Czym jest oczyszczacz oleju opałowego?
Separator odśrodkowy, znany również jako ‘wirówka’, to urządzenie stosowane do rozdzielania faz płynów na podstawie ich gęstości. Nazwa ‘separator odśrodkowy’ pochodzi od zasady działania urządzenia, które wykorzystuje siłę odśrodkową. Oczyszczacze i klarowniki to rodzaje separatorów odśrodkowych.
3D Oczyszczacz Oleju Opałowego
Ten artykuł koncentruje się na oczyszczaczach oleju opałowego używanych w przemyśle morskim. W całym artykule można zastąpić słowo ‘paliwo’ słowem ‘płyn’ i zastosować wiedzę oraz zasady działania do innych zastosowań i branż, np. oczyszczacz oleju smarowego (zamiast oczyszczacza oleju opałowego). Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o oczyszczaczach oleju opałowego po przeczytaniu tego artykułu, zapraszamy do naszego kursu wideo online na temat podstaw oczyszczaczy i klarowników.
Uwaga: Terminy ‘separator odśrodkowy’ i ‘wirówka’ są często używane zamiennie; nie ma różnicy między tymi dwoma urządzeniami poza terminologią.
Zastosowania separatorów odśrodkowych
Rozdzielanie płynów na ich różne fazy jest wymagane w wielu procesach inżynieryjnych, niektóre powszechne przykłady to:
- Usuwanie ciał stałych i wody z oleju opałowego (woda z oleju napędowego itp.).
- Usuwanie tłuszczu z mleka w celu uzyskania mleka odtłuszczonego (usunięty tłuszcz sprzedawany jest jako śmietana).
- Usuwanie gum i lecytyny z oleju roślinnego (poprawia jakość oleju, gumy sprzedawane są jako produkt uboczny).
- Usuwanie wody z mokrej odzieży (pralki).
Morski system paliwowy
Ten artykuł koncentruje się na oczyszczaczach oleju opałowego używanych w systemie paliwowym statku, tj. oczyszczaczach, które usuwają wodę i zanieczyszczenia z oleju opałowego. Typowy system oleju opałowego dla dużego statku handlowego (kontenerowiec, tankowiec itp.) pokazano poniżej. ‘Wirówki’ mogą być zarówno oczyszczaczami, jak i klarownikami, w zależności od wymagań systemu.
System paliwowy statku handlowego
Statki handlowe tradycyjnie spalały ciężki olej opałowy (HFO), ale to się zmieniło w ciągu ostatniej dekady z powodu nowych przepisów ochrony środowiska. Statek spalający olej napędowy nie będzie wymagał grzejników w systemie paliwowym, ponieważ paliwo płynie swobodnie w większości warunków (niska lepkość). Ciężki olej opałowy wymaga grzejników w zbiornikach paliwa i każdym pośrednim zbiorniku magazynowym z powodu jego wysokiej lepkości (wysoki opór przepływu, tj. jest ‘gęsty’ w niższych temperaturach i nie płynie swobodnie).
Jaka jest różnica między oczyszczaczem a klarownikiem?
Oczyszczacze i klarowniki to rodzaje separatorów odśrodkowych. Oczyszczacz jest zaprojektowany do rozdzielania faz płynów i zanieczyszczeń. Klarownik jest zaprojektowany do rozdzielania tylko zanieczyszczeń. Na przykład, oczyszczacz oleju opałowego oddzieli wodę od paliwa, które reprezentują różne fazy płynów, a także oddzieli stałe zanieczyszczenia, takie jak cząstki rdzy, cząstki żelaza, cząstki aluminium itp. od paliwa. Klarownik oddzieli tylko stałe zanieczyszczenia od paliwa, nie oddzieli wody od paliwa.
Przepływ płynu do i z oczyszczacza
Powyższy obraz pokazuje oczyszczacz zasilany brudnym olejem opałowym. Czysty olej i woda są ciągle odprowadzane z oczyszczacza (strzałki w dół). Wszelkie ciała stałe/zanieczyszczenia w brudnym paliwie będą gromadzić się w oczyszczaczu i muszą być okresowo usuwane.
