论文部分内容阅读
摘 要：介绍了离心机分离原理以及我厂离心机物料性质分析;从现场运行中对离心机参数调整进行分析讨论，得出确保离心机长期运行且操作时可以尝试的参数设置。
关键词：离心机;分离;物料性质;运行参数;
文章编号：1674-3520（2015）-10-00-02
催化剂污水处理装置主要承担着催化剂厂生产装置所排工业污水，该装置主要由均质池、一沉池、二沉池、浓缩池、ABFT池及污泥脱水系统组成，而离心机是整个污泥脱水系统组成的核心，负责处理一沉池、二沉池及ABFT池底部排泥，它的运行情况将直接影响一沉池、二沉池及ABFT池的运行，甚至影响到各单元出水指标的完成。
该装置共三台离心机，2011年以前三台设备虽不能同时运行，污泥处理量基本平稳。随着催化剂污水水量增加，污泥性质发生较大改变，污泥量也逐渐增加，两台离心机运行已无法完全满足生产的需要，提高离心机的污泥处理量成为工作重点。在厂领导的正确领导下，对污泥系统进行改造，确保三台离心机可以同时运行，增加了污泥的处理量，为了确保离心机实现开二备一且满足生产需要，需要进一步分析优化离心机的参数，提高单台离心机的运行效率。
一、离心机污泥分离原理分析
催化剂污水装置离心机属于沉降离心机，主要利用固、液两相存在的密度差，在离心力的作用下沉降。固相密度大，沉降在离心机转鼓内壁上;液相密度小，趋于转鼓中心并从机器溢流口流出，从而达到固、液分离的脱水效果。
污泥经离心泵输送至转鼓，转鼓内固体颗粒运动状态（如图1所示）
图1转鼓内固体颗粒运动
固相粒子在转鼓内沉降过程符合斯托克斯定律，得出沉降速度：
Vr= dr/dt =d2⊿prω2/18u ①
r-粒子所处位置半径 d-粒子直径
⊿p- 固、液相密度差 ω-转鼓角速度
u-液相粘度
固相粒子从液面R0沉降到转鼓R处所需时间t1为：
由①式变换可得：dt= dr/（ d2⊿prω2/18u ）对此式两边求积分可得：
t1=18u/d2⊿pω2（lnR-lnR0） ②
固相粒子在转鼓内停留时间t2为：
t2=L/vz=Lπ（R2-R20）/Q ③
L-沉降区长度 Q-悬浮液体积流量
按照分离条件t1≦ t2，最佳条件为t1= t2，得出计算公式：
Q= d2⊿prω2/18u·Lπ（R2-R20）/㏑（R/R0） ④
由公式④得知，沉降离心机的处理能力取决的因素为物料的物理性质和离心机的技术参数调节。
物料的物理性质：d-粒子直径⊿p- 固、液相密度差 u-液相粘度离心机的技术参数：ω-转鼓角速度=2πn/60（n=转鼓转速rpm）
二、物料性质分析
催化剂污水污泥主要是高岭土悬浮液及NaY废水，颗粒超细且含有胶质，污泥经浓缩池搅拌均匀后进入C10，在含水率≦98%时由离心泵送入离心机。
由离心机处理能力公式Q= d2⊿prω2/18u·Lπ（R2-R20）/㏑（R/R0）可知：
（一）粒子直径d越大其分离效果越好;福乐伟厂家培训技术资料如表1：
颗粒划分 粗颗粒 大颗粒 小颗粒 微粒
粒径范围 3mm>d
>100um 100um>d
>50um 50um>d
>5um d<5um
分离难易 非常容易分离 容易分离 较难分离 难分离
（二）固、液相密度差越大，分离效果越好;为了提高固、液两相浓度差，针对絮凝剂（PAM）存在絮凝、吸附及增强作用，选择阳离子复合絮凝剂（聚丙烯酰胺），絮凝剂在催化剂污水中显阳电性，对污水中悬浮的小颗粒有较强的絮凝沉淀作用，且PAM分子链固定在不同的颗粒表面上，各颗粒之间形成聚合物的桥，使颗粒形成聚集体而沉降。
（三）减小液体的粘度，提高分离效果;由于液体分子间距小彼此紧密，温度升高提高分子动能，促进分子间流动，使液体动力增加动力粘度减少，但目前蒸汽不能自动调节，容易导致进料温度超高报警而停止进料。
