Гидроциклоны от А до Я

1 ВВЕДЕНИЕ

Исследования в области гидроциклонирования активно проводились ещё в СССР в середине 20-ого века [1], однако и по сей день уже в России для водоподготовки гидроциклоны применяются неоправданно мало. Среди большого числа фирм и организаций, занимающихся проектированием, монтажом и сервисным обслуживанием систем водоподготовки, лишь единицы используют в своей работе аппараты гидроциклонного типа. И основная задача данной статьи объяснить, почему гидроциклоны необходимо использовать при водоподготовке.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ГИДРОЦИКЛОНОВ

Под качеством воды понимают совокупность её свойств, обусловленных характером и концентрацией содержащихся в ней примесей. Гидроциклоны способны очищать воду только от некоторых разновидностей примесей, и в контексте данной статьи мы будем оперировать понятием «механические примеси», так как оно лучше подходит для описания тех загрязнений с которыми справляются гидроциклоны производства ООО «НПЦ ПромВодОчистка».
Можно сказать, что гидроциклоны «очищают» воду, а не «фильтруют» воду. Термин «фильтрация» - это естественное процеживание жидкости через пористые вещества, что больше относится к очистке воды с помощью дисков или сеток. Гидроциклоны, в свою очередь, очищают воду в поле действия центробежных сил.
Особенностью очистки жидкостей с применением гидроциклонов является использование центробежной силы, за счёт которой происходит отделение дисперсной фазы (механические примеси) от дисперсионной среды (жидкость). Жидкость, например, вода под большим напором тангенциально подается в гидроциклон, таким образом на воду и на примеси действует центробежная сила, которая отбрасывает примеси из потока воды к внутренним стенкам гидроциклона. Центробежные силы во много раз превосходят силы тяжести, поэтому скорость выделения примесей в гидроциклоне в несколько раз больше, чем в отстойнике. Однако, гидроциклоны, как и другие аппараты для очистки воды работают в установленном диапазоне концентраций примесей и размеров частиц примеси.
Для эффективной фильтрации условный предел концентрации механических примесей в исходной воде 80 мг/л относится к дисковым или сетчатым фильтрам. Если концентрация примесей более 80 мг/л, то уже однозначно стоит задуматься о использование гидроциклонов. Если концентрация примесей более 100 г/л, то гидроциклоны производства ООО «НПЦ ПромВодОчистка» уже не будут справляться эффективно, т.к., во-первых, все примеси не будут успевать отсеиваться, во-вторых, износ оборудования при таком высоком уровне загрязнения воды сильно высок и в таком случае только последовательное подключение нескольких гидроциклонов может эффективно справляться с очисткой воды.
Как правило если размеры частиц механических примесей составляет более 100 мкм, то эффективность гидроциклонов становится более оправданным решением при водоподготовке.
Ещё одной важной особенностью гидроциклонов является следующее: тем выше эффективность очистки гидроциклонами, чем больше плотность механических примесей по сравнению с плотностью жидкости [2]. Поэтому не все вещества, являющиеся механическими примесями гидроциклоны способны выделять из жидкости. Однако, если увеличить расход жидкости, то за счёт увеличения центробежной силы потока жидкости можно очищать разные по составу и содержанию водные среды одинаково эффективно [2-6].

3 РАЗНОВИДНОСТЬ ГИДРОЦИКЛОНОВ ПРОИЗВОДСТВА ООО «НПЦ ПРОМВОДОЧИСТКА»

Компанией ООО «НПЦ ПромВодОчистка» предлагаются гидроциклоны в двух вариантах ПВО-ГЦ и ПВО-ГЦТО. Гидроциклоны ПВО-ГЦ подходят для более грязной воды, когда содержание механических примесей в исходной воде рассчитывается в граммах на литр, но если не требуется глубокая очистка от примесей размером менее 130 мкм, то и данный модельный ряд будет эффективным решением для водоподготовки. Гидроциклоны ПВО-ГЦТО подходят для эффективного использования, когда требуется достигать тонкости очистки от примесей вплоть до 25 мкм.
Гидроциклоны ПВО-ГЦ и ПВО-ГЦТО отличаются конструктивно. Иногда в технологической цепочке необходимо поддерживать постоянно рабочее давление, тогда здесь будут эффективно справляться гидроциклоны серии ПВО-ГЦ, в таких случаях применяют дополнительный дисковый или сетчатый фильтр если необходима более глубокая очистка от механических примесей. Гидроциклоны ПВО-ГЦТО больше рассчитаны на такие режимы, когда в технологической линии для отвода очищенного продукта давление приближено к атмосферному, при этом степень очистки воды может достигаться до 25 мкм.

