INSTALATII SEPARATOARE DE REZIDUURI PETROLIERE

5.8.1. Prevenirea poluarii apei de mare cu reziduurile petroliere ale navelor

Prevenirea degradarii prin navigatie a mediului marin, actiune care se incadreaza in ansamblul masuilor de protejare a naturii, constituie obiectul Conventiei internationale pentru prevenirea poluarii de catre nave, incheiate la Londra in anul 1973.

Conform acestei conventii si documentelor semnate ulterior in legatura cu ea, toate navele peste 400 TRB sunt obligate sa foloseasca instalatii separatoare de reziduri petroliere, astfel incat in apa evacuata peste bord continutul de hidrocarburi sa se mentina sub anumite valori limita.

In fig.19 eate reprezentata schema de functionare a unei instalatii separatoare de reziduuri petroliere.

10 t/h, acestea fiind in concordanta cu consumurile instalatiei de forta. Separatoarele de reziduuri, care trebuie sa purifice mari cantitati de apa colectata in santina, functioneaza cu debite de 5 25 t/h, ajungand chiar la 300 t/h in cazul petrolierelor. Pentru aceste debite apreciabile, in scopul limitarii dimensiunilor de gabarit si a maririi sigurantei de functionare, se utilizeaza separatoare fara piese mobile, care folosesc pentru separare energiile cinetica si potentiala ale amestecului. Solutiile constructive pentru separatoarele de santina sunt total diferite de cele utilizate la separatoarele centrifugale cu paleti.

5.8.2. Procese de aglomerare si separare din apa

a hidrocarburilor petroliere

Intr-o instalatie navala de separare cu eficienta ridicata si masa minima sunt folosite: sedimentarea in camp gravitational, sedimentarea in camp centrifugal, laminarea, aglomerarea pe talere si aerarea. Din motive de siguranta de functionare, nu este admisa utilizarea substantelor chimice pentru separarea din apa a hidrocarburilor. In apa de santina si in cea de spalare a tancurilor de marfa ale petrolierelor, se afla reziduuri formate din motorina, pacura, uleiuri de ungere si alte hidrocarburi petroliere ale caror densitati variaza in limitele r_r=(0,80 . 0,98) t/m³. Pentru densitati ale apei de mare r_w=(1,020 . 1,025) t/m³, intre cei doi componenti rezulta o diferenta de densitate Dr r_w r_r=(0,040 . 0,125) t/m³. Aceasta diferenta constituie baza functionarii separatoarelor de santina si ea este utilizata in toate procesele fizice mai sus enumerate.

5.8.2.1. Sedimentarea in camp gravitational

Acesta este un proces fizic in cadrul caruia are loc separarea in faze a sistemelor eterogene disperse, prin actiunea diferentiata a gravitatiei asupra fazelor de densitati diferite.

Sedimentarea in camp gravitational este utilizata de catre toate separatoarele, dar nu ca procedeu unic, ci ca etapa finala, dupa ce s-a obtinut aglomerarea particulelor de hidrocarburi.

5.8.2.2. Sedimentarea in camp gravicentrifugal

Este un procedeu eficace de provocare a aglomerarii particulelor de hidrocarburi petroliere. Sub efectul combinat al gravitatiei si al centrifugarii, cele doua componente de densitati diferite se sedimenteaza astfel incat, reziduurile petroliere se deplaseaza ascensional in interiorul traseului curbiliniu de miscare a particulelor. Centrifugarea este folosita in doua variante constructive: sicane si hidrocicloane.

Sicanele sunt elemente constructive plasate in calea particulelor astfel incat provoaca devierea lor pe o traiectorie curbilinie si aparitia fortelor centrifugale de sedimentare. Tinand cont de efectul combinat al fortelor centrifugale si al fortelor de gravitatie sicanele se pot clasifica in doua categorii:

a) sicane sus-jos-sus (fig.20,a) la care, dupa separarea centrifugala, traiectoriile celor doi componenti, apa (w) si reziduuri (r), antrenati in sedimentare gravitationala, nu se intersecteaza;

b) sicane jos-sus-jos (fig.20,b) la care cele doua traiectorii se intersecteaza, ingreunand separarea.

Particulele de reziduuri se aglomereaza in zona centrala a hidrociclo-nului, de unde pot fi evacuate printr-un racord plasat corespunzator.

5.8.2.3. Aglomerarea pe talere

Este un procedeu prin care particulele de reziduuri sunt obligate sa adere la talere plane sau conice, astfel incat prin contact sa aiba loc aglomerarea lor.

5.8.2.4. Aerarea

Este un procedeu de separare gravitationala fortata, in care particulele de reziduuri petroliere adera la bule de aer de flotabilitate marita.

Procedeul de aerare reclama pulverizarea fina a aerului, pentru a favoriza intalnirea particulelor sale cu cele de hidrocarburi.

5.8.2.5. Filtrarea

In cazul separatoarelor de santina filtrarea este operatia de separare a sistemului eterogen lichid - apa - reziduuri petroliere in cele doua faze constituente, cu ajutorul unui mediu de filtrare. Procesul hidrodinamic complex al filtrarii depinde caracteristicile mediului de filtrare (natura, grosimea, dimensiunile porilor), conditiile de filtrare (viteza, diferenta de presiune, temperatura) si de conditiile de regenerare a filtrelor.

Filtrele utilizate la separatoare pot fi de suprafata (site) sau volumice (baterii).

5.8.3. Constructia instalatiilor separatoare de santina

5.8.3.1. Principii generale

O instalatie separatoare de santina functioneaza conform schemei prezentate in fig.19. Separatorul functioneaza cu atat mai bine cu cat particulele de hidrocarburi au diametre mai mari. La locul de colectare, datorita sedimentarii gravitationale, hidrocarburile se afla in stratul superior, la partea inferioara aflandu-se apa. Atunci cand sorbul de aspiratie se afla in spatiile de apa sau hidrocarburi, adica la inceputul si sfarsitul procesului de golire a casetei de santina, conditiile de separare sunt facile, deoarece, in separator, patrunde doar unul din cei doi constituenti ai amestecului. La aspiratia stratului intermediar, de separatie apa-reziduuri, intervine, cu adevarat, functia de aglomerare si sedimentare a separatorului.

Concentratia de hidrocarburi in apa evacuata este cu atat mai mica, cu cat procesele de sedimentare se desfasoara mai rapid. Vitezele de sedimentare gravitationala si gravicentrifugala depind de marimea particulelor de hidrocarburi. Pentru ca diametrul particulelor de hidrocarburi sa fie maxim se iau urmatoarele masuri constructive si functionale: pe ramura de aspiratie vitezele de circulatie trebuie sa fie minime; pe traseul de aspiratie pana la intrarea in separator trebuie sa fie plasate cat mai putine rezistente locale; pompa instalatiei trebuie sa fie de un tip constructiv care sa fragmenteze cat mai putin particulele de hidrocarburi.

Pentru ca pompa instalatiei sa fragmenteze cat mai putin particulele de hidrocarburi in elementele ei mobile, vectorul de viteza al particulelor trebuie sa aiba cat mai putine variatii de modul si directie. De asemenea, sectiunile de trecere prin pompa trebuie sa fie cat mai mari, pentru a preveni infundarea cu reziduuri petroliere.

Conform acestor cerinte, cele mai indicate sunt pompele elicoidale cu surub.

O solutie radicala, de evitare a fragmentarii particulelor de hidrocarburi in pompa, este plasarea acesteia dupa separator. In acest caz se obtin avantaje nete in privinta separarii, dar trebuie luate masuri suplimentare de evacuare depresiva a hidrocarburilor separate. Cand se aplica aceasta solutie, separatorul trebuie calculat astfel incat pierderea de sarcina din el, impreuna cu pierderile de pe tubulatura de aspiratie pana la pompa, sa nu depaseasca inaltimea ei limita de aspiratie.

5.8.3.2. Tipuri constructive de separatoare de santina

Separatorul german TURBULO foloseste centrifugarea in camera superioara, aglomerarea particulelor de reziduuri pe sita plana 1 si pe talerele conice 2 (fig.22). Separatorul este divizat pe verticala printr-o membrana perforata, pentru a nu antrena in miscare de rotatie si amestecul din camera inferioara. El este dotat cu o armatura de aerisire cu flotor 3. In afara de incalzirea electrica sau cu abur 4 a uleiului sedimentat la partea superioara, se utilizeaza si o serpentina de abur la partea inferioara, pentru incalzirea amestecului cu particule fine.

Fig.22. Drenare

Firma livreaza separatoare la care valvula de evacuare a hidrocarburilor este manevrata manual si automat prin actionare electromagnetica. Separatorul asigura evacuarea peste bord a apei cu concentratii sub 100 p.p.m. Pentru a cobori concentratia de hidrocarburi sub 15 p.p.m. este nevoie de utilizarea unui corp secundar, dotat cu filtru de suprafata.

Separatorul francez SEREP foloseste o serie de sicane tronconice care, prin efectul centrifugal al schimbarii de directie si prin aglomerarea particulelor de reziduuri pe peretii sicanelor, realizeaza separarea. El este prevazut cu o serpentina cu abur pentru incalzirea amestecului.

Fig.23. 13

Separatorul polonez SP - 11 foloseste talere care formeaza un canal elicoidal. Amestecul este centrifugat prin acest canal si datorita efectului combinat al aglomerarii pe talere si gravicentrifugarii, cele doua componente se separa, hidrocarburile trecand intr-un corp secundar. Viteza mare a curentului de amestec prin canalul elicoidal nu favorizeaza o sedimentare accentuata.

Separatorul romanesc SEROM, prezentat in figura 23, foloseste aglomerarea hidrocarburilor in hidrocicloanele 9, sedimentarea gravi-centrifugala in coloana 13, aglomerarea pe inele in torul 7 si filtrarea volumica in elementele 8.

Elemente componente:

1- racord de intrare amestec; 2- robineti de prevelare probe, evacuare hidrocarburi si aerisire; 3- alimentare electrica; 4- bloc traductori nivel; 5- servovalvula; 6- valvula pneumatica fluture; 7- tor de aglomerare pe inele; 8- filtru volumic; 9- hidrocicloane; 10- racord evacuare hidrocarburi separate; 11- racord de alimentare cu aer comprimat; 12- racord evacuare apa tratata; 13- coloana de sedimentare.

Separatorul englez SAREX foloseste separarea depresiva intr-un corp primar si filtrarea cu suprapresiune intr-un corp secundar. Functionarea este automatizata, continutul de hidrocarburi la evacuare este sub 15 p.p.m.

5.8.4. Exploatarea instalatiilor separatoare de santina

In exploatarea instalatiilor separatoare de santina, atentia principala trebuie acordata continutului de hidrocarburi din apa evacuata peste bord. In functie de marimea si tipul navei, precum si de zona de navigatie, cerintele conventiei sunt sintetizate in tabelul urmator:

Dupa un anumit timp de exploatare, filtrul instalatiei separatoare se colmateaza, ceea ce se cunoaste prin caderea de presiune care se realizeaza.

La atingerea valorii maxime admise, filtrul trebuie demontat pentru curatirea bateriei de filtrare.

In cazul instalatiilor care functioneaza dupa schema din figura 19, trebuie acordata mare atentie reglarii corecte a presiunii de deschidere a armaturii de bordaj 5. Cat timp armatura manuala 6 sau armatura automata 7 sunt inchise, hidrocarburile separate sunt colectate in separator, iar apa tratata (cu continut de hidrocarburi sub 100 ppm sau 15 ppm) este evacuata peste bord prin armatura de bordaj 5. Cand volumul de hidrocarburi din separator are nivelul inferior sub traductorul inferior de nivel 10, este comandata deschiderea armaturii electromagnetice 7, care permite evacuarea hidrocarburilor in tancul de reziduri 9. Intrucat pompa 3 poate aspira numai hidrocarburi, inseamna ca atat cat armaturile 7 sau 6 sunt deschise, armatura 5 trebuie sa ramana inchisa pentru ca peste bord sa nu se poata evacua si hidrocarburi. Aceasta conditie se poate realiza daca se regleaza arcul armaturii de bordaj 5 astfel incat presiunea necesara deschiderii sale sa fie mai mare decat presiunea de refulare a hidrocarburilor prin ramura care duce la tancul de reziduri.

In exploatarea separatoarelor cu traductori de nivel trebuie urmarita functionarea corecta a acestora, prin comenzile pe care le dau armaturii electromagnetice de evacuare a hidrocarburilor.

Un factor care influenteaza mult procesele de separare si aglomerare este temperatura reziduurilor petroliere. In timpul desfasurarii proceselor de aglomerare si sedimentare gravitationala in vederea colectarii lor in partea superioara a separatorului sau filtrului, se urmareste ca temperatura lor sa fie minima, pentru ca fluiditatea scazuta favorizeaza aglomerarea si franeaza reducerea dimensiunilor particulelor. Dupa ce reziduurile au fost colectate la partea superioara, se procedeaza la incalzirea lor, pentru ca prin cresterea fluiditatii, sa fie favorizata desprinderea particulelor de apa prin sedimentare gravitationala. In acest scop separatoarele dispun de serpentine de abur sau rezistente electrice intubate, mai putin indicate, deoarece pot depasi temperatura de inflamare a reziduurilor.

La pornirea instalatiei separatorului se procedeaza la umplerea cu apa a intregului sistem prin deschiderea aerisirilor. Pentru ca la oprirea pompei instalatia sa nu se goleasca , atat alimentarea cat si evacuarea sunt executate cu bucle verticale, de inaltime mai mare decat a separatorului.

Intre rotorul melcat si statorul din cauciuc al pompei cu surub trebuie sa existe in permanenta o pelicula de lichid de lucru, cu rol de lubrifiant. Pornirea pompei uscate, fara lichid de lucru, provoaca distrugerea rapida a statorului, care nu se repara, ci se inlocuieste.