Очистка топлива электрическим полем

В последние годы широко применяют электрические поля для разделения дисперсных сред: в нефтеобрабатывающей промышленности для обезвоживания и обессоливания сырой нефти и нефтепродуктов в электрогидраторах.

Сте­пень обезвоживания нефтепродуктов в этих установках до 0,03—0,1 %. Поэтому возможно их применение и для очи­стки топлив на судах и бункеровочных базах. Частицы механических примесей при трении о жидкость, получив электрический заряд, притягиваются соответствующими электродами, создающими электрическое поле в очищае­мом топливе (рис. 30, а). Возникающие силы электрическо­го притяжения частиц к электродам должны преодолеть силы сопротивления жидкой среды движению этой части­цы. Силу притяжения, при которой частицы начинают дви­гаться к электродам, молено определить по формуле

где Е — напряженность электрического поля, В/м;

? — диэлектрическая проницаемость топлива;

µ_т—динамическая вязкость топлива, Па·с;

Q — объемный расход топлива, м³/с;

d — диаметр частицы загрязнения, м;

е — общий электрический заряд электрода, Кл.

Из приведенной формулы (40) видно, что сила притяже­ния Р_п зависит как от электрических, так и физических свойств очищаемого топлива, напряженность электрическо­го поля от длины и площади электродов, а также расстоя­ния между ними. Чем больше напряженность электричес­кого поля, при прочих равных условиях, тем более мелкие частицы загрязнений будут притягиваться к электродам.

Несколько иначе очищается топливо от воды. В соответ­ствии с дипольной теорией обезвоживания нефтепродуктов под действием сил электрического поля нейтральные заря­ды эмульгированных в топливе капель воды перераспре­деляются и образуют диполи, которые ориентируются вдоль силовых линий поля, притягиваются одни к другим и сливаются (рис. 30, б), а после укрупнения выпадают в отстой. Процессу слияния капель способствуют также силы межмолекулярного притяжения, которые при сбли­жении капель сильно возрастают,

где r — радиус капли, м;

l — расстояние между каплями, м.

Как видно из формулы (41), при коалесценции капель большую роль играет размер капли и расстояние между ними.

При расстояниях между каплями, соизмеримых с их размерами, силы притяжения превышают силы внешнего электрического поля, действующие на эти капли. Роль поля в этом случае заключается в создании условий для образо­вания в них наведенного поляризационного дипольного момента. Скорость коагуляции эмульсии в значительной степени зависит от концентрации дисперсной фазы. В по­лидисперсной водотопливной эмульсии по мере слияния капель и выпадения их в отстой расстояние между каплями увеличивается, а их средний радиус уменьшается, так как во взвешенном состоянии остаются наиболее мелкие капли. Поэтому процесс коагуляции в однородном поле практи­чески прекращается, если доля водной дисперсной фазы составляет примерно 0,1 %.

В табл. 22 приведена длительность отстаивания капелек воды из топлива ТС-1 в гравитационном и электрическом полях. Опыты проводили в электрическом поле, созда­ваемом электрогидратором с вертикальными пластинча­тыми электродами, образующими однородное поле постоян­ного тока напряженностью 2 кВ/см. Данные табл. 22 под­тверждают эффективность отстаивания топлива в электри­ческом поле.

Более высокое качество обезвоживания водотопливных эмульсий, особенно с низкой долей свободной воды, мож­но получить в неоднородных электростатических полях. В этом случае капельки воды перемещаются под действием силы, возникающей вследствие различной диэлектрической проницаемости топлива и воды, в направлении, где гради­ент напряженности электрического поля более высокий. В этих зонах концентрация капелек возрастает, что способ­ствует их коагуляции и осаждению. Для создания неодно­родного электрического поля применяют электроды с боль­шой кривизной поверхности и их специальным расположе­нием в пространстве.

Кроме электрического поля на работу электрообезвоживающих аппаратов влияет режим течения жидкости. Ско­рость коагуляции при турбулентном режиме течения водо­топливной эмульсии существенно больше, чем при ламинарном, из-за частоты столк­новений частиц воды. Одна­ко процесс укрупнения необ­ходимо проводить в таких ре жимах, когда исключается дробление капелек воды по­током топлива.

Заслуживает внимания конструкция судового элек­трофильтра для очистки ма­ловязких топлив от воды (рис. 31), в котором использо­вано неоднородное электриче­ское поле. Такое поле в фильтре создают два взаимно перпендикулярных электрода 2 и 4, расположенных в трубе 1 из диэлектрического материала, поперечное сечение кото­рой напоминает форму двух сопряженных окружностей, сре­занных со стороны сопряжения. Нижний электрод закрыт диэлектрической проставкой 3, предотвращающей электри­ческий пробой и диспергирование скоагулированной фазы в областях с большой напряженностью. Укрупненные кап­ли воды оседают в специальном сборнике 5, чтобы исклю­чить заброс электродов фильтра водой при качке судна. В этой и других электрообезвоживающих установках элек­трическое поле вызывает только коагуляцию воды, а отде­ление воды из потока происходит под действием гравита­ционных и инерционных сил.

Среди электроочистных устройств следует особенно вы­делить установки, в которых электрическое поле кроме ко­агулирующего оказывает еще и силовое воздействие на дисперсную фазу, отделяет ее от потока диэлектрической среды. Такой способ очистки жидких диэлектрических сред от загрязнений можно осуществить, если выполнить хотя бы один электрод сетчатым. По такому принципу обез­воживания маловязких топлив работает электрофильтр. Конструкция этого фильтра изображена на рис. 32. В электрофильтре коаксиальная система электродов. Од­ним электродом служит корпус фильтра 10, вторым — обечайка 9, закрепленная на изоляторе 7, изготовленном из органического стекла. Внутри обечайки 9 расположен сетчатый электрод 8, электрически соединенный с корпу­сом фильтра. Боковая поверхность цилиндрического элек­трода изготовлена из латун­ной сетки с размером ячейки 0,9 мм. Из внутренней поло­сти сетчатого электрода через отверстия в изоляторе 7 и кронштейне 6 выходит очи­щенное топливо. В нижней части сетчатого электрода для исключения вращения потока очищаемого топлива прикреп­лена направляющая 11, вы­полненная в виде шести радиально расположенных плас­тин из изоляционного мате­риала. Топливо в электро­фильтр поступает через тан­генциальный ввод 1 и прохо­дит электрическое поле в коль­цевом зазоре между корпусом и обечайкой. Здесь происхо­дит укрупнение капелек воды, и они выпадают в отстойник фильтра, который располага­ется в нижней части корпуса. Отстоявшаяся вода из нижней части корпуса фильтра уда­ляется через электромагнитный клапан 13. При снятии вы­сокого напряжения с электродов фильтра выход очищен­ного топлива из него перекрывает электромагнитный кла­пан 5.

Давление и расход топлива через электрофильтр регу­лируют клапаны 2 и 4. Кабель питания и провода к датчи­кам уровня 12 проходят через сальниковое уплотнение.

В рабочем состоянии электрофильтр должен быть пол­ностью заполнен топливом во избежание образования вну­три корпуса взрывоопасной смеси паров топлива с возду­хом. Общий блок питания и автоматики электрофильтра смонтированы в отдельном корпусе. При разборке фильтра снимают крышку 3.

Испытания электрофильтра пропускной способностью 3 м³/ч на дизельном топливе были проведены на одном из судов Минрыбхоза типа БМРТ.

Начальная доля воды в дизельном топливе составляла 5 %, в счищенном, после фильтра, доля воды не превыша­ла 0,1 %.