3.1 ГИДРОЦИКЛОНЫ ПВО-ГЦ

В напорном режиме работы у гидроциклонов ПВО-ГЦ давление в технологической линии трубопровода (0,3-0,8 МПа) до и после гидроциклона практически не меняется. Когда в гидроциклон ПВО-ГЦ тангенциально поступает исходная смесь воды и примесей через входной патрубок 1 (рисунок 1), то в круговом движении возникают значительные центробежные силы, которые во много раз превышают силу тяжести, и под действием которых более тяжёлая фаза (механические примеси) движется от оси гидроциклона к его стенкам по спиральной траектории вниз и через нижний патрубок попадает в грязесборник 2. Более лёгкая фаза (чистая вода) движется во внутреннем спиральном потоке, направленном вверх, и выбрасывается из гидроциклона через отвод 6.

Рисунок 1 – Основные части гидроциклона ПВО-ГЦ (гидроциклон ПВО-ГЦ-1080 в качестве примера)

Промывка грязесборника 2. (рисунок 1) от накопившихся загрязнений возможна двумя способами:
1) Автоматическая промывка. Грязесборник 2. опорожняется автоматически за счёт открытия специального электронного устройства, находящегося на сливном патрубке 4. (рисунок 1). Периодичность промывки задаётся на контроллере (реле времени) электронного устройства опытным путём в зависимости от количества загрязнений.
2) Ручная промывка (сливной кран). Грязесборник 2. опорожняется вручную за счёт открытия сливного крана, находящегося на сливном патрубке 4. Периодичность промывки подбирается опытным путём в зависимости от количества загрязнений.
3) Ручная прочистка. Периодически требуется вручную прочищать грязевую ёмкость 2. Для этого вручную снимается крышка грязесборника 3., удаляются загрязнения и производится промывка ёмкости чистой водой, производится визуальный осмотр грязесборника 2.

3.2 ГИДРОЦИКЛОНЫ ПВО-ГЦТО

Напорный режим работы для гидроциклонов ПВО-ГЦТО имеет много общего с напорным режимом работы ПВО-ГЦ, однако в данном случае такой режим работы не является эффективным, т.к. механические примеси не будут в полном объёме выделяться из потока очищаемой воды (рисунок 2).
В безнапорном режиме работы до гидроциклона давление в линии подачи исходной жидкости выше по сравнению с линией для очищенного продукта (рисунок 2), где давление приближено к атмосферному. При этом подбирается постоянный расход сгущённой суспензии из песковой насадки или установленного грязесборника с помощью запорно-регулирующей арматурой. С грязесборником очистка гидроциклонами ПВО-ГЦТО сопровождает потери до 20% от исходного потока жидкости, однако это является особенностью всех гидроциклонов, чтобы достигалась установленная эффективность очистки (таблица 2). Если грязесборник отсутствует, то из песковой насадки (рисунок 2) отвод сгущённой суспензии может составлять до 30-40% от исходного потока жидкости. Чтобы необходимая производительность сохранялась, необходимо расход исходного потока увеличить на то количество, сколько расходуется на потери со сгущённой суспензией из песковой насадки.

Рисунок 2 – Основные части гидроциклона ПОВ-ГЦТО (гидроциклон ПВО-ГЦТО-40-П в качестве примера)

4 ЭФФЕКТИВНОСТЬ ГИДРОЦИКЛОНОВ ООО «НПЦ ПРОМВОДОЧИСТКА

Стоит отметить способы удаления механических примесей из воды путём совместного применения гидроциклонов с другими видами очистки воды. Так, достаточно продуктивно гидроциклоны используют в комбинации с фильтрационными аппаратами – дисковые или сетчатые фильтры. При таком сочетании основная доля механических примесей удаляется гидроциклоном, а окончательная (тонкая) доочистка происходит на фильтрационном аппарате. Такое сочетание двух приёмов удаления механических примесей позволяет не только повысить степень очистки воды, но и значительно продлить срок службы дисковых и сетчатых фильтров.
Рекомендуется использовать гидроциклоны, в последовательном подключение при концентрациях механических примесей более 10% от общей массы водной среды. В этом случае эффективность очистки значительно возрастает.
Опыт разработки и применения гидроциклонов ООО «НПЦ ПромВодОчистка» показал следующие данные об эффективности:

Таблица 1 – Степень очистки гидроциклонами ПВО-ГЦ

Таблица 2 – Эффективность очистки гидроциклонами ПВО-ГЦ и ПВО-ГЦТО

5 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной обзорной статье рассмотрены теоретические аспекты применения гидроциклонов для систем водоподготовки. Важными параметрами при выборе гидроциклона являются плотность, размеры и концентрация механических примесей. Имея представление о данных характеристиках загрязнения воды, можно получить эффективное способ механической очистки водных сред.
Гидроциклоны ООО «НПЦ ПромВодОчистка» эффективно справляются с очисткой технологической воды (Таблица 1 и 2) в совокупности с компактностью и простотой конструкции (Рисунок 1 и 2).