УДК 62

СИСТЕМЫ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТЕЙ ОТ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ В ПОТОКЕ

Бондаренко Василий Парфениевич
независимый исследователь; инженер

Аннотация
Кратко рассмотрен вопрос использования в последние годы гидродинамических фильтров, еще раз отмечены неоспоримые преимущества гидродинамических фильтров даже в сравнении с ближайшими конкурентами и показаны пути расширения их внедрения.

Ключевые слова: гидродинамические фильтры, Системы гидродинамической очистки жидкостей


SYSTEMS OF HYDRODYNAMIC CLEANING LIQUIDS FROM SOLIDS IN THE FLOW

Bondarenko Vasiliy Parfenievich
Independent researcher; engineer

Abstract
Briefly reviewed the use in recent years of hydrodynamic filters, once again marked the undeniable advantages of hydrodynamic filter, even when compared to its closest competitors and shown ways to enhance their implementation.

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Бондаренко В.П. Системы гидродинамической очистки жидкостей от механических примесей в потоке // Современные научные исследования и инновации. 2012. № 3 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2012/03/10598 (дата обращения: 02.06.2017).

Потребность в очистке сливных промышленных и коммунальных стоков и оборотной технической воды с каждым годом возрастает. Удовлетворяется она расширяющимся использованием различного рода фильтров и устройств. В настоящее время важную роль в данном вопросе играют и неполнопоточные гидродинамические фильтры высокой производительности [1]. Несмотря на примерно 40-летнюю известность гидродинамических фильтров, на пост советском пространстве они только в начале 21-го века начали использоваться для очистки значительно больших потоков жидкости от механических примесей. Неполнопоточными они названы потому, что, с целью обеспечения непрерывной выдачи фильтрата, часть потока очищаемой в них жидкости используется для непрерывной регенерации фильтрующей поверхности их фильтроэлементов и удаления загрязнений из них по назначению, например, в канализацию, в оборотный цикл или потребителю, имеющего возможность ее использования. Количество сливаемой жидкости при этом зависит от ряда факторов, в том числе и от конструкции гидродинамических неполнопоточных фильтров, называемых в последние годы гидродинамическими очистителями. Заслуживают внимания ныне известные гидродинамические очистители высокой производительности типа “цилиндр в конусе” [2,3], “цилиндр в цилиндре” [4,5], “шар в шаре” [6,7] и “дисковый с центральным сливом” [8,9]. Преимущества этих очистителей неоспоримы даже в сравнении с их ближайшими конкурентами, называемыми самоочищающимися фильтрами с обратной промывкой фильтратом [10]. Чем еще можно удивить специалистов по фильтрам, если еще раз отметить сказанное в работе [10] о том, что гидродинамические очистители: простые в изготовлении; удобные и минимально затратные в обслуживании и, в простом исполнении, вообще не нуждаются в традиционном техническом обслуживании в течении ряда лет; имеют самые низкие потери давления, стабильные в ходе очистки перепад давления и тонину очистки, а так же возможность очистки жидкостей с более высокой температурой; высоко надежны в работе, благодаря отсутствию вращающихся и трущихся узлов; пожаро и взрывобезопасны, что без дополнительных мер и затрат обеспечивает их применение в таких местах; не нуждаются в дополнительных видах энергии, что без дополнительных затрат обеспечивает их установку в любом удобном месте; значительно дешевле своих ближайших конкурентов; в них при снижении производительности по фильтрату степень очистки повышается, а при необходимости в ходе очистки возможно изменение ее тонины.

Имевшая место в прошлом столетии информация, что потери жидкости на саморегенерацию в неполнопоточных гидродинамических фильтрах составляет 20-30%, уже устарела. Тем более, что она основывалась в основном на результатах работы таких фильтров в довольно тяжелых условиях очистки и в основном по очистке жидкостей средней вязкости, причем в конструкции фильтра с самым большим сливом. Ныне при очистке маловязких жидкостей в очистителях типа “цилиндр в конусе” и “цилиндр в цилиндре”, назовем их очистителями первой группы, в простом варианте их изготовления потери сливаемой части жидкости на регенерацию составляют 6-17% от исходной, а в очистителях типа “шар в шаре” и “дисковых с центральным сливом”, т.е. в очистителях второй группы, они могут не превышать 2%.