Porównanie oczyszczacza i klarownika
Istnieje kilka ważnych różnic między oczyszczaczem a klarownikiem:
- Oczyszczacze mają dysk grawitacyjny, klarowniki nie.
- Oczyszczacze wymagają wody uszczelniającej, klarowniki nie.
- Oczyszczacze oddzielają wodę i zanieczyszczenia, klarowniki oddzielają tylko zanieczyszczenia.
Wewnętrzne części oczyszczacza oleju opałowego
Wewnętrzne części oczyszczacza można w przybliżeniu podzielić na jednorazowe i niejednorazowe. Części jednorazowe to uszczelki i pierścienie O; części niejednorazowe to wszystkie inne części. Powszechne wewnętrzne części oczyszczacza oleju opałowego z automatycznym odmulaniem pokazano poniżej.
Wewnętrzne części oczyszczacza oleju opałowego
Wewnętrzne części oczyszczacza oleju opałowego składają się z:
- Pierścień blokujący (‘Pierścień blokujący’) – górny i dolny pierścień blokujący. Górny pierścień blokujący nazywany jest ‘dużym pierścieniem blokującym’, a dolny pierścień blokujący nazywany jest ‘małym pierścieniem blokującym’.
WAŻNE
Pierścienie blokujące mają lewy gwint, tj. muszą być obracane w lewo, aby je dokręcić, a w prawo, aby je poluzować. Inne wewnętrzne części również używają lewego gwintu!
- Pokrywa misy – mocuje się do korpusu misy, tworząc zamknięty pojemnik.
- Dysk górny – utrzymuje rurę wlotową i wylotową, dyski parujące i dysk grawitacyjny w pozycji nad stosami dysków.
- Rura wlotowa i wylotowa – płyny wchodzą do misy i są z niej odprowadzane przez to połączenie.
- Dysk grawitacyjny – ustawia interfejs między paliwem a wodą w oczyszczaczu. Klarowniki nie mają dysku grawitacyjnego, ponieważ nie oddzielają wody od paliwa.
- Dyski misy – dyski misy są prasowane razem na dystrybutorze, tworząc stos dysków.
- Automatyczne odmulanie – zawór spustowy, zawór operacyjny, uchwyt i pierścień wody operacyjnej są używane do kontrolowania operacji odmulania oczyszczacza z automatycznym odmulaniem (omówione później w artykule).
- Korpus misy – tworzy dolną część zamkniętego pojemnika; górną część pojemnika stanowi pokrywa misy.
Wszystkie części oczyszczacza oleju opałowego muszą być wykonane z dokładnością do tolerancji z powodu wysokich prędkości roboczych, przy których działają. Wszelkie niedoskonałości obecne na wewnętrznych częściach spowodują nierównowagę podczas pracy oczyszczacza, co będzie miało szkodliwy wpływ na oczyszczacz. Każda z części oczyszczacza ma kod produkcyjny wytłoczony/wytłoczony na swojej powierzchni, aby zapewnić możliwość zamówienia odpowiedniej części zamiennej od producenta (producent równoważy każdą z części w fabryce i rejestruje ich charakterystyki). Części oczyszczacza nie powinny być wymieniane między maszynami!
Zewnętrzne części oczyszczacza oleju opałowego
Zewnętrzny wygląd każdego oczyszczacza oleju opałowego różni się znacznie, jednak istnieją pewne wspólne części obecne w większości oczyszczaczy.
Zewnętrzne części oczyszczacza oleju opałowego
Niektóre z najważniejszych części omówiono bardziej szczegółowo poniżej.
- Hamulec – do spowalniania maszyny. Hamulec powinien być stosowany, gdy oczyszczacz nie obraca się już, lub gdy obraca się z bardzo małą prędkością.
- System olejowy – składający się z korka spustowego, korka wlewu i szkła kontrolnego poziomu oleju. Olej smarowy dodaje się przez korek wlewu i spuszcza przez korek spustowy. Szkło kontrolne poziomu oleju umożliwia wizualną kontrolę poziomu oleju (poziom oleju powinien znajdować się między oznaczeniami minimum a maksimum na szkle kontrolnym).
- Licznik prędkości – wyświetlający prędkość obrotową jednostki w obrotach na minutę (rpm).
