гидроциклоны однокорпусные батареи гидроциклонов что такое
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
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
Плотность (уд. вес) частиц примеси, г/см 3
Степень очистки частиц примесей, % для значений крупности, мкм
Основное назначение гидроциклонов для очистки воды: что нужно знать при выборе устройств такого типа?
Первой преградой на пути крупных взвесей в воде становятся фильтры грубой очистки. Однако они не всегда справляются с задачей. Нередки такие проявления, как «запесочивание» и «заиливание».
Что это такое и какие бывают?
Как полезный гидромеханический агрегат, гидроциклоны (ГЦ) появились в конце 19 века.
Их назначение – разделение различных субстанций по весу — с тех пор практически не изменилось.
Учитывая эффективное выполнение гидроциклонами этой функции, их применяют в следующих областях:
По типу конструкции бывают напорные (закрытые) и безнапорные (открытые). Они отличаются как устройством, так и сферой применения.
Напорные ГЦ
Основа конструкции напорного гидроциклона – это цилиндроконический или конический корпус, обладающий одним входом и двумя выходами.
Иногда внутренняя поверхность облицована (футерована):
Выход для шлама (осадка) находится на вершине конуса – внизу. Выход осветленной воды расположен сверху – в основании цилиндра по его оси. Вход для суспензии (жидкости с высоким содержанием взвесей) — в верхней части цилиндра, расположенного над конусом.
Питающий патрубок конструктивно выполнен по касательной (тангенциально) относительно сечения гидроциклона.
Устройство работает следующим образом:
Шлам выходит через сливной патрубок в специальный промываемый накопитель. Здесь проявляется преимущество такого гидромеханизма перед, например, обычными фильтрами предварительной очистки. Для гидроциклона горсть песка – это «ничто», а для сетчатого фильтра – выход из строя.
Особенности безнапорных агрегатов
Как более габаритные, они нашли применение, в основном, в промышленности.
Например – для первичной очистки сточных вод различных предприятий от тяжелых взвесей (гидравлическая крупность которых – 20 и выше мм/с).
Также безнапорные гидроциклоны используют при необходимости разделения смешанных жидких субстанций. Востребованность этих установок обоснована высокой производительностью – 20 и более м3 в час.
Как правило, их действие в некотором смысле противоположно работе напорных механизмов. Здесь отбор воды происходит из емкости или водоема напрямую, под действием силы тяжести.
Например, в случаях, когда речь идет об очищении от нефтепродуктов, система работает следующим образом:
Безнапорные ГЦ, в зависимости от конкретного назначения, могут быть дополнительно оборудованы диафрагмой и внутренними цилиндрическими перегородками. При необходимости повышения производительности применяют многоярусные агрегаты.
Здесь внутренний объем разделен коническими диафрагмами. Каждый ярус (секция) при этом – самостоятельный гидромеханизм, что существенно повышает эффективность системы.
Достоинства и недостатки
Понимание принципа действия гидроциклона делает очевидными достоинства такой водоочистки. Кроме явных плюсов, например — простоты конструкции, гидроциклоны отличаются связанными с ними свойствами:
Однако сфера применения гидроциклонов все же ограничена, в основном, промышленным использованием. Этот факт связан с малочисленными, но существенными недостатками изделий:
К тому же, крайне сложно правильно рассчитать параметры и подобрать элементы гидроциклона для выверенного разделения фракций. Об автоматической или упрощенной перенастройке агрегата речь не идет. Например — чтобы ловить крупный песок, устанавливают одну песковую насадку, для мелкого – другую.
Для удаления ила, вообще, требуется ГЦ иной формы и размеров, работающий с другим давлением. В любом случае сепарация будет лишь приблизительной, что не особо приветствуется в частной водоподготовке. Примитивный отстойник, может быть, работает медленнее, зато других серьезных недостатков не имеет.
Критерии и характеристики, имеющие значение при выборе и заказе устройств
Важнейший источник данных при проектировании любого водоочистного сооружения – это анализ исходной воды. Ее качество, количество, а также габариты, гидравлическая крупность и происхождение частиц влияют на все параметры гидроциклона.