С учетом выше сказанного можно утверждать, что степень внедрения гидродинамических очистителей на данный момент является недостаточной. Но известно, что она зависит не только от имеющих место преимуществ любого изделия, а и от известности фирмы изготовителя, ее репутации, создающейся годами, личностных качеств менеджеров по продажам и покупкам и т.п. И, к сожалению, при этом остается очень важной и личная заинтересованность договаривающихся сторон, которая, мягко говоря, не всегда способствует реализации наиболее совершенного вида изделия. Но в данном случае рассматривается только техническая сторона затронутого вопроса.

С целью расширения возможностей использования гидродинамических очистителей разработано ряд схем очистки жидкости от твердых загрязнений в потоке, часть которых описана в разных источниках. Но большего их понимания можно достичь, если всех их представить в сравнении. Одна из таких систем представлена на рис. 1.


Рисунок 1 – Схема 1 гидродинамической очистки

1 – гидродинамический очиститель; 2,3 – расходомеры:

4,5 – манометры; 6,7 – регулирующие органы; 8,9 – запорные органы.

Жидкость под давлением и непрерывным потом по трубопроводу с запорным органом 9 поступает в очиститель 1, где она разделяется на два потока, из которых один из них в виде концентрата (слива) покидает очиститель по сливному трубопроводу с регулирующим органом 6 и расходомером 2, а другой поток в виде фильтрата – по трубопроводу с регулирующим органом 7 и расходомером 3. Количественную настройку потоков ведут с помощью регулирующих органов 6 и 7 по показаниям расходомеров 2 и 3 до достижения непрерывной выдачи фильтрата без участия персонала и даже автоматики. Далее система работает непрерывно без какого-либо участия обслуживающего персонала до момента отсутствия потребности в фильтрате. Контроль работы ведется по показаниям манометров 4 и 5.

Это самая распространенная схема подключения гидродинамических очистителей в поток загрязненной жидкости. Наибольшая эффективность работы этой схемы достигается при использовании очистителей второй группы, так как потери жидкости при этом минимальные. Но производственники предпочитают ее и при использовании очистителей первой группы из-за простоты и отсутствия необходимости обслуживания, пренебрегая при этом потерями жидкости в 4-13% от исходной или используя всю сливаемую часть жидкости для других технологических целей. Последний случай, например, имеет место в системе гидродинамической очистки воды, более 10 лет успешно работающей в листопрокатном цехе Мариупольского меткомбината на стане 1700 [11].

Недостаток схемы 1 в том, что при использовании очистителей первой группы в простом исполнении, т.е. без каких-либо усовершенствований, имеют место большие потери воды, что ограничивает ее использование.

Очевидно, что устранить этот недостаток можно за счет уменьшения количества сливаемой части воды. Это возможно, например, если часть ее вернуть обратно на вход очистителя 1. Как это сделать представлено схемой на рис. 2.


Рисунок 2 – Схема 2 гидродинамической очистки

  1. гидродинамический очиститель; 2 – эжектор; 3,4 – расходомеры;

5,6 – регулирующие органы; 7,8,9 – запорные органы; 10,11 – манометры.

Из схемы 2 очевидно, что возврат части сливаемой жидкости с выхода очистителя 1 возможен с помощью эжектора 2, установленного на подающем трубопроводе перед очистителем 1, если его камеру пониженного давления соединить посредством циркуляционного трубопровода с регулирующим органом 8 со сливным трубопроводом перед его регулирующим органом 6. При этом часть жидкости, которая должна сливаться из выхода очистителя 1, с помощью регулирующих органов 6 и 8 и эжектора 2 направляется снова на вход очистителя 1. Контроль работы системы и ее настройка на непрерывную фильтрацию ведется с помощью манометров 10 и 11.

Но при этом имеет место многократная циркуляция загрязнений большого размера через очиститель 1, что сказывается на стойкости фильтрующего материала, например, металлической сетки, что сокращает цикл непрерывной работы очистителя. Особенно это заметно в очистителях с малым диаметром проволоки фильтрующей сетки. Кроме того, при многократной циркуляции одних и тех же загрязнений также возможно их измельчение, что скажется на повышении концентрации фильтрата.

Очевидно, что избавиться от этих недостатков можно в том случае, если циркуляцию крупных загрязнений не производить, а избавиться от них еще до очистителя 1. Это возможно сделать в фильтрах грубой очистки непрерывного действия, которые обычно представляют собой блок из двух параллельно подключенных и поочередно работающих фильтров. Одним из них может быть, например, фильтр ООО “Океанмашэнерго” (Украина). Такой вариант системы представлен на рис. 3.