- Silnik napędowy – elektryczny silnik indukcyjny połączony za pomocą przekładni lub paska z wałem napędowym oczyszczacza. Prędkość obrotowa silnika jest zazwyczaj regulowana za pomocą napędu o zmiennej prędkości (VSD)/napędu o zmiennej częstotliwości (VFD).
- Połączenia – dla brudnego paliwa, wody i czystego paliwa.
Napędy oczyszczaczy oleju opałowego
Oczyszczacze oleju opałowego mogą być napędzane przekładnią lub paskiem. Układ oczyszczacza napędzanego przekładnią pokazano poniżej.
Oczyszczacz oleju opałowego napędzany przekładnią
Oczyszczacze oleju opałowego napędzane paskiem są również dość powszechne; układ pokazano poniżej.
Oczyszczacz oleju opałowego napędzany paskiem
Przekładnie w oczyszczaczu oleju opałowego są wykonane ze stali nierdzewnej i nie zużywają się znacznie z upływem czasu, dlatego są rzadko wymieniane. Paski muszą być wymieniane często, ponieważ zużywają się z upływem czasu i tracą swoją wytrzymałość na rozciąganie, co prowadzi do ich rozciągania (wydłużania).
Teoria oczyszczaczy oleju opałowego
Aby zrozumieć, jak działa oczyszczacz - a właściwie jak działa każda wirówka -, konieczne jest zrozumienie pojęcia gęstości i siły odśrodkowej.
Gęstość
Gęstość można opisać jako ciężar czegoś w odniesieniu do jego objętości. Ciężki obiekt (duży ciężar) o małej objętości jest uważany za bardzo gęsty. Lekki obiekt (niski ciężar) o dużej objętości jest uważany za mało gęsty. Na przykład, metal ołowiany jest uważany za bardzo gęsty, ponieważ ma wysoki stosunek ciężaru do objętości.
Jeśli dwa płyny o różnych gęstościach są zmieszane, oddzielą się one według gęstości, jeśli pozostaną nieporuszone. Poniższy diagram pokazuje zbiornik wypełniony brudnym olejem opałowym, tj. olejem opałowym zawierającym wodę i zanieczyszczenia.
Zbiornik oleju opałowego
Powyższy proces można opisać jako:
- Lewy obraz pokazuje zbiornik paliwa pełen brudnego oleju opałowego.
- Środkowy obraz pokazuje stan zbiornika po odczekaniu pewnego czasu, np. 24 godzin.
- Prawy obraz pokazuje stan zbiornika po spuszczeniu wody ze zbiornika.
Patrząc na środkowy obraz, zauważ, że woda w paliwie zgromadziła się na dnie zbiornika, ponieważ jest gęstsza niż paliwo. Lżejsze płyny zawsze będą wypierane przez gęstsze płyny, jeśli pozostaną nieporuszone, tj. gęstsze płyny opadają poniżej lżejszych płynów. Woda jest zazwyczaj uważana za ‘ciężką’, a większość olejów opałowych - i olejów roślinnych - zostanie przez nią wyparta, jeśli zostaną zmieszane w pojemniku. Opisany rodzaj separacji nazywany jest ‘separacją grawitacyjną’, lub ‘separacją z powodu grawitacji’.
Olej roślinny wyparty przez wodę
Siła odśrodkowa
Siła odśrodkowa nie jest prawdziwą siłą, jest to fikcyjna (nieprawdziwa) siła używana do wyjaśnienia drugiego prawa ruchu Newtona. Drugie prawo ruchu Newtona opisuje:
Zmiana ruchu obiektu jest proporcjonalna do przyłożonej siły; i odbywa się w kierunku linii prostej, w której siła jest przyłożona.
W celach inżynieryjnych najlepiej wyobrazić sobie, że siła odśrodkowa to siła zewnętrzna wywierana na obracający się obiekt. Na przykład, poniższy obraz pokazuje dwie siły działające na Ziemię, siłę dośrodkową i siłę odśrodkową. Jeśli siła dośrodkowa powoduje, że Ziemia jest przyciągana w stronę słońca, inna siła jest wymagana, aby utrzymać Ziemię na jej orbicie; tą siłą jest siła odśrodkowa.
