FR2639258A1 - Centrifuge for the purification of a liquid - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention est relative à une centrifugeuse pour l'épuration d'un liquide et, plus particulièrement, à une centrifugeuse conçue pour épurer un liquide chargé de particules solides plus denses en suspension et/ou d'un liquide moins dense en émulsion. The present invention relates to a centrifuge for purifying a liquid and, more particularly, to a centrifuge designed to purify a liquid loaded with denser solid particles in suspension and / or a less dense liquid in emulsion.
On décrit au brevet français No. 2.532.198 au nom de la demanderesse (ci-après appelé brevet précité), une centrifugeuse de ce type qui comprend un empilage d'assiettes tronconiques de centrifugation tournant à grande vitesse entre deux tambours cylindriques coaxiaux, des moyens pour introduire le mélange liquide et évacuer le liquide épuré en continu et des moyens pour l'extraction sélective des impuretés constituées par les particules solides et par le liquide moins dense en émulsion. French patent No. 2,532,198, in the name of the applicant (hereinafter called the aforementioned patent), describes a centrifuge of this type which comprises a stack of frustoconical centrifugation plates rotating at high speed between two coaxial cylindrical drums, means for introducing the liquid mixture and continuously discharging the purified liquid and means for the selective extraction of the impurities constituted by the solid particles and by the less dense liquid in emulsion.
L'empilage d'assiettes tourne avec le tambour intérieur et les deux tambours sont entraînés en rotation différentielle dans le même sens, avec des vitesses légèrement différentes. The stack of plates rotates with the inner drum and the two drums are driven in differential rotation in the same direction, with slightly different speeds.
La centrifugeuse est aussi munie d'un dispositif de récupération de l'énergie du liquide épuré, qui comprend des éjecteurs tangentiels solidaires du tambour extérieur et constituant un tourniquet à réaction agencé de manière que la vitesse absolue de sortie du liquide soit pratiquement nulle. The centrifuge is also provided with a device for recovering the energy of the purified liquid, which comprises tangential ejectors secured to the external drum and constituting a reaction turnstile arranged so that the absolute speed of exit of the liquid is practically zero.
Pour évacuer les boues constituées des particules solides extraites du liquide épuré, la centrifugeuse comprend encore une vis de raclage qui entoure l'empilage d'assiettes pour refouler axialement les particules solides déposées par centrifugation sur la paroi interne du tambour extérieur, qui tourne à une vitesse légèrement différente pour que ces particules détachées de la paroi soient convoyées par la vis vers une chambre périphérique de collection des boues. To remove the sludge made up of solid particles extracted from the purified liquid, the centrifuge further includes a scraper screw which surrounds the stack of plates to axially repel the solid particles deposited by centrifugation on the internal wall of the external drum, which rotates at a slightly different speed so that these particles detached from the wall are conveyed by the screw to a peripheral sludge collection chamber.
La centrifugeuse du brevet précité, qui fonctionne généralement correctement, est cependant sujette dans certaines circonstances à des colmatages qui peuvent altérer, voir bloquer, son fonctionnement. The centrifuge of the aforementioned patent, which generally functions correctly, is however subject in certain circumstances to blockages which can alter, or even block, its operation.
Tout d'abord il peut arriver que les particules solides entraînées par la vis dans la chambre de collection soient réentrainées par le liquide traité qui passe au niveau de cette chambre avant d'entrer dans le dispositif de récupération d'énergie. Si les éjecteurs prévus dans ce dispositif présentent des ajutages de faible diamètre, il peut y avoir colmatage partiel ou total de ces ajutages par les particules réentraînées et diminution ou même suppression du couple d'entraînement auxiliaire de la centrifugeuse développé par ce dispositif. Pour pallier cet inconvénient on prévoit des ajutages de diamètres suffisamment grands mais on observe alors un épanouissement du jet de liquide & la sortie de l'éjecteur, épanouissement qui réduit l'efficacité du tourniquet à réaction. First of all, it may happen that the solid particles entrained by the screw in the collection chamber are re-entrained by the treated liquid which passes through this chamber before entering the energy recovery device. If the ejectors provided in this device have small diameter nozzles, there may be partial or total clogging of these nozzles by the re-entrained particles and reduction or even elimination of the auxiliary drive torque of the centrifuge developed by this device. To overcome this drawback, nozzles of sufficiently large diameters are provided, but there is then a blooming of the liquid jet & the outlet of the ejector, blooming which reduces the efficiency of the reaction turnstile.
En outre, et surtout, les particules solides centrifugées sous forme de boues sur la paroi interne du tambour extérieur exigent, pour être évacuées par la vis de raclage, un mouvement relatif entre cette vis et cette paroi. Ce mouvement relatif est évidemment gêné par l'accumulation des boues dans l'intervalle qui sépare la vis de la paroi du tambour extérieur. Si le couple différentiel d'entraînement relatif appliqué au tambour extérieur et au tambour intérieur solidaire de la vis n'est pas assez important, il y a couplage en rotation des deux tambours et donc suppression de l'effet de raclage des boues, ce qui provoque très vite un colmatage de la centrifugeuse et donc un arrêt pour maintenance.On a constaté expérimentalement qu'un accroissement du couple différentiel permet d'espacer les arrêts dus aux colmatages, sans pour autant les supprimer définitivement, du moins aussi longtemps que l'on veut se limiter à l'usage de moyens d'entraînement différentiel économiquement utilisables. In addition, and above all, the solid particles centrifuged in the form of sludge on the internal wall of the external drum require, in order to be removed by the scraper screw, a relative movement between this screw and this wall. This relative movement is obviously hampered by the accumulation of sludge in the interval which separates the screw from the wall of the external drum. If the relative drive differential torque applied to the outer drum and the inner drum integral with the screw is not large enough, there is a rotation coupling of the two drums and therefore elimination of the effect of scraping the sludge, which Very quickly causes clogging of the centrifuge and therefore a shutdown for maintenance. We have experimentally found that an increase in the differential torque makes it possible to space out the stops due to clogging, without however permanently eliminating them, at least as long as the we want to limit ourselves to the use of economically usable differential drive means.