Рисунок 3 – Схема 3 гидродинамической очистки

1 – гидродинамический очиститель; 2 – фильтр грубой очистки;

3,4 – расходомеры; 5,6 – регулирующие органы; 7,8,9 – запорные органы;

10,11 – манометры.

Но традиционные фильтры грубой очистки требуют обслуживания как для гарантии очистки фильтрующей поверхности, так и для ее замены, причем в большей части случаев это выполняется вручную. Безусловно, это в свою очередь ограничивает применение такой схемы очистки жидкости и требует ее усовершенствования. Очевидно, что избавиться от этого недуга можно лишь тогда, когда фильтр грубой очистки не будет требовать обслуживания и остановки работы системы очистки. И если такой фильтр существует, то он на столько сложен и автоматизирован, что не всегда вызывает доверия потребителя, требует нового вида обслуживания, а иногда и увеличения штата. Как это сделать проще представлено на рис. 4.


Рисунок 4 – Схема 4 гидродинамической очистки

1 – гидродинамический очиститель; 2 – гидроциклон; 3 – эжектор;

4, 5 – расходомеры; 6-9 – регулирующие органы; 10 – запорный орган;

11-13 – манометры.

В схеме гидродинамической очистки, представленной на рис. 4, в качестве фильтра грубой очистки принят гидроциклон 2, который известен своей простотой и не требует обслуживания при нормальных условиях очистки. Но из рис. 4 видно, что в схему 4 очистки введен и эжектор 3. Это объясняется тем, что системы 3 и 4 могут работать оптимально и без эжектора 3, но в том случае, если потери жидкости удовлетворяют потребителя. Суть в том, что в гидродинамических очистителях большой производительности, например типа “цилиндр в цилиндре”, существуют конструктивные проблемы с созданием ширины зазора менее 6-8 мм, определяющей количество сливаемой Части жидкости, а это значит, что и слив жидкости минимизировать до требуемого значения не возможно и он остается большим заданного потребителем. Поэтому при таком зазоре часть сливаемой жидкости возвращают на вход очистителя посредством разрежения, создаваемого эжектором 3. В таких случаях он необходим и в схеме 4 очистки. Контроль работы системы ведется по манометрами 11-13.

Такая система более 10 лет успешно работает на стане 150 Макеевского меткомбината. Из-за ее значимости для стана и места расположения она находится под круглосуточным контролем оператора.

До этого момента рассматривались системы очистка жидкости с крупными загрязнениями. Но при очистке технологических жидкостей чаще всего имеет место потребность очистки жидкостей мощных потоков с загрязнениями, например, до 5 мм. В этом случае нет потребности в эжекторе на входе в очиститель 1, так как отмеченная выше многократная циркуляция не всегда полезна. Но при этом имеется острая потребность в снижении потерь технологической жидкости. Как видно из сказанного выше это можно сделать, если схему 1 совершенствовать до вида, представленного ниже на рис. 5. Такая схема есть частью схемы изделия, выпускаемого ООО “Хорин” (Украина) и разница лишь в том, что в нем имеют место два параллельно подключенных циклона, а перед очистителем установлен фильтр грубой очистки.


Рисунок 5 – Схема 5 гидродинамической очистки

1 – гидродинамический очиститель; 2 – гидроциклон; 3 – эжектор;

4, 6 – расходомеры; 7-9 – регулирующие органы; 10 – запорный орган;

11-13 – манометры.

Для снижения потерь жидкости на сливе очистителя 1 устанавливают гидроциклон 2, а на его выходе – эжектор 3, камера пониженного давления которого соединена с выходом гидроциклона 3, где он называется сливом. При этом песковый затвор гидроциклона 3 снабжают регулирующим органом 9 и расходомером 6. Контроль работы системы ведется по показаниям манометров 11-13. Так как степень очистки в циклонах может даже превышать степень очистки в гидродинамических фильтрах, то подача очищенной в нем части жидкости в фильтрат, что получают на выходе очистителя 1, снижает потери очищаемой жидкости. Но так же очевидно и то, что если очищаемая жидкость содержит загрязнения, которые в циклоне 2 не улавливаются, то они могут попасть в фильтрат через эжектор 3, что свидетельствует о том, что такая схема в этом случае не приемлема.

Очевидно, что выходом из такого положения является усовершенствование гидроциклона с целью исключения поступления загрязнений в фильтрат, что усложняет его конструкцию с вытекающими последствиями, или возвращать эту очищенную часть жидкости в циклоне на вход очистителя 1 с помощью эжектора. При этом крупные загрязнения сбрасываются из системы и циркуляции не подлежат, что улучшает качество получаемого фильтрата в сравнении с фильтратом, получаемом в системе очистки, реализуемой по выше приведенной схеме 5.