Включая такие параметры:
Однако возможно и «приблизительное» использование гидроциклонов. Его примером служат самодельные устройства. Их собирают практически без расчетов, подбирая диаметры входных и выходных патрубков опытным путем.
Разумеется, этот перечень не полон, ведь патенты на изобретения различных гидроциклонов получают до сих пор. Например, опционально установка может дополняться расширенной системой контроля с выводом на дисплей оператора или увеличенным «пескосборником».
Также – за дополнительную плату – могут быть предусмотрены резервные механизмы управления и обходные (байпасные) пути для подачи воды.
Особенности обслуживания
Обслуживание гидроциклонных установок заключается в контроле и очистке. Как правило, контролю подлежит герметичность всех компонентов агрегата, а также наполненность шламосборника. Очищать и промывать время от времени необходимо, в основном, его. Однако также осадок может оставаться на стенках патрубков или кранов.
Заключение
Стоит добавить, что гидроциклоны на тематических форумах непопулярны. Практически все разговоры прерываются утверждениями о ненужности ГЦ в частной водоочистке. Если таковые проявления и присутствуют, то, как правило, в виде «самоделок». Причем сооружения эти узконаправленные — работающие для одной конкретной цели.
Например, имеет смысл монтировать такую установку перед циркуляционным насосом открытой отопительной системы. Основная масса крупных примесей будет удалена из теплоносителя.
Будет ли гидроциклонное сооружение эффективным для очистки воды, например, от песка? Определенно, будет. Но целесообразность его применения сомнительна и устанавливается только после глубокого анализа всех данных.
Очень часто для очистки воды от примесей и разных включений используются специальные устройства с автоматическим или ручным управлением.
Как работает гидроциклон?
При производстве часто возникает необходимость в отделении мелких примесей от более крупных. Это позволяет осуществить разделение зерен минералов и улучшить качество концентрата. Гидроциклон – это устройство, предназначенное для очистки воды от примесей, сгущения продуктов флотации и шламов, осветления оборотных вод. Принцип работы механизма заключается в сепарации твердых частиц во вращающемся потоке жидкости. Устройство имеет широкое применение в нефтедобывающей, металлургической и угольной промышленности. Агрегат отличается достаточно простой конструкцией. Фильтр имеет форму конуса или цилиндра, в боковое отверстие которого подается жидкость. Далее установка начинает совершать круговые движения, в ходе которых крупные включения отбрасываются на стенки фильтра. Отделенные частицы скатываются в специальный цилиндр, а очищенная от примесей вода подается наверх для дальнейшего использования. Все это происходит в автоматическом режиме, стоит только подать под напором воду.
В процессе сепарации не происходит химического изменения состава веществ. Для изготовления гидроциклонов применяются высокотехнологичные материалы (полиуретан, металл), обработанные специальными антикоррозийными покрытиями. Механизмы могут работать как автономные установки или использоваться для создания целых комплексов.
Среди главных преимуществ изделий выделяют:
К недостаткам установок относится повышенный износ рабочих частей и насосов. Для продления срока службы гидроциклонов многие производители футеруют внутреннюю часть изделий резиной или каменным литьем. Гидроциклоны являются высокоэффективными аппаратами, которые имеют небольшую стоимость, просты в применении и сервисном обслуживании. Впервые изделия были разработаны еще в 1939 году и использовались на Голландской углеобогатительной фабрике. Серийное производство установок в СССР запустилось в 1956 году.
Однокорпусные модели состоят из цилиндрической части с патрубком для подачи материалов. Идеально подходят для подготовки воды при капельном поливе. Механизмы обеспечивают быстрое и эффективное удаление твердых частиц из разных суспензий. Устройство может работать в горизонтальном, вертикальном и наклонном положениях. В ходе работы в корпусе возникает два винтовых потока (внутренний и внешний). В результате, по оси формируется воздушный столб. Подача и отвод жидкостей может осуществляться через один или несколько патрубков. Оптимальный напор составляет – 5-10 м. Для повышения эффективности однокорпусные изделия комбинируют в группы по несколько параллельно включенных аппаратов.
Расчет количества устройств осуществляется исходя из их пропускной способности и размера обрабатываемых частиц.
Гидроциклон батарейный — для чего нужен?