Enfin les frottements importants développés dans la centrifugeuse par les boues sur les parties mécaniques adjacentes de la centrifugeuse provoquent, à la longue, l'usure de celles-ci par abrasion. Finally, the significant friction developed in the centrifuge by the sludge on the adjacent mechanical parts of the centrifuge causes, in the long run, their wear by abrasion.
La présente invention a donc pour but de réaliser une centrifugeuse pour l'épuration de liquide, qui ne présente aucun des inconvénients mentionnés ci-dessus. The object of the present invention is therefore to produce a centrifuge for purifying liquid, which does not have any of the drawbacks mentioned above.
On atteint ce but de l'invention avec une centrifugeuse pour l'épuration d'un liquide chargé de particules solides plus denses en suspension et/ou d'un liquide moins dense en émulsion, du type comprenant un rotor supportant une pile d'assiettes tronconiques de centrifugation tournant à grande vitesse, des moyens pour l'introduction du mélange liquide et l'évacuation du liquide épuré en continu et des moyens pour l'extraction sélective des particules solides et du liquide moins dense séparés, caractérisée en ce qu'elle comprend un premier étage d'assiettes placé en amont, des moyens pour assurer une circulation centripète du liquide à traiter entre les assiettes du premier étage avec séparation centrifuge des particules solides, un deuxième étage d'assiettes placé en aval du premier et des moyens pour assurer dans ce deuxième étage une circulation centrifuge du liquide allégé des particules solides centrifugées dans le premier étage, avec séparation centripète du liquide moins dense. This object of the invention is achieved with a centrifuge for purifying a liquid loaded with denser solid particles in suspension and / or a less dense liquid in emulsion, of the type comprising a rotor supporting a stack of plates frustoconical centrifugation rotating at high speed, means for the introduction of the liquid mixture and the continuous discharge of the purified liquid and means for the selective extraction of separated solid particles and less dense liquid, characterized in that it comprises a first stage of plates placed upstream, means for ensuring a centripetal circulation of the liquid to be treated between the plates of the first stage with centrifugal separation of the solid particles, a second stage of plates placed downstream of the first and means for ensure in this second stage a centrifugal circulation of the lightened liquid of the solid particles centrifuged in the first stage, with centrip separation you the less dense liquid.
Les moyens pour assurer une circulation centripète du liquide dans le premier étage et les moyens pour assurer une circulation centrifuge du liquide épuré dans le deuxième étage comprennent une cloison annulaire interposée entre le premier étage et le deuxième étage, cette cloison étant conformée pour empêcher une circulation du liquide entre les deux étages sauf au voisinage de l'axe du rotor où elle définit un passage pour le liquide du premier étage vers le deuxième étage. The means for ensuring centripetal circulation of the liquid in the first stage and the means for ensuring centrifugal circulation of the purified liquid in the second stage comprises an annular partition interposed between the first stage and the second stage, this partition being shaped to prevent circulation liquid between the two stages except in the vicinity of the axis of the rotor where it defines a passage for the liquid from the first stage to the second stage.
La centrifugeuse suivant l'invention comprend encore un bol solidaire du rotor qui est conformé, au droit du premier étage d'assiettes, en collecteur annulaire périphérique, le fond de ce collecteur étant muni d'une pluralité de buses pour l'évacuation des particules solides concentrées sous forme de boue dans le collecteur, des blocs de remplissage étant installés entre chaque paire de buses adjacentes pour empêcher l'accumulation de boues entre ces buses. The centrifuge according to the invention also comprises a bowl secured to the rotor which is shaped, in line with the first stage of plates, as a peripheral annular collector, the bottom of this collector being provided with a plurality of nozzles for discharging the particles solids concentrated as sludge in the collector, filling blocks being installed between each pair of adjacent nozzles to prevent the accumulation of sludge between these nozzles.
Ainsi, dans la centrifugeuse selon l'invention, les particules solides sont séparées et évacuées sous forme de boues avant que le liquide à traiter ne pénètre dans le deuxième étage. L'évacuation se fait sans vis de raclage et on n'observe pas de réentrainement de particules solides vers la sortie de liquide de la centrifugeuse. Il est alors possible de monter sur celle-ci un tourniquet à réaction dont les ajutages sont dimensionnés pour assurer un écoulement laminaire du liquide dans les éjecteurs, avec réduction corollaire de l'épanouissement du jet à la sortie de ces éjecteurs, épanouissement qui diminuerait le rendement du dispositif de récupération d'énergie. Thus, in the centrifuge according to the invention, the solid particles are separated and discharged in the form of sludge before the liquid to be treated enters the second stage. The evacuation takes place without a scraper screw and no re-entrainment of solid particles is observed towards the liquid outlet from the centrifuge. It is then possible to mount on it a reaction turnstile whose nozzles are dimensioned to ensure a laminar flow of the liquid in the ejectors, with a corollary reduction in the development of the jet at the outlet of these ejectors, development which would decrease the energy recovery device performance.