WAŻNE – wyjaśnienie podane powyżej nie jest ściśle poprawne w kategoriach fizyki Newtonowskiej, ale bardziej szczegółowe wyjaśnienie wykracza poza zakres tego artykułu.
Siły odśrodkowe i dośrodkowe
Możliwe jest zwiększenie siły odśrodkowej wywieranej na obiekt poprzez zwiększenie jego prędkości obrotowej. Kiedy obiekt jest utrzymywany w punkcie centralnym i przyłożona jest siła, obiekt będzie obracał się wokół tego punktu, ponieważ siły dośrodkowe i odśrodkowe są zrównoważone. Jeśli obiekt zostanie uwolniony, będzie poruszał się po ścieżce pod kątem prostym do punktu obrotu; można to zobaczyć na poniższym obrazie mężczyzny obracającego dziecko w kółko.
Przykład siły odśrodkowej
Widać, że kiedy obiekt obraca się z prędkością, siły działają na ten obiekt. Kiedy płyn obraca się z prędkością, siły działają na płyn, powodując jego rozdzielenie na różne fazy. Gęstsze fazy przemieszczają się dalej od punktu obrotu i wypierają lżejsze fazy w procesie. Na przykład, jeśli zamknięty cylindryczny pojemnik byłby pełen brudnego oleju opałowego i obracany bardzo szybko wzdłuż swojej osi środkowej, cząsteczki wody przemieszczałyby się na zewnątrz pojemnika, a cząsteczki oleju byłyby wypychane w stronę środka pojemnika; gęste zanieczyszczenia w brudnym paliwie wypierałyby wodę i gromadziły się na najbardziej zewnętrznej krawędzi pojemnika.
Separacja oczyszczacza oleju opałowego
Jak działają oczyszczacze oleju opałowego (Podstawowe)
Oczyszczacz oleju opałowego to zamknięty pojemnik, który jest obracany z dużą prędkością przez silnik elektryczny. Płyn jest wprowadzany do pojemnika, a ruch obrotowy (energia kinetyczna) pojemnika jest przekazywany płynowi. W miarę jak energia jest przekazywana płynowi, zaczyna się on rozdzielać na swoje fazy (woda i olej) z powodu różnic w gęstości; zanieczyszczenia gromadzą się na zewnętrznej krawędzi pojemnika, ponieważ są to najcięższe cząstki zawieszone w płynie. Woda i czyste paliwo są ciągle odprowadzane z oczyszczacza, podczas gdy zanieczyszczenia są usuwane okresowo.
Uwaga - ‘pojemnik’ jest tworzony przez zaciskanie korpusu misy i pokrywy misy razem.
Jak działa oczyszczacz oleju opałowego (Szczegółowe)
Brudny olej opałowy jest wprowadzany do oczyszczacza przez wlot brudnego paliwa. Brudny olej opałowy wchodzi do pokrywy oczyszczacza i przepływa w dół przez dystrybutor i wychodzi z jego podstawy. Z podstawy dystrybutora brudny olej opałowy przepływa w górę przez stos dysków. Przepływ przez stos dysków odbywa się przez małe otwory znajdujące się na zewnętrznej krawędzi każdego z dysków.
Wewnętrzne komponenty oczyszczacza oleju opałowego
Separacja wody i zanieczyszczeń odbywa się między dyskami stosu dysków. Cząsteczki wody koagulują na spodzie każdego dysku i przemieszczają się na zewnątrz w stronę krawędzi misy; obce cząstki i inne zanieczyszczenia również przemieszczają się w stronę krawędzi misy. ‘Czysty olej opałowy’ (paliwo bez wody i zanieczyszczeń) przemieszcza się na szczyt stosu dysków i jest wyciągane przez połączenie wylotowe czystego oleju.
Stos dysków oczyszczacza
Woda gromadzi się na wewnętrznej powierzchni misy oczyszczacza, aż osiągnie wystarczającą objętość, aby przepłynąć wokół dysku grawitacyjnego i wyjść przez połączenie wylotowe wody. Często można zobaczyć strużkę wody z połączenia wylotowego wody, gdy oczyszczacz jest w eksploatacji, ale ilość oddzielonej wody zależy w dużej mierze od rodzaju paliwa i jego zawartości wody.