Данная модель как нельзя лучше справляется с задачей отделения твердых частиц от жидкости. Можно использовать для безреагентной обработки воды в системах оборотного водоснабжения. Батарейные гидроциклоны очень удобны в эксплуатации и обслуживании. Конструкция состоит из единичных корпусов, объединенных в съемный блок при помощи специальных плит.
В свою очередь плиты разделяют конструкцию на несколько отделов:
Изначально продукт под давлением поступает в камеру предварительной очистки, где осуществляется отделение крупных включений. Предварительно очищенная смесь поступает через сливную камеру на тонкую очистку. Очищенная суспензия попадает в коллектор, а осадки выводятся из аппарата через песковые патрубки.
Подобный механизм имеет ряд преимуществ:
Батарейные аппараты, как правило, используются при больших расходах разделяемой среды.
Особенности эксплуатации агрегатов
Правильная эксплуатация позволяет продлить срок службы устройства и обеспечить его эффективную работу. Очень важно уметь своевременно устранять все возникающие неполадки. При возникновении вибрации, нужно остановить аппарат и проверить чистоту патрубков и трубопроводов. Возможно они забились суспензией или посторонними предметами. В таком случае следует выполнить чистку. Чтобы предотвратить попадание материала в патрубки, нужно поставить в емкость, из которой осуществляется забор пульпы, специальную сетку. Размер ее отверстий должен быть меньше диаметра песковой насадки.
При использовании установок нужно следить за равномерностью распределения поступающей суспензии. Гидроциклоны используются не только для очистки воды, но и для классификации суспензий. Выбор и расчет количества аппаратов нужно осуществлять исходя из целей их применения. Простота конструкции позволяет изготовить гидроциклон для очистки воды от песка своими руками. Однако для обеспечения эффективной работы и долгого срока службы лучше покупать готовые устройства у надежных поставщиков.
Завод полиуретановых изделий «Тимол» предлагает большой выбор моделей для разных целей. Чтобы сделать заказ, нужно связаться с нашими менеджерами по телефону или заказать обратный звонок.
Гидроциклоны. Устройство и работа.
Гидроциклоны. Для классификации шламов, сгущения и осветления пульп и суспензий, в процессах обогащения различных руд и угля, для сепарации нефтяных суспензий, для очистки сточных вод применяется устройство, которое называется гидроциклон (ГЦ).
Действие ГЦ основано на применении центробежных сил и сил гравитации, для разделения минеральных частиц, находящихся в суспензиях, по крупности и плотности.
Свойства Гидроциклоны.
ГЦ, как агрегаты, сочетают в себе: простоту конструкции, высокую удельную производительность оборудования, установленного на ограниченной площади цеха, лёгкость в обслуживании и высокую надёжность. Они применяются как единичные агрегаты и в блочном исполнении, которое называется «батарея гидроциклонов».
ГЦ, эксплуатируются при постоянном давлении, подаваемой на обработку пульпы, создаваемом шламовым насосом на входе в ГЦ и при постоянной плотности пульпы, подаваемой на классификацию.
Потоки материала внутри гидроциклона всегда постоянны и, соответственно, качество переработки, т.е. эффективность классификации, достигает 70-95%.
Высокий уровень показателей классификации обеспечивает повышение извлечения металлов, сокращение применения флотационных материалов и увеличивает производительность мельниц, путём уменьшения крупности помола, до 15%.
Применение ГЦ, позволяет уменьшить количество крупных классов материала, одновременно с сохранением содержания мелких в продуктах измельчения, при высокой плотности пульпы.
В современных модификациях ГЦ применяется автоматическое регулирование важнейших параметров для работы ГЦ—давления на входе и плотности пульпы, которое повышает эффективность классификации.
Технологические возможности ГЦ, дают возможность применять их не только для классификации руд, у которых содержание твёрдого колеблется от 8 до 67%, но и для сгущения пульп и концентратов, что уменьшает или полностью исключает применение радиальных сгустителей.
Устройство Гидроциклоны (рис.1).
ГЦ представляет собой агрегат, собранный из цилиндрических и конических секций и футерованный изнутри износостойким покрытием. Верхняя цилиндрическая секция, которая называется приёмной камерой 1, выполнена в виде сварного барабана, с установленным в него тангенциально, питательным патрубком 7. Приёмная камера опирается на цилиндр 2 и промежуточный опорный цилиндр, который, в свою очередь, опирается на конус 3.