En outre la centrifugeuse suivant l'invention ne comprend plus qu'un seul ensemble tournant d'organes solidaires ce qui supprime les problèmes d'entraînement en mouvement relatif de deux tambours coaxiaux de la centrifugeuse du brevet précité, tout en proposant une structure plus simple de réalisation et d'entretien moins coûteux. In addition, the centrifuge according to the invention now only comprises a single rotating assembly of integral members, which eliminates the problems of driving in relative movement of two coaxial drums of the centrifuge of the aforementioned patent, while proposing a simpler structure. less costly to build and maintain.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé, dans lequel
- la figure 1 est une demi-vue schématique, en coupe axiale, de la centrifugeuse suivant l'invention,
- les figures 2 et 3 sont des demi-coupes schématiques prises suivant les traits de coupe Il-I I et 111-111 de la figure 1 et,
- la figure 4 représente un mode de réalisation d'un bloc de remplissage incorporé à la centrifugeuse suivant l'invention.Other characteristics and advantages of the present invention will appear on reading the description which follows and on examining the appended drawing, in which
FIG. 1 is a schematic half-view, in axial section, of the centrifuge according to the invention,
FIGS. 2 and 3 are schematic half-sections taken along the section lines II-I I and 111-111 of FIG. 1 and,
- Figure 4 shows an embodiment of a filling block incorporated in the centrifuge according to the invention.
On se réfère à la figure 1 du dessin où la centrifugeuse représentée est plus particulièrement, mais non exclusivement, adaptée à la séparation des mélanges d'eaux de têtes de puits de forage pétroliers. Un tel mélange comprend des particules solides (bentonite, sable, par exemple), des huiles en émulsion et de l'eau. Une décantation préalable assure une première épuration de ce mélange qui, à la sortie du bassin de décantation, présente typiquement une teneur en particules solides de l'ordre de 300 ppm et une teneur en huile de 300 à 2000 ppm. C'est ce mélange qui est à traiter par centrifugation pour le but de ne rejeter dans l'environnement qu'une eau résiduelle non polluante, présentant des teneurs en particules solides et en huile inférieures à des normes imposées, typiquement de l'ordre de 10 ppm. Reference is made to FIG. 1 of the drawing in which the centrifuge shown is more particularly, but not exclusively, suitable for the separation of mixtures of water from petroleum wellheads. Such a mixture includes solid particles (bentonite, sand, for example), emulsion oils and water. A preliminary decantation ensures a first purification of this mixture which, at the outlet of the settling tank, typically has a content of solid particles of the order of 300 ppm and an oil content of 300 to 2000 ppm. It is this mixture which is to be treated by centrifugation for the purpose of discharging into the environment only non-polluting residual water, having contents of solid particles and of oil below prescribed standards, typically of the order of 10 ppm.
A la figure 1 il apparaît que la centrifugeuse suivant l'invention comprend essentiellement un arbre 1 d'axe sensiblement horizontal, qui porte un empilage 2 d'assiettes tronconiques qui s'appuient par leur périphérie interne sur des cales de centrage longitudinales 3, régulièrement réparties autour de l'arbre 1 (voir figure 2). On n'a représenté au dessin que quelques unes des assiettes 5 qui sont du même type que celles utilisées dans la centrifugeuse du brevet précité auquel on pourra se reporter pour plus de détail. Ces assiettes sont munies de cales d'espacement radiales 4 (voir figure 2) autorisant une circulation de liquide entre deux assiettes consécutives. L'épaisseur des cales, la conicité des assiettes et les dimensions de celles-ci sont des paramètres à choisir en fonction des caractéristiques du liquide à épurer et des performances souhaitées pour la centrifugeuse.Le choix de ces paramètres relève du simple exercice des connaissances normales de l'home de métier. In Figure 1 it appears that the centrifuge according to the invention essentially comprises a shaft 1 of substantially horizontal axis, which carries a stack 2 of frustoconical plates which are supported by their inner periphery on longitudinal centering shims 3, regularly distributed around the shaft 1 (see figure 2). The drawing shows only a few of the plates 5 which are of the same type as those used in the centrifuge of the aforementioned patent to which reference may be made for more details. These plates are provided with radial spacers 4 (see FIG. 2) allowing a circulation of liquid between two consecutive plates. The thickness of the shims, the taper of the plates and the dimensions thereof are parameters to be chosen according to the characteristics of the liquid to be purified and the performance desired for the centrifuge. The choice of these parameters is a matter of simple exercise of normal knowledge of the profession.
La pile d'assiettes est enfermée dans la partie cylindrique d'un bol 6 réalisé en deux pièces 6a, 6b fixées sur l'arbre 1 de manière à constituer avec les assiettes un ensemble tournant unique d'organes solidaires. The stack of plates is enclosed in the cylindrical part of a bowl 6 made in two parts 6a, 6b fixed on the shaft 1 so as to constitute with the plates a single rotating assembly of integral members.
Des moyens convenables (non représentés) de tout type connu, assurent la fixation des extrémités du bol 6 sur l'arbre 1, l'ensemble étant porté par des paliers 7, 8 à roulements placés autour des extrémités du bol et de l'arbre 1. Une bride d'accouplement 9 formée à l'extrémité de l'arbre 1 est couplée mécaniquement à un moteur d'entraînement (non représenté) pour la mise en rotation de l'ensemble (1, 2, 6) à grande vitesse, typiquement de l'ordre de plusieurs milliers de tours/mn. Suitable means (not shown) of any known type, secure the ends of the bowl 6 to the shaft 1, the assembly being carried by bearings 7, 8 with bearings placed around the ends of the bowl and of the shaft 1. A coupling flange 9 formed at the end of the shaft 1 is mechanically coupled to a drive motor (not shown) for the rotation of the assembly (1, 2, 6) at high speed , typically of the order of several thousand revolutions / min.
