RU2815781C1

RU2815781C1 - Method for technical oil purification

Info

Publication number: RU2815781C1
Application number: RU2023113471A
Authority: RU
Inventors: Евгений Николаевич Пирогов; Николай Николаевич Зубков; Сергей Анатольевич Галко; Виталий Евгеньевич Константинов; Федор Евгеньевич Шарыкин; Андрей Игоревич Замятин; Валерий Георгиевич Калашников
Filing date: 2023-05-24
Publication date: 2024-03-21

Abstract

FIELD: oil purification.

SUBSTANCE: invention relates to the separation and purification of liquid media, in particular oils and hydraulic fluids, from solid impurities, emulsified and dissolved water. A method for purifying technical oils from mechanical impurities and water is disclosed, including forced tangential supply of the original oil to the prefilter. In the prefilter, under the influence of flow swirling, solid impurities and water are separated. After this, the partially purified oil in the prefilter is divided into two streams, one of which is mixed in the circulation circuit with the flow of the original oil, and the second stream from the prefilter is ejected into the tangential separator. Next, a steam-air mixture is removed from the solvent under a vacuum of 75 kPa. Partially purified oil is forcibly fed to a fine filter made of a polymer of a spatially globular structure with a pore size of 0.4-0.6 microns. At the outlet of the filter, purified oil is selected. In this case, the separation of the main part of solid impurities and free water is carried out on a partial-flow hydrodynamic prefilter, one output flow of which in the circulation circuit is regulated by a valve, and the second is cleaned on the hydrophobic separating partition of its filter element. The partition is made of a thin-walled plastic pipe with the ability to change the size of the pores - slot channels. The second stream from the partial-flow hydrodynamic prefilter is saturated with inert gas and dispersed before being fed to the fine filter. Then cavitation is initiated by swirling and decelerating the flow in the vortex chamber on the HPLM partition at the bottom of the tangential separator cup. After this, dissolved water is evaporated from the oil on the developed porous side surfaces in the upper part of the tangential separator glass, and in the lower part at the exit from it the dispersed flow of oil is turned 180° upon contact with the concave surface of the reflector and particles of solid impurities and water vapour are separated with bubbles of air and inert gas. The partially purified oil is then collected at the bottom of the tangential separator as it flows through the perforated hydrophobic coated metal mesh reinforced side wall of the deflector.

EFFECT: improved efficiency of oil purification.

1 cl, 1 dwg, 2 tbl, 2 ex

Description

Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates

Изобретение относится к области очистки жидких углеводородов, в частности масел, а также гидравлических жидкостей, и может быть использовано в энергетике, авиационной, электротехнической и автомобильной промышленности для очистки и регенерации сред как минерального, так и растительного происхождения.The invention relates to the field of purification of liquid hydrocarbons, in particular oils, as well as hydraulic fluids, and can be used in the energy, aviation, electrical and automotive industries for the purification and regeneration of media of both mineral and plant origin.

Уровень техникиState of the art

Ужесточение требований по экологической безопасности при возрастании стоимостных показателей потребляемых ресурсов делают проблему восстановления физико-механических - эксплуатационных показателей жидких углеводородов с одновременным сгущением отделяемых загрязнителей особенно значимой, а совершенствование машин и механизмов с увеличением нагрузок на их детали и узлы приводят к необходимости повышения требований к чистоте горюче-смазочных сред. Очень актуальна эта задача для обеспечения функционирования энергетических объектов, где требуется обработка сильно обводненных с большим количеством загрязняющих частиц значительных объемов турбинного, кабельного и трансформаторного масел при проведении ремонтных и регламентных работ.Tightening requirements for environmental safety with increasing cost indicators of consumed resources make the problem of restoring the physical and mechanical performance indicators of liquid hydrocarbons with the simultaneous thickening of separated pollutants especially significant, and the improvement of machines and mechanisms with increasing loads on their parts and assemblies leads to the need to increase cleanliness requirements fuels and lubricants. This task is very relevant for ensuring the functioning of energy facilities, where it is necessary to process significant volumes of turbine, cable and transformer oils that are heavily watered with a large number of polluting particles during repair and maintenance work.

Перед авторами стояла задача - разработать способ очистки масел минерального и растительного происхождения технологически простого при проектировании и эффективного при реализации.The authors were faced with the task of developing a method for purifying oils of mineral and vegetable origin that would be technologically simple to design and effective to implement.

Как показал анализ патентной и научно-технической литературной информации наиболее перспективными способами разделения и очистки по сравнению с другими являются способы, основанные на фильтрации масел. Однако одним из существенных ограничений для их применения является проблема восстановления фильтрующих свойств разделительных перегородок.As an analysis of patent and scientific and technical literary information has shown, the most promising methods of separation and purification compared to others are methods based on oil filtration. However, one of the significant limitations for their use is the problem of restoring the filtering properties of dividing partitions.

Известен способ очистки масел, заключающийся в тангенциальном отделении мехпримесей и воды при движении масла по внутренним объемам пористых гидрофобных трубок и последующей доочистке на коалесцирующих и сорбирующих фильтрах. Однако при его реализации необходимы дополнительные энергозатраты для подготовки жидкой среды (так при нагревании часть эмульгированной воды переходит в растворенное состояние), а также для отделения накопленной воды из объемов сорбирующих фильтров и подохлаждения фильтрата, при этом эффективность разделения резко падает из-за накопления механических примесей и воды в объемах последних. (РФ, патент №2135256, B01D 19/00, 1999 г.).There is a known method for purifying oils, which consists in the tangential separation of solids and water as the oil moves through the internal volumes of porous hydrophobic tubes and subsequent purification using coalescing and sorbing filters. However, its implementation requires additional energy consumption to prepare the liquid medium (for example, when heated, part of the emulsified water goes into a dissolved state), as well as to separate accumulated water from the volumes of sorbing filters and cool the filtrate, while the separation efficiency drops sharply due to the accumulation of mechanical impurities and water in the latter volumes. (RF, patent No. 2135256, B01D 19/00, 1999).

Известен способ очистки масел, заключающийся в отделении мехпримесей на фильтрующей перегородке, укрупнении микрокапель при прохождении среды через коагулирующую перегородку с последующим их отрывом от ее поверхности под действием сил тяжести, сепарации не скоагулировавшихся микрокапель воды на поверхности водоотталкивающей перегородки, последующем осаждении скоагулировавшихся капель в отстойнике. При этом используется только кинетическая энергия потока очищаемой среды и отсутствует необходимость в использовании какой-либо механической или электрической энергии. Однако при осуществлении способа относительно невелик ресурс разделительных перегородок, велика трудоемкость замены выработавших свой ресурс водоотделяющих и фильтрующих элементов, а также резко снижается эффективность водоотделения при повышении вязкости масел, кроме того, эффективность очистки существенно зависит от конструктивных параметров коагулирующей и водоотделяющей перегородок, а также гидродинамических характеристик потока жидкой среды. (К.В. Рыбаков, Е.Н. Жулдыбин, В.П. Коваленко. Обезвоживание авиационных горюче-смазочных материалов. - М.: «Транспорт», 1979 г., с. 149-151).There is a known method for purifying oils, which consists in separating solid impurities on a filter partition, enlarging microdroplets when the medium passes through a coagulating partition, followed by their separation from its surface under the influence of gravity, separating non-coagulated microdroplets of water on the surface of a water-repellent partition, and subsequent deposition of coagulated droplets in a settling tank. In this case, only the kinetic energy of the flow of the purified medium is used and there is no need to use any mechanical or electrical energy. However, when implementing the method, the service life of the separating partitions is relatively short, the labor intensity of replacing water separating and filter elements that have exhausted their service life is high, and the efficiency of water separation sharply decreases when the viscosity of the oils increases, in addition, the cleaning efficiency significantly depends on the design parameters of the coagulating and water separating partitions, as well as hydrodynamic characteristics of the fluid flow. (K.V. Rybakov, E.N. Zhuldybin, V.P. Kovalenko. Dehydration of aviation fuels and lubricants. - M.: “Transport”, 1979, pp. 149-151).

Наиболее близким по технической сущности и взятым за прототип является способ очистки технических масел, включающий принудительную тангенциальную подачу исходного масла в предфильтр, в котором под воздействием электростатических зарядов и закрутки потока происходит отделение мехпримесей и коагуляция воды, после чего частично очищенное масло в предфильтре разделяют на два потока, один из которых в контуре циркуляции подвергают дополнительной очистке, технологический процесс которой идентичен процессу очистки в предфильтре, и смешивают с потоком итсходного масла, а второй поток из предфильтра подают на фильтр тонкой очистки, на выходе которого осуществляют отбор паров воды, очищенного масла и обводненных мехпримесей, отличающийся тем, что на поток исходного масла воздействуют магнитным полем напряженностью 0,06 А/м и частотой 0,8 МГц до снижения кинематической вязкости масла на 10% от исходного значения и осуществляют ударно-волновую подачу масла с частотой 0,33 Гц и скоростью 2,4 м/сек в предфильтр, а второй поток из предфильтра перед подачей на фильтр тонкой очистки нагревают до 70°С и эжектируют в дополнительный тангенциальный разделитель, из которого под действием разряжения в 75 кПа отбирают паровоздушную смесь, а частично очищенное масло принудительно подают на фильтр тонкой очистки из полимера пространственно-глобулярной структуры с размером пор 0,4-0,6 мкм. (РФ, патент№2547750, B01D 36/00, 2015 г.).The closest in technical essence and taken as a prototype is a method of purifying technical oils, including forced tangential supply of the original oil into the pre-filter, in which, under the influence of electrostatic charges and swirling of the flow, mechanical impurities are separated and water coagulates, after which the partially purified oil in the pre-filter is divided into two stream, one of which is subjected to additional cleaning in the circulation circuit, the technological process of which is identical to the cleaning process in the pre-filter, and is mixed with the flow of the original oil, and the second stream from the pre-filter is fed to a fine filter, at the output of which water vapor, purified oil and watered solids, characterized in that the source oil flow is exposed to a magnetic field with a strength of 0.06 A/m and a frequency of 0.8 MHz until the kinematic viscosity of the oil is reduced by 10% of the initial value and a shock wave supply of oil is carried out with a frequency of 0.33 Hz and a speed of 2.4 m/sec into the prefilter, and the second flow from the prefilter, before being fed to the fine filter, is heated to 70°C and ejected into an additional tangential separator, from which, under the influence of a vacuum of 75 kPa, the steam-air mixture is taken, and the partially purified the oil is forcibly fed to a fine filter made of a polymer of a spatially globular structure with a pore size of 0.4-0.6 microns. (RF, patent No. 2547750, B01D 36/00, 2015).

Однако указанный способ технологически сложен и энергозатратен и требует большого объема дополнительного оборудования для его функционирования.However, this method is technologically complex and energy-consuming and requires a large amount of additional equipment for its operation.

Раскрытие изобретенияDisclosure of the Invention

Технический результат изобретения - повышение эффективности очистки масел.The technical result of the invention is to increase the efficiency of oil purification.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе очистки масел от мехпримесей и воды, включающем принудительную тангенциальную подачу исходного масла в предфильтр, в котором под воздействием закрутки потока происходит отделение мехпримесей и воды, после чего частично очищенное масло в предфильтре разделяют на два потока, один из которых в контуре циркуляции смешивают с потоком исходного масла, а второй поток из предфильтра перед подачей на фильтр тонкой очистки эжектируют в тангенциальный разделитель, из которого под действием разряжения 75 кПа отбирают паровоздушную смесь, а частично очищенное масло принудительно подают на фильтр тонкой очистки из полимера пространственно-глобулярной структуры с размером пор 0,4-0,6 мкм, на выходе которого осуществляют отбор очищенного масла, отличающийся тем, что отделение основной части мехпримесей и свободной воды производят на неполнопоточном гидродинамическом предфильтре, один выходной поток которого в контуре циркуляции регулируют вентилем, а второй очищают на гидрофобной разделительной перегородке его фильтроэлемента, которую выполняют из тонкостенной пластмассовой трубы с возможностью изменения размеров пор - щелевых каналов, при этом второй поток из неполнопоточного гидродинамического предфильтра насыщают инертным газом и диспергируют, инициируют кавитацию при закрутке и торможении потока на перегородке из ВПЯМ дна стакана тангенциального разделителя, испаряют растворенную воду из масла на развитой пористой боковой поверхности верхней части стакана тангенциального разделителя, а в нижней на выходе из него разворачивают дисперсный поток масла на 180°. при контакте с вогнутой поверхностью отражателя, отделяют с пузырьками воздуха и инертного газа частицы мехапримесей и паров воды, собирают частично очищенное масло в нижней части объема тангенциального разделителя при перетекании через перфорированную армированную металлической сеткой с гидрофобным покрытием боковую стенку отражателя.This technical result is achieved by the fact that in the known method of purifying oils from mechanical impurities and water, including forced tangential supply of the original oil into the pre-filter, in which, under the influence of flow swirling, the separation of mechanical impurities and water occurs, after which the partially purified oil in the pre-filter is divided into two streams, one of which is mixed in the circulation circuit with the flow of the original oil, and the second flow from the prefilter, before being fed to the fine filter, is ejected into a tangential separator, from which, under the influence of a vacuum of 75 kPa, the steam-air mixture is taken, and the partially purified oil is forcibly fed to the fine filter from polymer of a spatially globular structure with a pore size of 0.4-0.6 microns, at the output of which purified oil is selected, characterized in that the separation of the main part of solid impurities and free water is carried out on a partial-flow hydrodynamic prefilter, one output flow of which in the circulation circuit is regulated valve, and the second is cleaned on the hydrophobic separating partition of its filter element, which is made of a thin-walled plastic pipe with the ability to change the size of the pores - slot channels, while the second flow from the partial flow hydrodynamic pre-filter is saturated with inert gas and dispersed, cavitation is initiated when swirling and decelerating the flow on the partition from the HPLM of the bottom of the tangential separator glass, dissolved water is evaporated from the oil on the developed porous side surface of the upper part of the tangential separator glass, and in the lower part at the exit from it the dispersed flow of oil is turned 180°. upon contact with the concave surface of the reflector, particles of mechanical impurities and water vapor are separated with bubbles of air and inert gas, and partially purified oil is collected in the lower part of the volume of the tangential separator when flowing through the perforated side wall of the reflector reinforced with a metal mesh with a hydrophobic coating.

Описание чертежаDescription of the drawing

На фиг. 1 представлена блок-схема установки, реализующей способ очистки масел.In fig. Figure 1 shows a block diagram of an installation that implements a method for purifying oils.

Установка содержит бак 1 для очищаемого масла, связанный трубопроводом 2 через обратный клапан 3 и шаровой кран 4 с эжектором 5 и всасывающим патрубком многоступенчатого центробежного насоса 6, выход которого трубопроводом 7 через шаровой кран 8 и проточный подогреватель 9 подключен к неполнопоточному гидродинамическому предфильтру 10. При этом в горизонтальной перегородке 11 неполнопоточного гидродинамического предфильтра 10 установлены угловые насадки 12 подвижные в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а также фильтроэлемент 13, разделительная перегородка которого выполнена из тонкостенной пластмассовой трубы с гидрофобными свойствами. Подвижная перегородка фильтроэлемента 13 выполнена с нарезанными винтовыми рядами щелевых каналов 14 и закреплена штифтами с подвижным дном 15 фильтроэлемента 13. Полый шток 16 с микрометрической резьбой установлен в подвижном дне 15 фильтроэлемента 13 с возможностью перемещения в герметичном сопряжении с нижней крышкой 17 неполнопоточного гидродинамического предфильтра 10, соединен с выходом неполнопоточного гидродинамического предфильтра 10 патрубком 18 с трубопроводом 19. В кольцевом зазоре 20 неполнопоточного гидродинамического предфильтра 10 размещена полая насадка 21 в виде усеченного конуса, установленная торцом меньшего диаметра в кольцевой расточке нижней крышки 17 без контакта с фильтроэлементом 13. В полой насадке 21 по периметру ниже фильтроэлемента 13 выполнены радиальные отверстия 22. Внутренняя поверхность полой насадки 21 армирована пенометаллом 23, обладающим коагулирующими свойствами. Полая насадка 21 фиксируется горизонтальной перегородкой 11 через кольцевой проставок 24 при сборке неполнопоточного гидродинамического предфильтра 10. Второй выход 25 неполнопоточного гидродинамического предфильтра 10 в контуре циркуляции связан трубопроводом с вентилем 26 с всасывающим патрубком центробежного насоса 6 через эжектор 5. Трубопровод 19 с вентилями 27 и 28 связан с дополнительным эжектором 29, к которому через вентиль 30 и редуктор 31 подсоединен баллон 32 с сухим инертным газом и тангенциальный разделитель 33, который выполнен в виде двух коаксиальных цилиндрических сообщающихся обечаек 34, 35. При этом внутренняя поверхность обечайки 35 армирована пенометаллом. Обечайка 35 крепится на пилонах 36 к наружной обечайке 34, а в нижней части сообщается с отражателем 37, изготовленном в виде параболоида вращения с перфорированной боковой поверхностью, армированной металлической сеткой 38 с гидрофобным покрытием, и фиксируется на кольцевой вставке 39 штифтами. В средней части объема внутренней обечайки 35 под тангенциальным входом потока жидкой среды в вихревую камеру резьбовыми шпильками закреплено дно 40 стакана тангенциального разделителя 33 - круглая перегородка из ВПЯМ. Внутренняя обечайка 35 прикреплена к крышке 41 тангенциального разделителя 33 и в верхней части имеет отверстия 42 для отвода загрязненной среды в коаксиальный зазор 43 между обечайками 34 и 35. Переливами 44 коаксиальный зазор 43 соединен с емкостью для загрязнителя 45. Трубопроводом 46 с шаровым краном 47 нижняя часть обечайки 34 тангенциального разделителя 33 связана с шестеренчатым насосом 48, который трубопроводом 49 с шаровым краном 50 соединен с входным патрубком 51 фильтра 52 тонкой очистки с сорбирующими свойствами. Выход фильтра 52 тонкой очистки трубопроводами 53, 55 и шаровой кран 54 связан с резервуаром 56 для сбора очищенного масла, а через тройник 57 с шаровым краном 58 трубопроводом 59 с вакуумным насосом 60. Выход шестеренчатого насоса 48 через шаровой кран 61 трубопроводом 62 с шаровым краном 63 связан с выходом фильтра 52 тонкой очистки. Трубопровод 62 с тройником 64 связан подпитывающей магистралью 65 с дополнительным эжектором 29, который снабжен обводным трубопроводом 66 с шаровым краном 67. Подающий 6 и шестеренчатый насосы 48 обвязаны байпасными трубопроводами с вентилями 68 и 69 соответственно для регулирования их производительности. Неполнопоточный гидродинамический предфильтр 10, обечайка 34 тангенциального разделителя 33, емкость 45 для загрязнителя, фильтр 52 тонкой очистки, резервуар 56 для сбора очищенного масла имеют сливные патрубки с шаровыми кранами 70. Для отвода паров воды, воздуха и газа при вакуумировании насосом 60 из верхней части обечайки 34 тангенциального разделителя 33, емкости 45 и объема фильтра тонкой очистки 52, крышка емкости 45 снабжена трубопроводом с отсечным краном 71, а корпус фильтра 52 тонкой очистки - выходным трубопроводом 53 с шаровым краном 58.The installation contains a tank 1 for the oil to be purified, connected by a pipeline 2 through a check valve 3 and a ball valve 4 with an ejector 5 and the suction pipe of a multistage centrifugal pump 6, the output of which is connected by a pipeline 7 through a ball valve 8 and a flow-through heater 9 to a partial-flow hydrodynamic prefilter 10. In this case, in the horizontal partition 11 of the partial-flow hydrodynamic prefilter 10, there are corner nozzles 12 movable in the vertical and horizontal planes, as well as a filter element 13, the dividing partition of which is made of a thin-walled plastic pipe with hydrophobic properties. The movable partition of the filter element 13 is made with cut helical rows of slotted channels 14 and is secured with pins with a movable bottom 15 of the filter element 13. A hollow rod 16 with a micrometric thread is installed in the movable bottom 15 of the filter element 13 with the ability to move in a sealed connection with the bottom cover 17 of the partial-flow hydrodynamic prefilter 10, connected to the output of the partial-flow hydrodynamic prefilter 10 by a pipe 18 with a pipeline 19. In the annular gap 20 of the partial-flow hydrodynamic prefilter 10 there is a hollow nozzle 21 in the form of a truncated cone, installed with the end of a smaller diameter in the annular bore of the bottom cover 17 without contact with the filter element 13. In the hollow nozzle 21 Radial holes 22 are made along the perimeter below the filter element 13. The inner surface of the hollow nozzle 21 is reinforced with foam metal 23, which has coagulating properties. The hollow nozzle 21 is fixed by a horizontal partition 11 through an annular spacer 24 when assembling the partial flow hydrodynamic prefilter 10. The second outlet 25 of the partial flow hydrodynamic prefilter 10 in the circulation circuit is connected by a pipeline with valve 26 to the suction pipe of the centrifugal pump 6 through an ejector 5. Pipeline 19 with valves 27 and 28 connected to an additional ejector 29, to which a cylinder 32 with dry inert gas and a tangential separator 33, which is made in the form of two coaxial cylindrical communicating shells 34, 35, are connected through a valve 30 and a reducer 31. In this case, the inner surface of the shell 35 is reinforced with foam metal. The shell 35 is attached on pylons 36 to the outer shell 34, and in the lower part it communicates with a reflector 37, made in the form of a paraboloid of rotation with a perforated side surface, reinforced with a metal mesh 38 with a hydrophobic coating, and is fixed on the ring insert 39 with pins. In the middle part of the volume of the inner shell 35, under the tangential entrance of the liquid medium flow into the vortex chamber, the bottom 40 of the glass of the tangential separator 33 is secured with threaded rods - a round partition made of HPLM. The inner shell 35 is attached to the cover 41 of the tangential separator 33 and in the upper part has holes 42 for draining the contaminated medium into the coaxial gap 43 between the shells 34 and 35. Overflows 44, the coaxial gap 43 is connected to the container for the pollutant 45. Pipeline 46 with a ball valve 47 lower part of the shell 34 of the tangential separator 33 is connected to a gear pump 48, which is connected by a pipeline 49 with a ball valve 50 to the inlet pipe 51 of the fine filter 52 with sorbing properties. The outlet of the fine filter 52 is connected by pipelines 53, 55 and a ball valve 54 to a reservoir 56 for collecting purified oil, and through a tee 57 with a ball valve 58 by a pipeline 59 with a vacuum pump 60. The output of the gear pump 48 through a ball valve 61 by a pipeline 62 with a ball valve 63 is connected to the output of the fine filter 52. Pipeline 62 with tee 64 is connected by a feed line 65 with an additional ejector 29, which is equipped with a bypass pipeline 66 with a ball valve 67. Supply 6 and gear pumps 48 are connected by bypass pipelines with valves 68 and 69, respectively, to regulate their productivity. Partial-flow hydrodynamic prefilter 10, shell 34 of tangential separator 33, container 45 for pollutants, fine filter 52, tank 56 for collecting purified oil have drain pipes with ball valves 70. To remove water, air and gas vapors during evacuation with pump 60 from the upper part shell 34 of the tangential separator 33, tank 45 and volume of the fine filter 52, the lid of the tank 45 is equipped with a pipeline with a shut-off valve 71, and the body of the fine filter 52 is equipped with an outlet pipeline 53 with a ball valve 58.

Использование неполнопоточного гидродинамического предфильтра 10 с закруткой и очисткой потока масла на разделительной перегородке с гидрофобными свойствами фильтроэлемента 13, выполненного из фторопласта Ф-4 (ГОСТ 10007-80), за счет действия центробежных, а также сил поверхностного натяжения позволяет более полно отделять свободную воду и мехпримеси. При этом «разрезы» щелевых каналов 14 пор ориентированы под углом 90° к вектору скорости набегающего потока с загрязнителями (мехпримесями и капельками воды) и площадь их контакта значительно больше, чем при взаимодействии с образующей квадратной ячейки фильтроэлемента, изготовленного из проволочной сетки с гидрофобным покрытием, а учитывая, что поверхности щелевых каналов 14 выполнены с наклоном по направлению потока жидкой среды, то количество отраженных частиц мехпримесей и капелек воды дополнительно увеличивается, т.е. тонкость гидродинамической фильтрации существенно возрастает.The use of a partial-flow hydrodynamic prefilter 10 with swirling and cleaning of the oil flow on a dividing wall with the hydrophobic properties of the filter element 13 made of fluoroplastic F-4 (GOST 10007-80), due to the action of centrifugal as well as surface tension forces, allows for more complete separation of free water and mechanical impurities. In this case, the “cuts” of the slot channels of 14 pores are oriented at an angle of 90° to the velocity vector of the oncoming flow with pollutants (solid impurities and water droplets) and their contact area is much larger than when interacting with the generatrix of a square cell of a filter element made of wire mesh with a hydrophobic coating , and taking into account that the surfaces of the slot channels 14 are made with an inclination in the direction of the flow of the liquid medium, the number of reflected particles of solid impurities and water droplets further increases, i.e. the fineness of hydrodynamic filtration increases significantly.

Уменьшение площади проходного сечения щелевых каналов 14 пор фильтроэлемента 13 при перемещения полого штока 16 позволяет увеличить отделение воды, так как установлено, что капли воды практически не проходят через отверстия, размер которых не превышает 0,4 диаметра капель. (К.В. Рыбаков, Е.Н. Жулдыбин, В.П. Коваленко. Обезвоживание авиационных горюче-смазочных материалов. - М.: «Транспорт», 1979 г., с. 146).Reducing the flow area of the slot channels 14 of the pores of the filter element 13 when moving the hollow rod 16 makes it possible to increase the separation of water, since it has been established that drops of water practically do not pass through holes, the size of which does not exceed 0.4 of the diameter of the drops. (K.V. Rybakov, E.N. Zhuldybin, V.P. Kovalenko. Dehydration of aviation fuels and lubricants. - M.: “Transport”, 1979, p. 146).

Насыщение нагретого масла «сухим» инертным газом (например, азотом) из баллона 32 обеспечивает при эжектировании создание однородной дисперсной среды, которая при закрутке и торможении на дне 40 пористого стакана внутренней обечайки 35 интенсифицирует кавитацию с испарением паров жидкости (воды) и удалением газа на развитых пористых боковых поверхностях стакана разделителя 33.Saturation of heated oil with “dry” inert gas (for example, nitrogen) from a cylinder 32 ensures, during ejection, the creation of a homogeneous dispersed medium, which, when swirling and braking at the bottom 40 of the porous cup of the inner shell 35, intensifies cavitation with the evaporation of liquid vapor (water) and the removal of gas to developed porous side surfaces of the separator glass 33.

«Разворот» дисперсного потока нагретого масла, прошедшего через пористую перегородку из ВПЯМ дна 40 стакана тангенциального разделителя 33, при взаимодействии с вогнутой поверхностью параболоида вращения отражателя 37 (причем нижний конец внутренней обечайки 35 находится в его фокусе), позволяет организовать поток параллельный стенкам отражателя 37. Это обеспечивает эффективное удаления большей части оставшихся мехпримесей, растворенных газов и паров воды в верхнюю часть объема обечайки 34 тангенциального разделителя 33 для последующей эвакуации в емкость для сбора загрязнителя 45.The “reversal” of a dispersed flow of heated oil passing through the porous partition from the HPLM of the bottom 40 of the tangential separator 33 cup, when interacting with the concave surface of the paraboloid of rotation of the reflector 37 (and the lower end of the inner shell 35 is at its focus), makes it possible to organize a flow parallel to the walls of the reflector 37 This ensures effective removal of most of the remaining solid impurities, dissolved gases and water vapor into the upper part of the volume of the shell 34 of the tangential separator 33 for subsequent evacuation into the container for collecting the pollutant 45.

Осуществление изобретенияCarrying out the invention

Необходимо очистить трансформаторное масло ТК ОКП ГОСТ 982-85 в объеме 400 л (исходное содержание мехпримесей 5 мг/л - 0,0005% масс. и воды 10 мг/л - 0,001%, вязкость кинематическая при 20°С - 30 мм²/с, при 50°С - 8 мм²/с), в которое внесены загрязнители: кварцевая пыль и вода в объемах 60 г и 60 мл соответственно. Загрязнители с помощью центробежного насоса 6 диспергируются в объеме 400 л. Подготовленное трансформаторное масло (с концентрациями 0,0175% масс. мехпримесей и 0,02% масс. воды) из бака 1 для очищаемого масла подается насосом 6 предварительно подогретым до 30°С (кинематическая вязкость которого уменьшается до 14,7 мм²/с) проточным нагревателем 9 на вход неполнопоточного гидродинамического предфильтра 10. Тангенциальная подача потока масла с его закруткой с помощью угловых насадок 12 при регулировании гидравлического сопротивления фильтроэлемента 13 и действии центробежных сил, а также сил поверхностного натяжения в щелевых каналах 14 пор фильтроэлемента 13, позволяют выбирать оптимальный режим очистки, обеспечивающий отделение основной части свободной воды. При этом загрязнители - мехпримеси и капли эмульгированной воды хорошо смываются с перегородок щелевых каналов 14, чем обеспечивается больший межрегенерационный период работы неполнопоточного гидродинамического предфильтра 10. Из неполнопоточного гидродинамического предфильтра 10 масло распределяется на два потока, один из которых в контуре циркуляции по трубопроводу с вентилем 26 подают через эжектор 5 на вход насоса 6, а второй дополнительно доочищают в тангенциальном разделителе 33. Подаваемое масло в тангенциальный разделитель 33 с содержанием мехпримесей - 0,0013% масс. и воды - 0,0015% масс. насыщают сухим инертным газом (например, азотом) из баллона 32 и диспергируют при эжектировании в вихревую камеру над пористым дном 40 стакана внутренней обечайки 35 тангенциального разделителя 33. Закрутка и торможение дисперсной среды на дне стакана 40 обуславливают интенсивную кавитацию, при активном испарении паров воды и газовоздушной смеси при равномерном растекании на пористой поверхности внутренней обечайки 35 и создании разряжения 75 кПа вакуумным насосом 60. Регулировочные вентили 27, 28, 30, 68, и 69 позволяют поддерживать необходимые расходы инертного газа и масла, стабилизировать температурный режим и тем самым управлять работой тангенциального разделителя 33. При этом часть диспергированного масла с мельчайшими пузырьками воздуха и инертного газа с частицами мехпримесей и капелек воды под действием гравитационных сил и работы шестеренчатого насоса 48 постоянно выносятся с потоком масла из нижней части объема внутренней обечайки 35 тангенциального разделителя 33 и контактируют с вогнутой поверхностью отражателя 37, объединяются в комплексы и всплывают с пеной. Через перфорированную боковую поверхность отражателя 37, армированную металлической сеткой с гидрофобным покрытием, идет эвакуация очищенного масла, которое шестеренчатым насосом 48 подается на фильтр 52 тонкой очистки из ПГС-полимера и собирается в предварительно отвакуумированный резервуар 56 для сбора очищенного масла. При принудительной подаче шестеренчатым насосом 48 на фильтр 52 тонкой очистки с размером пор 0,4-0,6 мкм фильтроэлемента и сорбционной емкости единицы его объема 0,2-0,3 г/см³, удаляют мехпримеси до 0,0009% масс. и доосушают масло до 0,0001% масс.It is necessary to clean transformer oil TK OKP GOST 982-85 in a volume of 400 l (initial content of solids 5 mg/l - 0.0005% wt. and water 10 mg/l - 0.001%, kinematic viscosity at 20°C - 30 mm ² / s, at 50°C - 8 mm ² / s), into which pollutants are added: quartz dust and water in volumes of 60 g and 60 ml, respectively. Pollutants are dispersed in a volume of 400 liters using a centrifugal pump 6. Prepared transformer oil (with concentrations of 0.0175 wt.% solids and 0.02 wt.% water) from tank 1 for the oil being purified is supplied by pump 6 preheated to 30°C (the kinematic viscosity of which is reduced to 14.7 mm ² /s ) flow-through heater 9 to the input of the partial-flow hydrodynamic prefilter 10. Tangential supply of the oil flow with its swirl using angle nozzles 12 while adjusting the hydraulic resistance of the filter element 13 and the action of centrifugal forces, as well as surface tension forces in the slot channels 14 of the pores of the filter element 13, allow you to choose the optimal a cleaning mode that ensures the separation of the main part of free water. In this case, pollutants - solid impurities and drops of emulsified water are well washed off from the partitions of the slot channels 14, which ensures a longer inter-regeneration period for the operation of the partial-flow hydrodynamic pre-filter 10. From the partial-flow hydrodynamic pre-filter 10, the oil is distributed into two streams, one of which is in the circulation circuit through a pipeline with valve 26 is supplied through ejector 5 to the inlet of pump 6, and the second is additionally purified in tangential separator 33. The oil supplied to tangential separator 33 contains solids content of 0.0013 wt%. and water - 0.0015% wt. are saturated with dry inert gas (for example, nitrogen) from a cylinder 32 and dispersed when the glass of the inner shell 35 of the tangential separator 33 is ejected into the vortex chamber above the porous bottom 40. The swirling and braking of the dispersed medium at the bottom of the glass 40 causes intense cavitation, with the active evaporation of water vapor and gas-air mixture with uniform spreading on the porous surface of the inner shell 35 and the creation of a vacuum of 75 kPa by a vacuum pump 60. Control valves 27, 28, 30, 68, and 69 make it possible to maintain the required flow rates of inert gas and oil, stabilize the temperature regime and thereby control the operation of the tangential separator 33. In this case, part of the dispersed oil with tiny bubbles of air and inert gas with particles of mechanical impurities and water droplets under the influence of gravitational forces and the operation of the gear pump 48 is constantly carried out with the oil flow from the lower part of the volume of the inner shell 35 of the tangential separator 33 and is in contact with the concave surface reflector 37, combine into complexes and float up with foam. Through the perforated side surface of the reflector 37, reinforced with a metal mesh with a hydrophobic coating, purified oil is evacuated, which is supplied by a gear pump 48 to a fine filter 52 made of APG polymer and collected in a pre-evacuated tank 56 to collect purified oil. When a gear pump 48 is forced to supply a fine filter 52 with a pore size of 0.4-0.6 μm of a filter element and a sorption capacity per unit volume of 0.2-0.3 g/cm ³ , solids are removed up to 0.0009% by weight. and dry the oil to 0.0001 wt%.