Wyloty wody i czystego paliwa
Zanieczyszczenia gromadzą się na wewnętrznej powierzchni misy oczyszczacza i mogą być usuwane automatycznie za pomocą automatycznego odmulania, lub muszą być usuwane ręcznie.
Konserwacja oczyszczaczy
Oczyszczacze i klarowniki wymagają stosunkowo niewielkiej konserwacji. Interwencje konserwacyjne są klasyfikowane jako ‘małe’ lub ‘duże’, i odbywają się w zaplanowanych odstępach na podstawie czasu (godziny serwisowe) lub daty (dni od ostatniego serwisu, niezależnie od godzin serwisowych).
Mały serwis
Mały serwis będzie wymagał jedynie oczyszczenia oczyszczacza i wymiany uszczelek i/lub pierścieni O. Części zamienne potrzebne do małego serwisu są dostarczane w zestawie do małego serwisu.
Duży serwis
Duży serwis obejmuje mały serwis i inne dodatkowe zadania. Duży serwis wymaga użycia wielu więcej części zamiennych, takich jak łożyska i wały itp. Części zamienne potrzebne do dużego serwisu są dostarczane w zestawie do dużego serwisu.
Dlaczego używać wirówek zamiast separacji grawitacyjnej?
Proces separacji grawitacyjnej jest zbyt wolny, aby można go było używać w większości procesów przemysłowych. Wiele procesów przemysłowych wymaga dużych, ciągłych objętości płynów, a nie jest to możliwe do osiągnięcia, polegając tylko na separacji grawitacyjnej. Oprócz niskich objętości, jakość wyjścia jest również trudna do określenia w porównaniu do używania wirówki.
Separacja odśrodkowa zachodzi, ponieważ efekty grawitacji są symulowane i wzmocnione w oczyszczaczu. Kiedy oczyszczacz obraca się z dużą prędkością, fazy płynów w oczyszczaczu rozdzielają się z powodu zwiększonych sił, na które są narażone. Astronauci doświadczają podobnej sytuacji, gdy są poddawani zwiększonej sile grawitacyjnej (g-force) jako część ich treningu przed wejściem w przestrzeń kosmiczną. Są umieszczani w kokpicie i obracani z dużą prędkością, aby symulować zwiększoną siłę grawitacyjną; rodzaj maszyny używanej do tego nazywa się ‘wirówką dla ludzi’. Maszyna pokazana poniżej jest w stanie dostarczyć 20g (20 x siła grawitacji Ziemi). Tego rodzaju trening okazał się cenny, ponieważ krew odpływa z mózgu, gdy siła g wzrasta, co może powodować widzenie tunelowe i omdlenia; trening na tę ewentualność zwiększa prawdopodobieństwo, że astronauta zidentyfikuje i rozwiąże sytuację, zanim stanie się krytyczna.
20 g Wirówka dla ludzi
Jak działa automatyczne odmulanie oczyszczacza oleju opałowego
Większe oczyszczacze oleju opałowego są wyposażone w funkcję automatycznego odmulania. W miarę jak misa oczyszczacza staje się brudna, średnica robocza misy stopniowo się zmniejsza, a wydajność jednostki spada. W starszych oczyszczaczach konieczne było częste otwieranie oczyszczacza w celu oczyszczenia zanieczyszczeń/szlamu z wewnętrznej powierzchni misy oczyszczacza, ale funkcja automatycznego odmulania pozwala na przepłukanie oczyszczacza wodą i odmulenie bez konieczności jego otwierania.
Operacja automatycznego odmulania
Operacja odmulania jest realizowana za pomocą systemu sterowania hydraulicznego umieszczonego pod ślizgową misą oczyszczacza (mała misa umieszczona w głównej misie). Woda jest spuszczana z systemu, co powoduje, że ślizgowa misa przesuwa się w dół, odsłaniając porty odmulania. Szlam jest odprowadzany przez porty wylotowe w misie oczyszczacza, następnie woda (woda operacyjna) ponownie napełnia komorę pod ślizgową misą, co powoduje, że ślizgowa misa podnosi się i ponownie zakrywa porty wylotowe szlamu.