Des plateaux d'extrémité 10, 11 enserrent axialement la pile 2 d'assiettes. End plates 10, 11 axially enclose the stack 2 of plates.
Une extrémité de l'arbre 1 est creusée d'un alésage axial 12 qui constitue le canal d'introduction du liquide à épurer dans la centrifugeuse. Cet alésage 12 communique avec l'espace intérieur au bol 6 par un rouet centrifuge 13 constitué par une pluralité de canaux percés régulièrement dans la paroi de l'arbre 1, en amont du plateau 10. One end of the shaft 1 is hollowed out with an axial bore 12 which constitutes the channel for introducing the liquid to be purified into the centrifuge. This bore 12 communicates with the interior space of the bowl 6 by a centrifugal impeller 13 constituted by a plurality of channels drilled regularly in the wall of the shaft 1, upstream of the plate 10.
Suivant la présente invention, la pile d'assiettes est divisée en un premier étage amont 14 et un deuxième étage aval 15 séparés par une cloison annulaire 16 présentant généralement la forme d'une assiette de manière à pouvoir être intercalée sur l'arbre 1 entre les deux étages d'assiettes. Cependant la cloison 16 présente une jupe périphérique 17 dont la surface extérieure cylindrique est dimensionnée pour s'appliquer contre la paroi cylindrique interne du bol 6. Un joint 17' assure l'étanchéité du contact entre cette paroi et la jupe 17 de la cloison. Ainsi toute circulation périphérique du liquide entre les deux étages est-elle empêchée jusqu'au voisinage de l'arbre 1. According to the present invention, the stack of plates is divided into a first upstream stage 14 and a second downstream stage 15 separated by an annular partition 16 generally having the shape of a plate so as to be able to be interposed on the shaft 1 between the two levels of plates. However, the partition 16 has a peripheral skirt 17, the cylindrical outer surface of which is dimensioned to be applied against the internal cylindrical wall of the bowl 6. A seal 17 'seals the contact between this wall and the skirt 17 of the partition. Thus any peripheral circulation of the liquid between the two stages is prevented up to the vicinity of the shaft 1.
Du fait de la position du rouet centrifuge 13, devant le plateau d'extrémité 10 et de la position de la cloison 16 séparant les deux étages d'assiettes, le liquide à traiter entrant par l'alésage 12 de l'arbre 1 pénètre entre les assiettes du premier étage 14 par leur bord extérieur pour s'écouler ensuite entre ces assiettes en direction centripète vers l'arbre 1. De là le liquide traverse axialement le passage ménagé entre le bord interne de la cloison 16 et la surface extérieure de l'arbre 1, et pénètre entre les assiettes du deuxième étage 15 par leur bord intérieur. Dans cet étage il est centrifugé par les assiettes vers la paroi cylindrique interne du bol 6 qui l'oblige à s'écouler axialement vers un rouet centripète formé par des ailettes en saillie 18 disposées entre les faces coniques en regard du plateau d'extrémité 11 et de la paroi du bol 6.Ce rouet forme le premier étage du dispositif de récupération d'énergie dont le deuxième étage est constitué par une série d'éjecteurs 32 formant un tourniquet à réaction 19, du type de celui qui équipe la centrifugeuse du brevet précité. On décrira plus loin une particularité de ce dispositif, tel qu'il est mis en oeuvre dans la présente invention. Due to the position of the centrifugal impeller 13, in front of the end plate 10 and the position of the partition 16 separating the two stages of plates, the liquid to be treated entering through the bore 12 of the shaft 1 enters between the plates of the first stage 14 by their outer edge to then flow between these plates in the centripetal direction towards the shaft 1. From there the liquid crosses axially the passage formed between the internal edge of the partition 16 and the external surface of the 'shaft 1, and enters between the plates of the second stage 15 by their inner edge. In this stage it is centrifuged by the plates towards the internal cylindrical wall of the bowl 6 which forces it to flow axially towards a centripetal impeller formed by projecting fins 18 disposed between the conical faces opposite the end plate 11 and from the wall of the bowl 6. This impeller forms the first stage of the energy recovery device, the second stage of which consists of a series of ejectors 32 forming a reaction turnstile 19, of the type which equips the centrifuge aforementioned patent. A particular feature of this device will be described below, as it is used in the present invention.