Конус промежуточный 4 и конус нижний 5, состыкованы между собой и с конусом 3. К конусу 5 присоединена песковая насадка 6, а в центре приёмной камеры установлен сливной патрубок 8, которые являются выходным и входным отверстиями агрегата, соответственно.
Для футеровки рабочих поверхностей ГЦ применяются резина, стеклопластик, керамика и камень, которые закрепляются внутри ГЦ специальными клеящими составами.
Надёжность и длительный срок использования ГЦ достигается применением более износостойких материалов, которыми футеруется рабочие поверхности ГЦ или изготовлением их корпусов из высококачественного литья, в число которых входят:
карбид кремния, для работы с высоко абразивным материалом, мелкой и крупной фракции без ударных нагрузок, который применяется также, для песковых насадок ГЦ;
керамика (оксид алюминия) при обработке мелкого абразивного материала;
специальный сплав, обладающий высокой износостойкостью при работе с материалом различной крупности в сочетании с ударными нагрузками.
Работа ГЦ (рис.2).
Суспензия, подлежащая классификации, подаётся под давлением 5-15 атмосфер через питательный патрубок, по касательной к внутренней поверхности приёмной камеры, скользит по ней, тем самым создаётся центробежное ускорение, с которым суспензия перемещается в нижнюю часть ГЦ, к разгрузочной насадке.
Благодаря возникающему при этом подпору, большая часть жидкости осветляется и, вращаясь, уносится вертикально вверх и выходит из ГЦ.
Тяжёлые примеси, под действием центробежной силы, отбрасываются на периферию, к стенкам корпуса ГЦ и перемещаются вниз, под действием гравитации, к выходу, через песковую насадку, в виде концентрированной пульпы.
Для того чтобы достигнуть высокой степени классификации при высокой производительности применяется способ объединения ГЦ в группы, т.н. «батареи». (рис.3).
Гидроциклонная батарея содержит верхнюю и нижнюю сборную ёмкость и площадку, для их обслуживания. На площадке смонтированы гидроциклоны, количество которых может быть от трёх до нескольких десятков. Там же установлена распределительная аппаратура для регулирования процесса работы ГЦ.
Состав оборудования батареи ГЦ показан на рисунке:
запорная задвижка 1;
трубопровод верхнего слива 2;
распределитель подачи исходного материала 3;
площадка обслуживания 4;
ёмкость верхнего слива 6;
Технологическая схема полного цикла классификации рудных пульп с помощью батареи ГЦ, показана на рис.4,
Руда, транспортёром, подаётся на мельницу 16 и, туда же, по трубопроводу 7, подаётся техническая вода, а затем, измельчённый продукт подаётся в классификатор 17, откуда попадает в зумпф 12. Насос 1, по трубопроводу всасывания 2 забирает верхний продукт зумпфа и, по напорному трубопроводу 4, закачивает его в распределитель подачи исходного материала, после которого он, под давлением, измеряемым приборами 6, попадает через запорные шиберы 3, в гидроциклоны 5, где подвергается классификации.
Верхний слив батареи ГЦ, через трубопровод 18 подаётся на флотацию, а пески, из ёмкости нижнего слива по каналу 19, возвращаются на доизмельчение на мельницу или на дальнейшую переработку.
Позиции 8, 9, 10,11,13 и 15 представляют собой аппаратуру регулирования процессом.
Слив пульпы из системы осуществляется по трубопроводу14. Число оборотов электродвигателя привода насоса регулируется с помощью преобразователя частоты 20. Наблюдение за процессом осуществляется с помощью табло визуализации 21.
Области применения гидроциклонов чрезвычайно широки и распространяются на:
цветную и чёрную металлургию при производстве меди, никеля, цинка. благородных металлов, железа;
переработку минеральных руд, получение фосфатов;
создание закладочных комплексов;
переработку кварцевого песка;
Одними из передовых фирм в производстве и наладке работы комплексов с применением ГЦ являются:
Фирма ENGENERING DOBERSEK GmbH и компания САТЕЛЛИТ с Гидроциклонами WERMAX.