Для регенерации фильтра 52 тонкой очистки закрываются вентили 27, 28, шаровые краны 50, 54, 58 и 61 и открываются шаровые краны 67, 63. Чередующимися продувками сухим инертным газом из баллона 32 из фильтра 52 тонкой очистки удаляется капельная сорбированная вода из глобул ПГС-фильтра и накопившиеся мехпримеси с его пористых поверхностей, которые сбрасываются через открытый шаровой кран 70 на фильтре 52 тонкой очистки. Вакуумированием фильтра 52 тонкой очистки насосом 60 при закрытых шаровых кранах 50, 54, 63, 70 (на фильтре 52) и отсечном кране 71 окончательно доосушают его объем. После регенерации закрываются шаровые краны 58, 63, 67 и 70 (на фильтре 52) и открываются вентили 27, 28 и шаровые краны 50, 54, 61, при этом вакуумный насос 60 отключается от объема фильтра 52 тонкой очистки, прекращается подача инертного газа в объем фильтра 52 тонкой очистки при закрытом вентиле 63, устройство готово к работе.To regenerate the fine filter 52, valves 27, 28, ball valves 50, 54, 58 and 61 are closed and ball valves 67, 63 are opened. By alternating blowing with dry inert gas from cylinder 32, droplet sorbed water from the ASG-globules is removed from the fine filter 52. filter and accumulated solids from its porous surfaces, which are discharged through the open ball valve 70 on the fine filter 52. By evacuating the fine filter 52 with pump 60 with closed ball valves 50, 54, 63, 70 (on filter 52) and shut-off valve 71, its volume is finally drained. After regeneration, ball valves 58, 63, 67 and 70 are closed (on filter 52) and valves 27, 28 and ball valves 50, 54, 61 are opened, while the vacuum pump 60 is disconnected from the volume of the fine filter 52, and the supply of inert gas to fine filter volume 52 with valve 63 closed, the device is ready for operation.

Эффективность реализации разработанного способа сравнивается с результатами очистки масла с помощью выбранного прототипа.The effectiveness of the developed method is compared with the results of oil purification using the selected prototype.

Пример 1. Очистке подвергается трансформаторное масло ТК ОКП слитое при ремонте выключателя на заводе РЭТО. Объем масла составляет 600 л. Определяем содержание воды и мехпримесей до и после предфильтра 10, а также на выходе из тангенциального разделителя 33. Результаты эксперимента представлены в таблице 1.Example 1. Transformer oil TK OKP, drained during the repair of a circuit breaker at the RETO plant, is subjected to cleaning. Oil volume is 600 l. We determine the content of water and solid impurities before and after prefilter 10, as well as at the outlet of tangential separator 33. The results of the experiment are presented in Table 1.