On décrit maintenant le fonctionnement de la centrifugeuse selon l'invention. Un mélange triphasique comprenant par exemple de l'eau chargée de particules solides en suspension et d'une émulsion d'un liquide moins dense que l'eau, par exemple une huile, est introduite via l'alésage 12 de l'arbre 1 et le rouet 13 dans le bol 6, suivant l'écoulement schématisé à la figure 1 par les flèches. Dès que les parties solides entrent en contact avec la périphérie des assiettes du premier étage 14, elles sont vigoureusement centrifugées vers le fond d'un collecteur annulaire 20 périphérique concentrique aux assiettes du premier étage 14 et délimité par les extrémités jointives évasées des deux pièces 6a, 6b du bol 6. Cette centrifugation agit préférentiellement sur les particules solides, qui constituent la composante la plus dense du mélange (d'un facteur 2, environ).Ces particules entrent d'abord en contact avec le bord externe des assiettes, là où l'accélération centrifuge est la plus forte. L'efficacité de leur séparation s'en trouve grandement accrue. Cette efficacité permet d'adopter un écoulement plus rapide dans l'étage 14, avec réduction de la section de passage ou du nombre d'assiettes, ou accroissement de l'écartement de celles-ci pour éviter le piégeage de grosses particules. The operation of the centrifuge according to the invention will now be described. A three-phase mixture comprising, for example, water laden with solid particles in suspension and an emulsion of a liquid less dense than water, for example an oil, is introduced via the bore 12 of the shaft 1 and the impeller 13 in the bowl 6, following the flow shown diagrammatically in FIG. 1 by the arrows. As soon as the solid parts come into contact with the periphery of the plates of the first stage 14, they are vigorously centrifuged towards the bottom of an annular collector 20 peripheral concentric with the plates of the first stage 14 and delimited by the flared joined ends of the two parts 6a , 6b of the bowl 6. This centrifugation acts preferentially on the solid particles, which constitute the densest component of the mixture (by a factor of 2, approximately). These particles first come into contact with the outer edge of the plates, there where the centrifugal acceleration is strongest. The efficiency of their separation is greatly increased. This efficiency makes it possible to adopt a faster flow in the stage 14, with reduction of the passage section or of the number of plates, or increase of the spacing of these to avoid the trapping of large particles.
Un réentrainement éventuel de particules est efficacement combattu par ces assiettes et on constate en effet expérimentalement que la teneur résiduelle en particules solides du mélange qui passe dans le deuxième étage, après une circulation centripète entre les assiettes du premier étage suivant les flèches représentées à la figure 1, peut être pratiquement nulle, y compris pour les particules les plus fines, de l'ordre du micron. Cette épuration quasi-totale du mélange en particules solides, obtenue dès le premier étage évite que de telles particules ne viennent perturber le fonctionnement du deuxième étage dès lors spécialisé dans la séparation huile-eau. Elle permet aussi d'améliorer le fonctionnement du tourniquet à réaction du dispositif de récupération d'énergie, comme on le verra plus loin. A possible re-training of particles is effectively combated by these plates and it is observed experimentally that the residual content of solid particles in the mixture which passes into the second stage, after a centripetal circulation between the plates of the first stage following the arrows shown in the figure 1, can be practically zero, even for the finest particles, of the order of a micron. This almost total purification of the mixture of solid particles, obtained from the first stage prevents such particles from disturbing the operation of the second stage, therefore specialized in oil-water separation. It also makes it possible to improve the operation of the reaction turnstile of the energy recovery device, as will be seen below.
On remarquera que ces avantages sont obtenus grâce à une disposition originale de la centrifugeuse suivant l'invention, à savoir la division de la pile d'assiettes en deux étages, avec circulation centripète du mélange à traiter dans le premier étage amont et circulation centrifuge dans le deuxième étage aval, circulation centrifuge dont on va maintenant décrire le détail. It will be noted that these advantages are obtained thanks to an original arrangement of the centrifuge according to the invention, namely the division of the stack of plates into two stages, with centripetal circulation of the mixture to be treated in the first upstream stage and centrifugal circulation in the second downstream stage, centrifugal circulation, the details of which will now be described.
Le mélange entrant dans le deuxième étage 15 après franchissement du rebord interne de la cloison 16 se distribue d'abord axialement au long de l'arbre 1 suivant les flèches pour passer ensuite entre les assiettes 5 de cet étage. Il est alors placé dans un champ de forces qui centrifuge le liquide le plus lourd du mélange, ce mélange ne contenant plus alors en outre, pratiquement, que le liquide le moins dense (de l'huile en émulsion, dans l'exemple précité). The mixture entering the second stage 15 after crossing the internal rim of the partition 16 is first distributed axially along the shaft 1 according to the arrows to then pass between the plates 5 of this stage. It is then placed in a force field which centrifuges the heaviest liquid in the mixture, this mixture then no longer containing, moreover, practically only the least dense liquid (oil in emulsion, in the aforementioned example) .
Les gouttelettes de l'émulsion d'huile reçoivent alors de l'eau centrifugée une poussée centripète qui provoque leur dépôt sur la face externe des assiettes ou ces gouttelettes coalescent pour constituer un film qui s'écoule vers le bord intérieur de chaque assiette par effet de centrifugation. De grosses gouttes d'huile se forment sur ces bords et s'en détachent pour tomber sur la surface de l'arbre 1, où elles forment de nouveau un film s'écoulant vers la droite (sur la figure 1) pour passer par effet de centrifugation à travers des orifices d'accès 22, dans un collecteur axial 21 creusé dans l'arbre 1. Un tube d'écopage fixe 23 permet l'évacuation de l'huile centrifugée accumulée contre la paroi interne du collecteur 21, vers une sortie d'huile 24.Ce réservoir et ce tube sont conformes à ceux incorporés à la centrifugeuse du brevet précité auquel on pourra se reporter pour plus de détail. The droplets of the oil emulsion then receive centrifuged water from a centripetal push which causes their deposition on the external face of the plates or these droplets coalesce to form a film which flows towards the inner edge of each plate by effect. centrifugation. Large drops of oil form on these edges and detach themselves from it to fall on the surface of the shaft 1, where they again form a film flowing to the right (in Figure 1) to pass by effect centrifugation through access orifices 22, in an axial collector 21 hollowed out in the shaft 1. A fixed scooping tube 23 allows the evacuation of the centrifuged oil accumulated against the internal wall of the collector 21, towards a 24. Oil outlet. This reservoir and this tube conform to those incorporated in the centrifuge of the aforementioned patent to which reference may be made for more details.
On remarquera sur le bord interne de la pile d'assiettes 15 et sur l'arbre 1, dans sa partie située dans le deuxième étage, des moyens d'equirépartition du débit du mélange entre les assiettes du deuxième étage, constitués par des diaphragmes annulaires 25. En leur absence il s'établirait en effet dans ce deuxième étage, comme dans tout circuit hydraulique à branches en parallèle, un écoulement préférentiel par le chemin engendrant les moindres pertes de charge, à savoir entre les assiettes les plus éloignées du deuxième étage. Ces diaphragmes générateurs de pertes de charge sur le parcours axial du liquide ont pour but de répartir également le débit du liquide entre toutes les assiettes du deuxième étage de manière que celles-ci soient également sollicitées, ceci afin d'améliorer le rendement global de l'installation.Des raisons de commodités technologiques commandent les positions relatives des diaphragmes et leurs dimensions. Les choix à faire sont du domaine des connaissances normales de l'homme de métier. Note on the internal edge of the stack of plates 15 and on the shaft 1, in its part located in the second stage, means for equal distribution of the flow of the mixture between the plates of the second stage, constituted by annular diaphragms 25. In their absence it would indeed be established in this second stage, as in any hydraulic circuit with branches in parallel, a preferential flow by the path generating the least pressure losses, namely between the plates furthest from the second stage . The purpose of these diaphragms generating pressure drops on the axial path of the liquid is to distribute the flow of the liquid equally between all the plates of the second stage so that they are also stressed, this in order to improve the overall efficiency of the 'installation. Reasons of technological convenience control the relative positions of the diaphragms and their dimensions. The choices to be made are within the domain of normal knowledge of those skilled in the art.
Bien entendu ceux des diaphragmes 25 qui seraient fixés sur l'arbre 1 doivent présenter des jours autorisant le passage de l'huile vers les orifices d'accès 22 du collecteur 21.Of course, those of the diaphragms 25 which would be fixed to the shaft 1 must have days allowing the passage of the oil to the access orifices 22 of the manifold 21.
On se réfère maintenant aux figures 1, 2 et 4 du dessin annexé pour décrire d'autres caractéristiques de la centrifugeuse suivant l'invention, concernant le collecteur 20 des boues centrifugées par le premier étage. Ces boues sont évacuées vers l'extérieur par des buses 26 régulièrement réparties à la périphérie du collecteur 20 pour être recueillies dans une gouttière annulaire concentrique 27 fixée au bâti de la centrifugeuse. Reference is now made to FIGS. 1, 2 and 4 of the appended drawing to describe other characteristics of the centrifuge according to the invention, relating to the collector 20 of the sludges centrifuged by the first stage. This sludge is discharged to the outside by nozzles 26 regularly distributed around the periphery of the collector 20 to be collected in a concentric annular gutter 27 fixed to the frame of the centrifuge.
On a observé que, si le collecteur 20 n'est pas aménagé, il se forme entre deux buses adjacentes un "talus" stationnaire de boue à deux pentes descendant chacune vers une des buses. Ces talus constituent alors des dépôts permanents sur lesquels s'écoulent les boues évacuées par les buses. Tout déséquilibre dans la géométrie de ces talus est générateur de balourds qui provoquent des vibrations de la partie tournante de la centrifugeuse. It has been observed that, if the collector 20 is not fitted, there is formed between two adjacent nozzles a stationary "slope" of mud with two slopes each descending towards one of the nozzles. These slopes then constitute permanent deposits on which flow the sludge discharged by the nozzles. Any imbalance in the geometry of these slopes generates unbalances which cause vibrations of the rotating part of the centrifuge.
Suivant la présente invention (voir figure 2), on obvie à cet inconvénient en comblant l'espace qui sépare chaque paire de buses 26 consécutives avec un volume solide de remplissage conforme au talus qui se formerait entre ces buses en l'absence de ce volume. Ainsi toute particule solide reçue par le collecteur 20 ne peut se maintenir en équilibre sur ces volumes et roule donc vers une des buses qui l'évacue dans le collecteur annulaire 27. According to the present invention (see FIG. 2), this disadvantage is overcome by filling the space which separates each pair of consecutive nozzles 26 with a solid filling volume conforming to the slope which would form between these nozzles in the absence of this volume. . Thus any solid particle received by the collector 20 cannot be kept in equilibrium over these volumes and therefore rolls towards one of the nozzles which discharges it into the annular collector 27.
Ces volumes peuvent prendre la forme de blocs 28 de remplissage (voir figure 4) conçus pour s'ajuster dans le fond du collecteur 20 par des faces cylindrique et tronconique adaptées à la géométrie de la paroi interne de le collecteur. Une couronne torique 28' de section triangulaire s'ajuste aussi dans le collecteur 20, contre les blocs 28. Ceux-ci présentent des faces sensiblement planes 29, 30 dont l'intersection constitue l'arête sommitale 31 du talus auquel se substitue ce bloc, les buses 26 adjacentes étant symétriques par rapport à un plan diamétral passant par cette arête.Bien entendu, les faces 29, 30 sont inclinées en tout point selon une pente au moins égale à celle des faces correspondantes du talus qui se formerait à la place du bloc, dans le champ de force établi par la rotation de la centrifugeuse, de manière que la pente de talus ainsi définie sur le bloc soit supérieure à celle du talus réel que formeraient les particules solides. These volumes can take the form of filling blocks 28 (see FIG. 4) designed to fit into the bottom of the collector 20 by cylindrical and frustoconical faces adapted to the geometry of the internal wall of the collector. A toric crown 28 'of triangular section also fits in the manifold 20, against the blocks 28. These have substantially planar faces 29, 30 whose intersection constitutes the top edge 31 of the slope which this block replaces. , the adjacent nozzles 26 being symmetrical with respect to a diametral plane passing through this edge. Of course, the faces 29, 30 are inclined at any point along a slope at least equal to that of the corresponding faces of the embankment which would form instead. of the block, in the force field established by the rotation of the centrifuge, so that the slope slope thus defined on the block is greater than that of the actual slope that the solid particles would form.