Рисунок 6 – Схема 6 гидродинамической очистки

1 – гидродинамический очиститель; 2 – эжектор; 3 – гидроциклон;

4, 6 – расходомеры; 7-10 – регулирующие органы; 11 – запорный орган;

12-14 – манометры.

Но несмотря на то, что все выше описанные схемы очистки жидкости от механических примесей отличаются одна от другой, всем им присущ один и тот же недостаток. Он состоит в том, что в момент запуска очистителя в работу, когда гидродинамический принцип очистки еще не работает, в фильтрат могут попасть загрязнения, размеры которых в нем не допустимы. Это вызвано тем, что гидродинамический принцип очистки основан и на том, что перфорации (ячейки) фильтрующей поверхности могут быть в несколько раз большими по размеру, чем максимально допустимый размер загрязнений в фильтрате [12]. Конечно, можно использовать сетки с ячейками, немного меньшими размерами чем допустимый размер загрязнений, но при этом резко возрастают габариты очистителя и его стоимость. И то и другое не всех потребителей устраивает. Поэтому, в этом случае систему очистки с гидродинамическим очистителем пополняют сливным трубопроводом первичного фильтрата. На схемах 1-6 он представлен трубопроводом с запорным органом: на схемах 1 – поз. 8, на схемах 2,3 – поз. 7, на схемах 4 и 5 – поз. 10, на схеме 6 – поз. 11. Причем, характерной особенностью этих систем очистки жидкости является то, что с этой целью регулирующий орган на сливном трубопроводе никогда полностью не закрывается, а запуск гидродинамического очистителя 1 проводят по специально разработанной инструкции, заслуживающей отдельного внимания.

Ближайшей перспективой очистителей производительностью примерно до 1000 кубов в час является простой в изготовлении и эффективный в работе гидродинамический дисковый очиститель с центральным сливом загрязнений [8,9], а для всех гидродинамических очистителей – их идеальные варианты, т.е. очистители с постоянной продольной скоростью жидкости в их напорных каналах, обеспечивающей минимальные потери давления, равномерность очистки и постоянство ее тонины по всей фильтрующей поверхности фильтроэлемента очистителя.

Так же, с целью расширения внедрения гидродинамических очистителей в производство, ведется постоянное усовершенствование их конструкций, о чем свидетельствуют, например, патенты Украины №№ 48715, 52418, 54092, 56352, 64670, 76829, 80483.


Библиографический список
  1. ООО ПКП “Вектор”. Внедрение гидродинамических фильтров “цилиндр в цилиндре”. http://www.pkpvector.ru/product/info.php
  2. Miller Wendell. Filtering apparat. U.S. Patent № 4517088. 1985 / http://ru.espasenet.com/.
  3. Коваленко В.П., Финкельштейн З.Л. и др. Гидродинамические фильтры для очистки нефтепродуктов. – Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 1985, №5.
  4. Патент Украины № 46507, В01D 29/23, 35/02, Бюл. № 2, 2009 г.
  5. Патент Украины № 64598, В01D 37/00, Бюл. № 7, 2005г.
  6. Патент Украины № 75525, В01D 37/00, Бюл. № 4, 2006 г.
  7. Патент Украины № 76243, В01D 29/11, Бюл. № 7, 2006 г.
  8. Патент Украины на полезную модель № 54061, В01D 37/00, 61/14, Бюл. № 20, 2010 г.
  9. Чебан В.Г., Антоненко С.С. Повышение эффективности гидродинамической очистки жидкости в плоском напорном канале. Вестник Сум ГУ. Серия “Технические науки”, № 3, Том 1, стр. 160-167.
  10. Чебан В.Г. Преимущества, недостатки и перспективы самоочищающихся очистителей жидкостей. Сборник научных трудов Донбасского государственного технического университета. Вып.30 – Алчевск: ДонГТУ, 2010, стр. 177-183.
  11. Финкельштейн З.Л., Финкельштейн Л.З. “Опыт применения фильтров сверхвысокой производительности для очистки промышленных стоков”. – Вестник МАНЭБ, т.8, № 5 (65), С-Пб., 2003 – С.94-97.
  12. Бондаренко В.П. “О достоверности сути гидродинамической очистки жидкости в некоторых публикациях”. //Современные научные исследования и инновации”. – Февраль. 2012. http://web.snauka.ru/issues/2012/02/9199.


Все статьи автора «bvp»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: