нафтопродуктiв вiд води методом фiльтрацiї полягає в пропусканнi нафтопродукту через пористi перегородки, що складають­ся з гiдрофобних i гiдрофiльних волокон. По ходу плину рiдини у фiльтрах встановлюють двi перегородки–коагульована i водовiдштов­хувальна.

Рис. 7.8. Принципова схема осушення виморажуванням: 1 – охо-лодник; 2 – пiддон; 3 – патрубок для вiдведення води; 4 – резервуар iз пальним

 

Процес осідання здiйснюється в декiлька етапiв. При пiдхо­дi мiкрокрапель води до волокон коагульованого ступеня вони осідають на них, витiсняючи з поверхнi волокна клiтину нафтопродукту. Поступово краплi води укрупнюються за рахунок осідання мiкрокра­пель, що знову осiли. Значнi краплi води пiд дiєю сили тяжiння стiкають по волокнах у нижню частину (вiдстойну зону) фiльтра. Проте можливе проскакування нескоа-гульованих мiкрокрапель через першу перегородку. У такому ви-падку вони затримуються волокнами водовідштовхувального ступеня, які виконанi з гiдрофобного матерiа­лу. У порах цiєї перегородки пiд дією сил поверхневого натягу утвориться плiвка нафтопродукту, що перешкоджає влученню води в капiляр. Таким чином нафтопродукти протiкають через перегородку, а мiкрокраплi води затримуються. Поступово вода коагулює i великi краплi води осідають в нижню частину фiльтра. Пiдхiд мiкрокра­пель води до волокон прилипає до їхньої поверхнi, коагуляцiя i плин через товщу фiльтроматерiалу обумовлюються цiлим рядом сил i фiзич-них явищ. Тут мають мiсце сили адгезiї, поверхневого натягу, гiд-родинамiчнi сили, гравiтацiйнi, електростатичнi i Ван–дер–Вааль­совi сили.

Значна частина уявлень про механiзм процесiв збезводнення нафтопродуктiв отримана експериментальним шляхом. Для виго­товлення перегородок, що вiддiляють воду, застосовуються самi рiзноманiтнi матерiали. Ефективнiсть вiддiлення прийнято оцiнювати коефiцiєнтом водоотделения j:

b ₀ – b ₁

j = ------,

b ₀

де b _oi b ₁ – масове утримання води в пальному вiдповiдно перед фiльтром i пiсля нього.

Для рiзноманiтних матерiалiв коефiцiєнт j може приймати значен­ня вiд 0 до 1. Чим ефективнiше вiдбувається водовiддiлення, тим бiльше коефiцiєнт. Якщо матерiал затримує всю емульсiйну воду, що надходить iз нафтопродуктом, то коефiцiєнт j = 1. Ефек-тивнiсть во­довiддiлення найбiльш поширених фiльтроматерiалів приведена в табл. 7.3 [5].

Таблиця 7.3

 

Ефективнiсть водовiддiлення рiзноманiтними фiльтроматерiалами

 

 

Фільтроматериали	Повнота водовідділення	Вміст воды, %
до фільтра	після фільтра
Папір АФБ–1К	0,0256	0,0067	0,74
Гідрофобний папір	0,0614	0,0025	0,96
Фторолон	0,614	0,0036	0,94
Скловолокно	0,0614	0,0059	0,9
Нетканий текстиль	0,0256	0,0064	0,75
Фільтросванбой	0,0614	0,0052	0,92
Фільтродіагональ	0,1	0,005	0,95

Експериментально було встановлено, що найбiльший ефект водовiд­дiлення має сумiш гiдрофiльних i гiдрофобних волокон яка скла­дається на 70 % з волокон бавовни i на 30 % з капрону [5]. При цьому слiд зазначити, що на ефективнiсть збезводнення суттєво впливає швидкiсть фiльтрацiї, товщина пакета, волокон i пористість фільтроматеріалу.

Вiдповiдно до наведених даних у керiвництвi [11], швидкiсть фiльтрацiї в одноступiнчатих фiльтрах–сепараторах не повинна пе-ре­вищувати 0,25 – 0,5 см/с. Збiльшення швидкостi фiльтрацiї приз-водить до зниження ефективностi водовідділення за рахунок ви-несення мiкрокрапель води потоком очищуваної рiдини з товщи фiльтроматерiалу.

Тепер вiтчизняна промисловiсть випускає одноступiнчатi фiльтри–сепаратори СТ–500–2, СТ–500–3. Технiчна характерис-тика цих фiльтрiв наведена в табл. 7.7 [11].