Les blocs 28 peuvent âtre réalisés dans une grande variété de matériaux plastiques moulables et/ou usinables de faible densité. Leur parfaite symétrie, notamment si le nombre de buses est pair, garantit l'absence de balourd sous réserve de ce que les buses restent toujours ouvertes. Or le diamètre des buses peut être choisi à cet effet puisqu'il ne dépend que de la teneur initiale en solide du mélange et du taux d'humidité accepté pour les boues évacuées. The blocks 28 can be made from a wide variety of low density moldable and / or machinable plastic materials. Their perfect symmetry, especially if the number of nozzles is even, guarantees the absence of unbalance provided that the nozzles always remain open. However, the diameter of the nozzles can be chosen for this purpose since it only depends on the initial solid content of the mixture and on the moisture content accepted for the sludge discharged.
Grâce au collecteur 20 ainsi garni de blocs 28, on évacue sans difficulté des boues d'un teneur en matière sèche de l'ordre de 20 % par exemple. Thanks to the collector 20 thus lined with blocks 28, sludge with a dry matter content of the order of 20% for example is removed without difficulty.
Comme on lla vu plus haut, la centrifugeuse suivant l'invention est équipée d'un dispositif de récupération d'énergie du type de celui monté sur la centrifugeuse du brevet précité, auquel on se réfèrera pour plus de détail. D'une manière générale un tel dispositif comprend un rouet centripète et un tourniquet 19 (voir figure 3) sur lequel sont montés plusieurs éjecteurs 32 tangentiels entourés par une volute fixe 33 pour constituer une turbine à réaction solidaire du bol 6 de la centrifugeuse pour contribuer à l'entretien de sa rotation. L'eau épurée dans les deux étages de la centrifugeuse et sortie des éjecteurs 32 est recueillie dans la volute 33 pour évacuation. As seen above, the centrifuge according to the invention is equipped with an energy recovery device of the type mounted on the centrifuge of the aforementioned patent, which will be referred to for more detail. In general, such a device comprises a centripetal impeller and a turnstile 19 (see FIG. 3) on which are mounted several tangential ejectors 32 surrounded by a fixed volute 33 to constitute a reaction turbine integral with the bowl 6 of the centrifuge to contribute maintenance of his rotation. The purified water in the two stages of the centrifuge and outlet of the ejectors 32 is collected in the volute 33 for evacuation.
Grâce à l'efficacité du premier étage 14 de séparation solide-liquide et à l'absence de réentrainement des particules solides séparées, le liquide qui passe dans les éjecteurs 32 ne comprend au pire que des particules ultra-fines. On constitue alors, suivant l'invention, chaque éjecteur par une pluralité d'ajutages adjacents et parallèles, de faible diamètre par rapport à leur longueur (rapport 1/10 environ) et offrant la même section de passage totale qu'un ajutage unique du type de ceux du dispositif de récupération d'énergie décrit dans le brevet précité. Ces éjecteurs à ajutages multiples permettent, même au débit maximum, d'assurer un écoulement laminaire, avec réduction importante de l'effet d'épanouissement des jets de liquide à la sortie des éjecteurs. On a constaté que le rendement mécanique du tourniquet à réaction en était amélioré.Cette amélioration résulte de la diminution des diamètres des ajutages, rendue possible par l'absence de risques de colmatage de ces ajutages qui découle de la parfaite séparation et évacuation des particules solides obtenue dans le premier étage de la centrifugeuse suivant l'invention. Thanks to the efficiency of the first solid-liquid separation stage 14 and to the absence of retraining of the separated solid particles, the liquid which passes through the ejectors 32 at worst comprises only ultra-fine particles. One then constitutes, according to the invention, each ejector by a plurality of adjacent and parallel nozzles, of small diameter compared to their length (ratio 1/10 approximately) and offering the same total passage section as a single nozzle of the type of those of the energy recovery device described in the aforementioned patent. These ejectors with multiple nozzles allow, even at maximum flow rate, to ensure laminar flow, with a significant reduction in the blooming effect of the liquid jets at the outlet of the ejectors. It was found that the mechanical efficiency of the reaction turnstile was improved. This improvement results from the reduction in the diameters of the nozzles, made possible by the absence of risks of clogging of these nozzles which results from the perfect separation and evacuation of solid particles. obtained in the first stage of the centrifuge according to the invention.
Ainsi, grâce à cette centrifugeuse peut-on séparer parfaitement les trois phases du mélange eau-huileparticules solides, de manière à rejeter dans l'environnement une eau purifiée. Cette eau sort de la volute 33 alors que l'huile est récupérée à la sortie 24 du réservoir 21 et que les particules solides sont concentrées sous forme de boues qui sont évacuées par le collecteur 27. Thus, thanks to this centrifuge, it is possible to perfectly separate the three phases of the water-oil mixture of solid particles, so as to discharge purified water into the environment. This water leaves the volute 33 while the oil is collected at the outlet 24 of the tank 21 and the solid particles are concentrated in the form of sludge which is discharged through the collector 27.