三、离心机参数调整分析讨论
在了解污泥物理特性情况下，调节好离心机参数变得至关重要。首先，我们需要了解离心机运行的三大关键参数：转鼓转数、螺旋推料差速及液池深度。同时，分析调整离心机参数，首先必须了解离心机控制柜各个自动联锁条件，从而确定参数的可调范围。根据PLC和实际操作总结信息，离心机报警联锁分为加药系统联锁报警和离心机报警联锁。总结归纳为下图所示：
因此，必须在条件允许范围内，调整离心机参数，才能找到离心机稳定运行参数。根据离心机分离原理公式Q= d2⊿prω2/18u·Lπ（R2-R20）/㏑（R/R0）可知：转鼓角速度ω增加，可提高处理能力Q。
ω=2πn/60（n=转鼓转速rpm）
转鼓角速度ω增加，即适当增加转鼓转速（低于联锁保护值）进行试验（以2#了解以上报警联锁条件，对离心机三大关键参数的调节进行分析：
（一）根据离心机处理能力公式：Q= d2⊿prω2/18u·Lπ（R2-R20）/㏑（R/R0） 知：离心机处理能力随转鼓角速度ω的增加而增加，ω=2πn/60（n=转鼓转速rpm），因此在联锁保护值范围内，离心机处理能力随转鼓转速的增加而增加，上清液出水更为清澈，固渣变得更紧密和牢固。但是过高转速一方面引起转鼓电机功耗，另一方面由于过高离心力导致固体沉降紧密度高，增加推料负荷，从而增加了螺旋电机功耗，降低电机的使用寿命。 （二）固相离子在转鼓内停留时间t2=L/V螺旋，由于沉降长度一定，离心机转鼓螺旋相对差速越大，出泥越快，含水率相应增加，上清液的较为清澈;反之则出泥慢，含水率低，上清液中固含量上升。离心机调试的目的就是找出兼顾两者平衡点的差速值，在这个最佳差速推动下，排渣有一个基本固定的干度，这个基本固定的干度使推料螺旋产生一个基本固定的推料负荷，即扭矩，扭矩过大，容易造成皮带拉断。因此，离心机调节时一定要重视扭矩所起的作用。
（三）液池深度是指物料在离心机内部，在离心力作用下，转鼓体内壁形成的固渣+液体混合圆环的厚度。在这个圆环中，固体由于比重大沉降在圆环最外圈，圆环内圈为清澈的分离液体。增加液池深度，上清液更为清澈，但由于液体圆环变厚，圆环的内圈将向固渣排渣口蔓延，排渣口附近的无水区域长度将变短，容易造成排放的固渣变得潮湿。反之，固渣变得干燥，但上清液可能比较浑浊。
针对以上调节参数的分析，对催化剂污水2#离心机进行试验调节（确保离心机干泥含水率≤80%），在确保离心机稳定运行、调节频率低的情况下，对不同进料流量段进行调节。取得试验数据如下表：
1、转速2400～2600r/min，改变进料流量，调节离心机满足出泥效果，运行稳定;
进泥流量m3/h 螺旋差速r/min 扭矩% 轴振动mm/s 运行效果
6～9 4.0～5.3 平均4.7 18～26.2 4.2 离心机出泥效果好，离心机运行稳定。
9～10 3.8～4.3平均4.0 28～30 4.6 离心机出泥效果好，离心机运行稳定。
10～11 3.3 30～36 5.3 离心机出泥偏稀，调节达不到分离效果。
2、将转速提高至2600～2700 r/min，增加进料流量，调节离心机满足出泥效果，运行稳定;
进泥流量m3/h 螺旋差速r/min 扭矩% 轴振动mm/s 运行效果
10～11 4.0～5 平均4.6 22～28 5.0 离心机出泥效果好，离心机运行稳定。
11～12 3.6～3.9平均3.7 30～32 5.8 离心机出泥效果好，离心机运行稳定。
12～13 3.3 32～34 5.9 离心机出泥偏稀，调节达不到分离效果。
3、将转速提高至2700～2800 r/min，继续增加进料流量，调节离心机满足出泥效果，运行稳定;
进泥流量m3/h 螺旋差速r/min 扭矩% 轴振动mm/s 运行效果
12～13 4.0～4.7 平均4.2 30～32 4.9 离心机出泥效果好，离心机运行稳定。
13～13.5 3.6～4.1平均3.9 32 7.8 离心机出泥效果好，离心机运行稳定。
>13.5 3.4～3.5 36～37 6.2～10.6 离心机出泥不稳定，振动不平稳且离心机出现不正常声音。
通过以上方法对2#离心机参数进行试验调节，目前2#离心机最大负荷为13～13.5m3/h，合理的运行参数是：转鼓转速2750～2800 r/min，差速度3.6～4.1 r/min，扭矩基本稳定于32%Nm。
（四）絮凝剂投加量的确定：通过不断改变进料流量，调整絮凝剂的投加量及离心机参数进行试验，观察离心机出泥效果及上清液悬浮物含量，确保离心机内部不易结块且出泥效果好，上清液清澈含悬浮物较低，絮凝剂投加量在1.0m3/h为最佳。
四、结论
通过对离心机分离物料性质及各参数的分析调整，充分了解离心机在不同流量范围之内各运行参数的调整范围，为了离心机操作达到出泥效果好，离心机运行稳定，操作频率低，以上实验数据是离心机确保长期运行且操作时可以尝试的参数设置。
五、下一步需要讨论分析问题
通过对离心机的分析发现，有2个问题下一步需要进行试验或分析：1、正常情况下，提高离心机负荷可通过调节运行参数满足。但污水系统受到冲击，水质发生较大变化时，提高离心机负荷，离心机出泥含水率高，调整离心机各运行参数无法达到出泥效果。需要对变化的水质进行试验，检验絮凝剂在变化的污水中是否降低絮凝作用而导致离心机分离效果下降，并找出分离效果下降的原因。2、进一步分析物料的性质及调整离心机运行参数，讨论分析离心机是否可以进一步提高处理能力。
参考文献：
[1]李家民，王世宏，瞿宾业。炼化设备手册第一册。兰州：兰州大学出版社，2008.58-60
关键词：离心机;分离;物料性质;运行参数;
文章编号：1674-3520（2015）-10-00-02
催化剂污水处理装置主要承担着催化剂厂生产装置所排工业污水，该装置主要由均质池、一沉池、二沉池、浓缩池、ABFT池及污泥脱水系统组成，而离心机是整个污泥脱水系统组成的核心，负责处理一沉池、二沉池及ABFT池底部排泥，它的运行情况将直接影响一沉池、二沉池及ABFT池的运行，甚至影响到各单元出水指标的完成。
该装置共三台离心机，2011年以前三台设备虽不能同时运行，污泥处理量基本平稳。随着催化剂污水水量增加，污泥性质发生较大改变，污泥量也逐渐增加，两台离心机运行已无法完全满足生产的需要，提高离心机的污泥处理量成为工作重点。在厂领导的正确领导下，对污泥系统进行改造，确保三台离心机可以同时运行，增加了污泥的处理量，为了确保离心机实现开二备一且满足生产需要，需要进一步分析优化离心机的参数，提高单台离心机的运行效率。
一、离心机污泥分离原理分析
催化剂污水装置离心机属于沉降离心机，主要利用固、液两相存在的密度差，在离心力的作用下沉降。固相密度大，沉降在离心机转鼓内壁上;液相密度小，趋于转鼓中心并从机器溢流口流出，从而达到固、液分离的脱水效果。
污泥经离心泵输送至转鼓，转鼓内固体颗粒运动状态（如图1所示）
图1转鼓内固体颗粒运动
固相粒子在转鼓内沉降过程符合斯托克斯定律，得出沉降速度：
Vr= dr/dt =d2⊿prω2/18u ①
r-粒子所处位置半径 d-粒子直径
⊿p- 固、液相密度差 ω-转鼓角速度
u-液相粘度
固相粒子从液面R0沉降到转鼓R处所需时间t1为：
由①式变换可得：dt= dr/（ d2⊿prω2/18u ）对此式两边求积分可得：
t1=18u/d2⊿pω2（lnR-lnR0） ②
固相粒子在转鼓内停留时间t2为：
t2=L/vz=Lπ（R2-R20）/Q ③
L-沉降区长度 Q-悬浮液体积流量
按照分离条件t1≦ t2，最佳条件为t1= t2，得出计算公式：
Q= d2⊿prω2/18u·Lπ（R2-R20）/㏑（R/R0） ④
由公式④得知，沉降离心机的处理能力取决的因素为物料的物理性质和离心机的技术参数调节。
物料的物理性质：d-粒子直径⊿p- 固、液相密度差 u-液相粘度离心机的技术参数：ω-转鼓角速度=2πn/60（n=转鼓转速rpm）
二、物料性质分析
催化剂污水污泥主要是高岭土悬浮液及NaY废水，颗粒超细且含有胶质，污泥经浓缩池搅拌均匀后进入C10，在含水率≦98%时由离心泵送入离心机。
由离心机处理能力公式Q= d2⊿prω2/18u·Lπ（R2-R20）/㏑（R/R0）可知：
（一）粒子直径d越大其分离效果越好;福乐伟厂家培训技术资料如表1：
颗粒划分 粗颗粒 大颗粒 小颗粒 微粒
粒径范围 3mm>d
>100um 100um>d
>50um 50um>d
>5um d<5um
分离难易 非常容易分离 容易分离 较难分离 难分离
（二）固、液相密度差越大，分离效果越好;为了提高固、液两相浓度差，针对絮凝剂（PAM）存在絮凝、吸附及增强作用，选择阳离子复合絮凝剂（聚丙烯酰胺），絮凝剂在催化剂污水中显阳电性，对污水中悬浮的小颗粒有较强的絮凝沉淀作用，且PAM分子链固定在不同的颗粒表面上，各颗粒之间形成聚合物的桥，使颗粒形成聚集体而沉降。
（三）减小液体的粘度，提高分离效果;由于液体分子间距小彼此紧密，温度升高提高分子动能，促进分子间流动，使液体动力增加动力粘度减少，但目前蒸汽不能自动调节，容易导致进料温度超高报警而停止进料。
三、离心机参数调整分析讨论
在了解污泥物理特性情况下，调节好离心机参数变得至关重要。首先，我们需要了解离心机运行的三大关键参数：转鼓转数、螺旋推料差速及液池深度。同时，分析调整离心机参数，首先必须了解离心机控制柜各个自动联锁条件，从而确定参数的可调范围。根据PLC和实际操作总结信息，离心机报警联锁分为加药系统联锁报警和离心机报警联锁。总结归纳为下图所示：
因此，必须在条件允许范围内，调整离心机参数，才能找到离心机稳定运行参数。根据离心机分离原理公式Q= d2⊿prω2/18u·Lπ（R2-R20）/㏑（R/R0）可知：转鼓角速度ω增加，可提高处理能力Q。
ω=2πn/60（n=转鼓转速rpm）
转鼓角速度ω增加，即适当增加转鼓转速（低于联锁保护值）进行试验（以2#了解以上报警联锁条件，对离心机三大关键参数的调节进行分析：
（一）根据离心机处理能力公式：Q= d2⊿prω2/18u·Lπ（R2-R20）/㏑（R/R0） 知：离心机处理能力随转鼓角速度ω的增加而增加，ω=2πn/60（n=转鼓转速rpm），因此在联锁保护值范围内，离心机处理能力随转鼓转速的增加而增加，上清液出水更为清澈，固渣变得更紧密和牢固。但是过高转速一方面引起转鼓电机功耗，另一方面由于过高离心力导致固体沉降紧密度高，增加推料负荷，从而增加了螺旋电机功耗，降低电机的使用寿命。 （二）固相离子在转鼓内停留时间t2=L/V螺旋，由于沉降长度一定，离心机转鼓螺旋相对差速越大，出泥越快，含水率相应增加，上清液的较为清澈;反之则出泥慢，含水率低，上清液中固含量上升。离心机调试的目的就是找出兼顾两者平衡点的差速值，在这个最佳差速推动下，排渣有一个基本固定的干度，这个基本固定的干度使推料螺旋产生一个基本固定的推料负荷，即扭矩，扭矩过大，容易造成皮带拉断。因此，离心机调节时一定要重视扭矩所起的作用。