Фiльтри–сепаратори цього типу виконанi у виглядi верти-кальної цилiндричної судини (рис. 7.9) iз кришкою 3. Всерединi корпуса є три концентрично розташованi кошики, на якi одягають-ся фiльтрувальний 5 i водовiддiльний 6 чохли. Перегородка, яка вiддiляє воду, вико­нана iз сумiшi гiдрофiльних i гiдрофобних волокон так називаного волокна Воюцького. Ця сумiш складається на 30 % з капронових i на 70 % з ба­вовняних волокон. У фiльтрі–сепараторі перегородка, що відділяє воду, по товщинi роздiлена на двi частини, кожна з яких укладена в оболонку з тканини перкаль марки П, а зовнiшня оболонка виконана зi склотканини АСТ–100. Нижня частина чохла закiнчується шлейфами 7 трикутної форми.

Таким чином, пальне у фiльтрi послiдовно прохо­дить такi шари, що фiльтрують: склотканина АСТ–100; перкаль П, що відділяє перегородку (волокно Воюцького); два шари пер­каля П; волокно Воюцького; перкаль П i склотканину АСТ–100. У фiльтрi СТ–500–2М, де є коагулюючий шар з матерiалу ФПП–ДС, що розташований мiж фiльтрувальною i водовiддiльною перегоро-дками. Цей захiд пiдвищує тонкість фiльтрацiї й ефективнiсть вiддiлення води. При протiканнi пального, механiчнi домiшки затримуються на фільтрувальній перего­родцi, а мiкрокраплi води за рахунок сил адгезiї прилипають до гiдрофiльних волокон, збіль-шуються i по шлейфах стiкають у вiдстойну зону. Гiдрофобне волокно затримує нескоагуль­ованi мiкрокраплi води. Пальне, очищене вiд частинок забруднень i во­ди виходить iз фiльтра через патрубок 1. Усi модифiкацiї фiльтра­сепаратора виконанi з однако-вими габаритно–встано розмiра­ми.

Недолiком описаних фiльтрiв–сепараторiв є те, що перед тим, як потрапити у вiдстойну зону. мiкрокраплi води проходять вели-кий шлях у вертикальному напрямку в товщi чохла, що вiддiляє воду. За час прямування краплi можуть знову дробитися i знову коагулюватися. Ця обставина ускладнює процес збезводнення.

Фільтрувальний чохол розташований першим з боку потоку па-ли­ва. Тому на чохол, який вiддiляє воду, пальне надходить вже очище­ним вiд забруднень. Таке взаємне розташування чохлiв пiд-вищує ефективнiсть водовiддiлення.

 

 

 

Рис. 7.9. Конструкцiя фiльтра–сепаратора СТ–500–2: 1–вихiд-ний пат­рубок; 2–патрубок вхо-ду; 3–кришка; 4–корпус; 5– фi-льтрувальний чохол; 6– водо-вiддiльний чохол; 7–шлейфи; 8-патрубок зливу; 9–каркас

 

Бiльш ефективно здiйснюється очистка пального вiд механiчних домiшок i емульсiйної води в триступiнчастому фiльтрi–сепараторi СТ–2500. Фiльтр, виконаний з вiдокремлених один вiд одного корпусiв, сполучених мiж собою за допомогою патрубкiв.

Пальне послiдовно проходить через фільтрувальну секцiю (рис. 7.10). У першому ступенi розмiщенi елементи, що фiльтрують, 8Д2.966.055. Фiльтроелементи 6 складаються з двох шарів:перший iз паперу АФБ–1к (ТУ374– 59), другий iз паперу

 

 

Рис. 7.10. Конструкцiя фiльтра–сепаратора СТ–2500: 1 – пiдйомноповоротний устрiй; 2 – кришка; 3 –фi-льтроелемент 8Д2.966.800; 4 – вiдстiйник; 5 – фiльтроелемент 8Д2.966.115; 6 – фiльтроелемент 8Д2.966.055; 7–корпус.

 

АФБ–5 (ТУ7–66), про­соченi 20-процентним розчином бакелiтової смоли в спиртi з подальшою полiмеризацiєю. Цей фiльтроелемент забезпечує номiнальну тонкість фiльтрацiї 5 мкм, абсолютну – 8 мкм. Пропускна здатнiсть одного елемента 85 л/хв.

Другий ступінь фiльтрасепаратора має коагулюючi фiльтроелементи 8Д2.966.115. Фiльтроелементи 5 складаються з шару ультратонкого скловолокна АТМ–1, двох шарів матерiалу з тонкісттю фiльтрацiї 2 мкм i шару паперу АФБ–5. Фiльтро-елементи виконанi у виглядi гiдрофобних циліндрів, що ззовнi оберненi п'ятьма шарами матерiалу АТМ–1, одним шаром склотканини i закритий перфорованим алюмiнiєвим цилiндром.

Основним призначенням фiльтро­елементiв 5 є коагуляцiя збільшення мiкрокрапель емульсiйної води, які мiститься в пальному. Вiдбувається це в товщi матерiалу фiльтрое­лемента. Частинки, які скоагулювалися, розмiром 100 мкм i бiльше, стiкають у вiдстiйник 4. Частинки забруднення також можуть затриму­ватися у фiльтроелементах цього ступеня. Гофрованi елементи третього водовiдштовхувального ступеня складаються з одного шару капронової тканини, просоченої кремнієорганiчною рiдиною, одного шару паперу АФБ–5 i вестви капронової сiтки (канви).

Фiльтр складається з трьох самостiйних, однакових по конструк­цiї корпусiв 7 iз кришками 2. У кожному корпусi установлено по 50 фiльтроелементiв 4, 5, 6. Для забезпечення пiднi-мання кришки 2 при обслуговуваннi фiльтра–сепаратора на ньому є пiдйомно–поворотний пристрiй 1. Основнi технiчнi параметри фiльтра–сепаратора СТ–2500 наведені в табл. 7.4. незважаючи на велику масу (4560 кг), дозволило забезпечити зручнiсть прове­дення вантажно–розвантажувальних робiт, транспортних i монтажних операцiй. Впровадження цього фiльтра цiлком задовольняє сучаснi вимоги, які висуваються до очистки пального вiд механiчних домiшок i води. Фiльтр має i достатню пропускну здатнiсть. Кожний ступінь фiльтра має по два манометру, що забезпечують контроль тиску пали­ва у фiльтрi i перепад тиску на ньому. Для зручностi обслуговуван­ня фiльтра-сепаратора навколо нього споруджується естакада з ого­родженням.

На сьогодні для фiльтрацiї авiацiйного пального розроблений двоступiнчатий фiльтр паливний–водовіддільник ФТВ–1500 (рис. 7.11). Вiн складається з корпуса 2 i кришки 4, патрубкiв вхо­ду 7 i виходу 1 пального. Фiльтрована рiдина надходить на перший щаб–ель фiльтрацiї через патрубок 7. Цей ступінь фiльтрацiї скла­дається з двадцяти фiльтроелементiв 8Д2.966.115. Потiм пальне над­ходить на другий ступінь фiльтрацiї, який складається також iз двад­цяти фiльтроелементiв 8Д2.966.800.

 

Рис. 7.11. Схема фiльтра ФТВ–1500: 1 – патрубок виходу рiдини; 2 – корпус; 3 – фiльтроелементи другого щаб­ля; 4 – кришка; 5 – автома-тичний клапан випуску повiтря; 6 – фiльтрое­лемент першого ступеня; 7 – патрубок уходу рiдини; 8 – крани зливу во­ди

 

 

На вхiдному i вихiдному патрубках є дисковi затвори, а на кришцi змонтований поплавковий кран автоматичного випуску по-вiтря У нижнiй частинi фiльтра розташованi крани 8 випуску вiд-стойної води. Фiльтр оснащений двома манометрами для вимi-рювання перепаду тис­ку на фiльтруючих елементах обох ступенiв. Основнi технiчнi характе­ристики фiльтра наведені в табл. 7.4.

 

 

Таблиця 7.4

Технічні характеристики фільтрів

 

Фільтр	Номінальна прокачка, л\хв	Перепад, кг/см2	Тонкість фільтрації, мкм	Маса, кг
початк.	кінцев.
ФГН–120		0,5	1,5	15–20
ТФ–10 с ТФЧ–16к		0,2-0,4	1,5	20-25
ТФ–10 (с ТФБ)		0,2	1,5	5–8
Ст–500–2		0,3	1,5	20-40
СТ–500-2М		0,3	1,5	20-25	-
СТ–500–3		0,3	1,5	20-40	-
СТ–2500 Іступень ІІ ступень ІІІ ступень			1,5 1,0 0,8	2-5
ФТВ–1500 Іступень ІІ ступень			1,0 0,8	5–8

 

Висока тонкість фiльтрацiї, невеликi габарити i маса фiльтра забезпечують йому широке застосування для очистки авiацiйного палива вiд механiчних домiшок i води в стацiонарних i рухомих системах заправки повiтряних судiв i складiв ПММ аеропортiв.

За кордоном знаходять широке застосування триступеневі фiльтри–сепаратори фiрми "Стрімлейн–філтерс" i двохступеневі захiднонiмецької фiрми "Фауді". Останнi випускаються як для стацiонарної експлуатацiї, так i в пересувному варiантi. Пропускна здатнiсть фiльтрiвсепараторiв рiзноманiтних модифiкацiй до 9000 л/хв. Фiльтри випускаються вертикального (рис.7.12) i горизонталь­ного виконання (рис.7.13). Перший ступень фiльтра призначений для фiльтрацiї рiдини i коагуляцiї емульсiйної води. Другий ступень – водовiдштовхуючий, що виконаний у виглядi перфорованого цилiндра ве­ликого дiаметра, що несе на собi водовiдштовхувальну перегородку, яка замінюється тiльки у випадку її механiчного ушкодження. У горизон­тальних фiльтрах – сепараторах перший коагулюючий ступень, який фiльтрує, виконується з набору унiфiкованих фiльтроелементів (патронiв),

що забезпечують тонкість фiльтрацiї 2 –5 мкм i коагу­ляцию мікрокапель води. Другий ступень виконується у виглядi фiльтропакета з окремих цилiндричних фiльтроелементiв або ж являє собою цилiндр великого дiаметра, закритий з нижнього торця.

 

 

Рис. 7.12. Схема вертикального фiльтра–сепаратора фiрми "Фауди": 1 – автоматичний клапан випуску повiтря; 2 – фільтрувальна перегородка; 3 – водовідштов–хувальна перегородка; 4 – корпус; 5 – вiдстiйник

 

 

 

Рис. 7.13. Схема горизонтального фiльтра–сепаратора фiрми "Фауди": 1 – водовідштовхувальна ступінь; 2 – автоматичний клапан випускання по­вiтря; 3 – фiльтру–вальна ступінь; 4 – корпус;

5 – вiдстiйник

 

Фiльтри–сепаратори фiрми "Фауди" оснащені автоматичним клапа­ном для випуску повiтря, обiгрiваємим вiдстiйником, пристроєм для вимiру кiлькостi води у вiдстiйнику й автоматичного її зливу.

Крiм того, на виходi з фiльтра може встановлюватися задвижка, яка закри­вається автоматично при досягненнi гранично допустимого перепаду тиску на фiльтрi–сепараторi. Обiгрiвання вiдстiйника для води в рiзноманiтних модифiкацiях здiйснюється як електрично, так i з ви­користанням гарячої води або пари, для чого із зовнiшнього боку вiдстiйника є спецiальна сорочка.

Широке поширення в країнах Захiдної Європи набули фiльтри–се­паратори фiрми "Фрам". Вони також випускаються в вертикальному i горизонтальному виконаннi, для роботи в стацiонарних умовах i для пересувних агрегатiв. Як правило фiльтри цiєї фiрми двохс­тупеневi. Фільтрувальний ступень, що фiльтрує, (перший по ходу течії палива) затримує механiчнi частинки забруднень розмiром бiльше 5 мкм i част­ково вiдокремлює воду, виконуючи роль коагулятора. Ступень, що фiльтрує, складається з шару органiчних волокон змiшаних iз скловолокном. Потiм розташований шар паперу, просякнутого розчи­ном бакелiтової смоли, i шар, який складається з дуже тонких (по­рядку 1 мкм) волокон скла. Фiльтри–сепаратори для палива випус­кають також зарубiжні фiрми "Пуролейтер", "Сокальтра", "Велкон". Особливих вiдмінностей у конструкцiях цих фiльтрiв вiд описа­них вище нема.

Фiльтри для очистки нафтових масел вiд механiчних частинок заб­руднень i води випускає фiрма "Вокеш". Цей фiльтр-сепаратор двос­тупеневий, оснащений пiдiгрiвником мастила на входi у фiльтр. Перший ступень складається iз синтетичних волокон, які забезпечують тонкість фiльтрацiї 5 мкм, а другий –представлений адсорбцийним ситам.