Pour traiter des eaux de tète de puits de forage pétroliers, une centrifugeuse suivant l'invention peut présenter les caractéristiques suivantes, données seulement à titre d'exemple
vitesse de rotation maximale : 5000 tr/min
diamètre extérieur des assiettes : 0,37 m
angle d'assiettes : 45
espace inter-assiette : 0,5 mm
longueur de l'empilage d'assiettes : 0,5 m
Avec une telle centrifugeuse on peut traiter 80 m3/h d'eau à purifier en abaissant à 10 ppm ou moins la teneur de l'eau purifiée en particules solides ou en huile.To treat water from the head of an oil well, a centrifuge according to the invention can have the following characteristics, given only by way of example
maximum rotation speed: 5000 rpm
outside diameter of the plates: 0.37 m
plate angle: 45
inter-plate space: 0.5 mm
plate stack length: 0.5 m
With such a centrifuge, 80 m3 / h of water to be purified can be treated by lowering the solid particles or oil content of the purified water to 10 ppm or less.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Comme on l'a vu plus haut elle n'est pas limitée non plus au traitement des eaux de tètes de puits de forage pétrolier ayant subies une première décantation. Of course, the invention is not limited to the embodiment described and shown which has been given only by way of example. As seen above, it is also not limited to the treatment of water from the heads of oil wells that have undergone a first decantation.
Elle s'étend au contraire au traitement de tout mélange di- ou triphasique à épurer par extraction de particules solides en suspension et/ou d'un liquide en émulsion. A cet égard il faut remarquer que la centrifugeuse suivant l'invention peut être modifiée facilement pour l'adapter au traitement de tel ou tel mélange spécifique.On the contrary, it extends to the treatment of any di- or three-phase mixture to be purified by extraction of solid particles in suspension and / or of a liquid in emulsion. In this regard, it should be noted that the centrifuge according to the invention can be easily modified to adapt it to the treatment of such or such specific mixture.
On peut, par exemple, disposer dans les premier et deuxième étages, des assiettes de conicités différentes. One can, for example, have in the first and second floors, plates of different conicities.
Ainsi, alors que dans le premier étage cette conicité doit être calculée à seule fin de respecter l'angle de talus et de prendre en compte la dimension maximale des particules solides à extraire du mélange, dans le deuxième étage on peut souhaiter réduire l'angle au sommet des assiettes pour améliorer le rendement de la séparation liquide à épurer/liquide moins dense, rendement qui est affecté par le faible rapport des densités des liquides, de l'ordre de 1/0,8 pour le mélange eau/huile, et ceci indépendamment de toute considération concernant l'angle de talus puisque la séparation des particules solides est déjà réalisée.Thus, while in the first stage this taper must be calculated for the sole purpose of respecting the slope angle and taking into account the maximum dimension of the solid particles to be extracted from the mixture, in the second stage we may wish to reduce the angle at the top of the plates to improve the yield of the separation of liquid to be purified / less dense liquid, yield which is affected by the low ratio of the densities of the liquids, of the order of 1 / 0.8 for the water / oil mixture, and this is independent of any consideration concerning the slope angle since the separation of the solid particles is already carried out.
Dans ce cas la cloison 17 peut être conformée pour présenter deux faces non parallèles mais s'adaptant chacune à la conicité des assiettes de l'étage qui se trouve du côté de cette face de la cloison 17. In this case, the partition 17 can be shaped to present two non-parallel faces but each adapting to the conicity of the plates of the floor which is located on the side of this face of the partition 17.
La configuration et le caractère amovible de la cloison 17 permettent de retirer des assiettes d'un étage et d'en ajouter dans l'autre en faisant varier inversement ainsi les sections de passage des deux étages en fonction de leur efficacité respective et/ou de la composition du mélange à traiter. On peut aussi faire varier, dans chaque étage, le nombre et/ou l'espacement des assiettes. The configuration and the removable nature of the partition 17 makes it possible to remove plates from one stage and to add them to the other, thereby inversely varying the passage sections of the two stages according to their respective efficiency and / or the composition of the mixture to be treated. You can also vary the number and / or spacing of the plates on each floor.
Claims (13)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8815325A FR2639258A1 (en) | 1988-11-24 | 1988-11-24 | Centrifuge for the purification of a liquid |
Applications Claiming Priority (1)
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| FR8815325A FR2639258A1 (en) | 1988-11-24 | 1988-11-24 | Centrifuge for the purification of a liquid |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2639258A1 true FR2639258A1 (en) | 1990-05-25 |
| FR2639258B1 FR2639258B1 (en) | 1992-03-06 |
Family
ID=9372194
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8815325A Granted FR2639258A1 (en) | 1988-11-24 | 1988-11-24 | Centrifuge for the purification of a liquid |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2639258A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP1967278A1 (en) * | 2007-03-06 | 2008-09-10 | Herbert Weidner | Multi-stage centrifuge with energy recovery for desalinating sea water |
| EP1974823A1 (en) * | 2007-03-26 | 2008-10-01 | Herbert Weidner | Segmented centrifuge with energy recovery for desalinating sea water |
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1988
- 1988-11-24 FR FR8815325A patent/FR2639258A1/en active Granted
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| EP1974823A1 (en) * | 2007-03-26 | 2008-10-01 | Herbert Weidner | Segmented centrifuge with energy recovery for desalinating sea water |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2639258B1 (en) | 1992-03-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ER | Errata listed in the french official journal (bopi) |
Free format text: 21/90 |
|
| ST | Notification of lapse |