（三）液池深度是指物料在离心机内部，在离心力作用下，转鼓体内壁形成的固渣+液体混合圆环的厚度。在这个圆环中，固体由于比重大沉降在圆环最外圈，圆环内圈为清澈的分离液体。增加液池深度，上清液更为清澈，但由于液体圆环变厚，圆环的内圈将向固渣排渣口蔓延，排渣口附近的无水区域长度将变短，容易造成排放的固渣变得潮湿。反之，固渣变得干燥，但上清液可能比较浑浊。
针对以上调节参数的分析，对催化剂污水2#离心机进行试验调节（确保离心机干泥含水率≤80%），在确保离心机稳定运行、调节频率低的情况下，对不同进料流量段进行调节。取得试验数据如下表：
1、转速2400～2600r/min，改变进料流量，调节离心机满足出泥效果，运行稳定;
进泥流量m3/h 螺旋差速r/min 扭矩% 轴振动mm/s 运行效果
6～9 4.0～5.3 平均4.7 18～26.2 4.2 离心机出泥效果好，离心机运行稳定。
9～10 3.8～4.3平均4.0 28～30 4.6 离心机出泥效果好，离心机运行稳定。
10～11 3.3 30～36 5.3 离心机出泥偏稀，调节达不到分离效果。
2、将转速提高至2600～2700 r/min，增加进料流量，调节离心机满足出泥效果，运行稳定;
进泥流量m3/h 螺旋差速r/min 扭矩% 轴振动mm/s 运行效果
10～11 4.0～5 平均4.6 22～28 5.0 离心机出泥效果好，离心机运行稳定。
11～12 3.6～3.9平均3.7 30～32 5.8 离心机出泥效果好，离心机运行稳定。
12～13 3.3 32～34 5.9 离心机出泥偏稀，调节达不到分离效果。
3、将转速提高至2700～2800 r/min，继续增加进料流量，调节离心机满足出泥效果，运行稳定;
进泥流量m3/h 螺旋差速r/min 扭矩% 轴振动mm/s 运行效果
12～13 4.0～4.7 平均4.2 30～32 4.9 离心机出泥效果好，离心机运行稳定。
13～13.5 3.6～4.1平均3.9 32 7.8 离心机出泥效果好，离心机运行稳定。
>13.5 3.4～3.5 36～37 6.2～10.6 离心机出泥不稳定，振动不平稳且离心机出现不正常声音。
通过以上方法对2#离心机参数进行试验调节，目前2#离心机最大负荷为13～13.5m3/h，合理的运行参数是：转鼓转速2750～2800 r/min，差速度3.6～4.1 r/min，扭矩基本稳定于32%Nm。
（四）絮凝剂投加量的确定：通过不断改变进料流量，调整絮凝剂的投加量及离心机参数进行试验，观察离心机出泥效果及上清液悬浮物含量，确保离心机内部不易结块且出泥效果好，上清液清澈含悬浮物较低，絮凝剂投加量在1.0m3/h为最佳。
四、结论
通过对离心机分离物料性质及各参数的分析调整，充分了解离心机在不同流量范围之内各运行参数的调整范围，为了离心机操作达到出泥效果好，离心机运行稳定，操作频率低，以上实验数据是离心机确保长期运行且操作时可以尝试的参数设置。
五、下一步需要讨论分析问题
通过对离心机的分析发现，有2个问题下一步需要进行试验或分析：1、正常情况下，提高离心机负荷可通过调节运行参数满足。但污水系统受到冲击，水质发生较大变化时，提高离心机负荷，离心机出泥含水率高，调整离心机各运行参数无法达到出泥效果。需要对变化的水质进行试验，检验絮凝剂在变化的污水中是否降低絮凝作用而导致离心机分离效果下降，并找出分离效果下降的原因。2、进一步分析物料的性质及调整离心机运行参数，讨论分析离心机是否可以进一步提高处理能力。
参考文献：
[1]李家民，王世宏，瞿宾业。炼化设备手册第一册。兰州：兰州大学出版社，2008.58-60