Захiдногерманська фiрма "Карберг i Хеппман" випускає фiльтр–се­паратор для очистки мастил вiд механiчних частинок забруднень iз тонкістю до 1 мкм i вiльної води. Цi фiльтри–сепаратори мають ад­сорбцiйний елемент iз пористої целюлози, внутрiшня поверхня якої покрита коагулюючим шаром.

Триступенева конструкцiя фiльтрiв–сепараторiв для очистки авiапалива вiд забруднень не одер­жала широкого распосюдження за кордоном через великi розмiри i вагу цих пристроїв.

Сучасна система наземного паливозабезпечення на складах ПММ вiдповiдно до прийнятого технологiчного процесу прийому, зберіганню, видачi авiапалива на заправку i заправки повiтряних суден, вiдповiдно до iнструкцiй [4,11], умовно мiстить три зони:

I – прийом, попередня очистка i зберігання авiапалива;

II– основна очистка i видача авiапалива в паливозаправникі (ПЗ) або централізовану систему заправки літаків (ЦЗЛ);

III– очистка авiапалива фiльтрами заправних засобiв i заправка його в систему ПС.

Видача пiдготовленого реактивного авiапалива в ПЗ i системи ЦЗЛ вiдбу­вається через пункт фiльтрування, який повинен мати:

фiльтр ТФ–10 (ТФ-2М) iз чохлом ТФЧ–16К або ТФЧ-150-200;

сепаратор СТ–50–2М iз чохлом 7–183–10;

фiльтр ТФ–10 (ТФ–2М) iз фiльтропакетом ТФБ (8Д2.966.063 або 8Д2.966.700)

або:

фiльтр ТФ–10 (ТФ–2М) iз чохлом ТФЧ–16К або ТФЧ–150–200;

фiльтр-сепаратор СТ-2500 або фiльтр-водовiддiлювач ФТВ-1500.

Видача авіабензіна здійснюється через пункт фiльтрування, який повинен мати:

фiльтр ТФ–10 (ТФ–2М) iз чохлом ТФЧ–16К або ТФЧ–150–200;

сепаратор СТ–50–2М iз чохлом 7–183–10.

Передбачені також такі заходи, спрямованi на попередження влучення забруднень у паливо під час його руху вiд нафтоперероб­ного заводу до споживача:

формування груп вiдстійних i роздавальних резервуарiв iз пла­ваючими паливоприймачами, пристроями для відкачування вiдстою;

встановлення повiтряних фiльтрiв на резервуарах, цистернах, баках ПС;

герметизацiя процесiв перекачування палива i заправки для за­хисту вiд пилу i вологи;

застосування стiйких матерiалiв або антикорозiйних покриттiв усерединi резервуарiв на складах ПММ у пальноприймальних системах ПС;

перiодичне вилучення забруднень, які накопичилися, iз резер­вуарiв, їхня очистка i промивка.

У лiнiях зливу реактивного палива з залiзничних цистерн зас­тосовують фiльтри типу ФГН iз чохлами з нетканого матерiалу в два шари.

При роботi фiльтрiв–сепараторiв у його вiдстійнiй зонi накопи­чується вiдокремлювальна вода. Для запобiгання влучення води у фiльтрат, цю воду необхiдно регулярно зливати. Це можна здiйснювати автоматич­но. Суть роботи такого пристрою заснована на поплавковому датчику кiлькостi води, яка зiбралася. Поплавок повинен мати об'ємну густину менше, ніж густина води i бiльше ніж густина гасу. При цьому попла­вок буде завжди знаходитися на поверхнi подiлу води i гасу. В мiру накопичення води поплавок підіймається i через систему тяг вiдкри­ває клапан зливу. Пiсля зливу визначеної частини води з вiдстійної зони фiльтра поплавок опускається, а клапан зливу води закри­вається.

Застосовувана в цивiльнiй авiацiї технологiя очистки палива i iнших ПММ вiд механiчних домiшок забезпечує необхiдну чистоту. Проте матерiальнi витрати на очистку палива i експлуатацiї сис­тем фiльтрацiї є достатньо високими. У зв'язку з цим завжди є акту­альними питання створення нових високо-ефективних засобiв i техно­логiй очистки авiацiйного палива на пiдприємствах ЦА. Найбiльш перспективною очисткою нафто-продуктiв є очистка в силових полях.

Силовi очищувачi порiвняно з механiчними фiльтрами мають нез­начний гiдравлiчний опiр i можуть виконуватися в термостійкому ва­рiантi, але, як правило, мають велику вагу i потребують спецiальне джерело енергiї.