Пример 2. Очистке подвергается льняное масло (ГОСТ 5791-81) для последующей термической обработки. Объем масла составляет 150 л. Определяем содержание воды и мехпримесей до и после неполнопоточного гидродинамического предфильтра 10, а также на выходе из тангенциального разделителя 33. Результаты эксперимента представлены в таблице 2.Example 2. Flaxseed oil is subjected to purification (GOST 5791-81) for subsequent heat treatment. Oil volume is 150 l. We determine the content of water and solids before and after the partial flow hydrodynamic prefilter 10, as well as at the outlet of the tangential separator 33. The experimental results are presented in Table 2.

Из приведенных результатов видно, что очистка масел от мехпримесей и воды на гидродинамическом неполнопоточном предфильтре 10 и в тангенциальном разделителе 33 при создании кавитации в жидкой среде обеспечивают более высокую степень отделения загрязнителей, что существенно влияет на работу фильтра 52 тонкой очистки, удлиняет период времени между регенерациями, т.е. тем самым снижает затраты на обеспечение его функционирования.From the above results it is clear that the purification of oils from solid impurities and water using a hydrodynamic partial-flow prefilter 10 and a tangential separator 33 when creating cavitation in a liquid medium provides a higher degree of separation of contaminants, which significantly affects the operation of the fine filter 52 and lengthens the period of time between regenerations , i.e. thereby reducing the costs of ensuring its functioning.

Таким образом, использование совокупности приемов, связанных с применением многоступенчатого отделения основного объема мехпримесей и воды при тангенциальной подаче на гидрофобную разделительную перегородку фильтроэлемента с регулируемыми щелевыми каналами - порами неполнопоточного гидродинамического предфильтра, дальнейшей доочистке дисперсной среды, насыщенной инертным газом, при кавитации закрученного потока в вихревой камере тангенциального разделителя, испарении растворенной воды на развитой пористой поверхности верхней части стакана тангенциального разделителя, отделении с пузырьками воздуха и инертного газа частиц мехпримесей и паров воды при развороте дисперсного потока масла на 180° на выходе из нижней части стакана разделителя при контакте с вогнутой поверхностью отражателя, сборе частично очищенного масла в нижней части тангенциального разделителя при перетекании через перфорированную армированную металлической сеткой с гидрофобным покрытием боковую стенку отражателя, позволяет существенно повысить степень очистки масел от мехпримесей и воды как после неполнопоточного гидродинамического предфильтра, так и тангенциального разделителя и тем самым увеличить интервал между регенерациями фильтра тонкой очистки, снизить трудо- и энергозатраты на обслуживание, т.е. повысить эффективность очистки масла.Thus, the use of a set of techniques associated with the use of multi-stage separation of the main volume of solid impurities and water with tangential supply to the hydrophobic separating partition of a filter element with adjustable slot channels - pores of a partial-flow hydrodynamic prefilter, further purification of a dispersed medium saturated with an inert gas during cavitation of a swirling flow in a vortex chamber of the tangential separator, evaporation of dissolved water on the developed porous surface of the upper part of the tangential separator glass, separation of particles of solid impurities and water vapor with bubbles of air and inert gas when turning the dispersed oil flow by 180° at the exit from the lower part of the separator glass in contact with the concave surface of the reflector , collecting partially purified oil in the lower part of the tangential separator when flowing through the perforated side wall of the reflector reinforced with a metal mesh with a hydrophobic coating, allows you to significantly increase the degree of purification of oils from solid impurities and water both after the incomplete flow hydrodynamic prefilter and the tangential separator and thereby increase the interval between regeneration of the fine filter, reduce labor and energy costs for maintenance, i.e. increase the efficiency of oil purification.

Claims

A method for purifying technical oils from solid impurities and water, including forced tangential supply of the original oil into a pre-filter, in which, under the influence of flow swirling, solid impurities and water are separated, after which the partially purified oil in the pre-filter is divided into two streams, one of which is mixed with flow of the original oil, and the second flow from the pre-filter is ejected into a tangential separator, from which, under the influence of a vacuum of 75 kPa, a steam-air mixture is taken, and the partially purified oil is forcibly fed to a fine filter made of a polymer of a spatially globular structure with a pore size of 0.4-0, 6 microns, at the output of which purified oil is selected, characterized in that the separation of the main part of solid impurities and free water is carried out on a partial-flow hydrodynamic prefilter, one output flow of which in the circulation circuit is regulated by a valve, and the second is cleaned on the hydrophobic dividing wall of its filter element, which is performed from a thin-walled plastic pipe with the ability to change the size of pores - slot channels, while the second flow from a partial-flow hydrodynamic prefilter is saturated with an inert gas and dispersed before being fed to the fine filter, cavitation is initiated when swirling and decelerating the flow in a vortex chamber on a partition made of HPLM at the bottom of a tangential glass separator, evaporate dissolved water from the oil on the developed porous side surfaces in the upper part of the tangential separator glass, and in the lower part at the exit from it, the dispersed flow of oil is turned 180° in contact with the concave surface of the reflector and particles of solid impurities and particles are separated with bubbles of air and inert gas water vapor, partially purified oil is collected in the lower part of the tangential separator as it flows through the perforated side wall of the reflector, reinforced with a metal mesh with a hydrophobic coating.