तेल जल विभाजक क्या है: कार्य सिद्धांत, प्रकार और अनुप्रयोग

मुख्य प्रश्न का उत्तर: तेल जल विभाजक क्या है और यह कैसे काम करता है? तेल जल विभाजक एक पात्र या चैनल है जो दो अमिश्रणीय चरणों के बीच घनत्व अंतर का लाभ उठाकर औद्योगिक अपशिष्ट जल से मुक्त और बिखरे हुए तेल को हटाता है। पृथक्करण स्टोक्स के नियम का पालन करता है, जहां तेल की बूंद का उत्थान वेग v = g x d2 x (rho_water - rho_oil) / (18 x mu) होता है, इसलिए 850 किग्रा/एम3 तेल की 150 माइक्रोमीटर बूंद पानी में लगभग 3-4 मिमी/सेकंड की गति से ऊपर उठती है। इसे पकड़ने के लिए, विभाजक को थोक तरल को इतना धीमा करना होगा कि पानी के बाहर निकलने से पहले बूंद सतह तक पहुंच जाए। एक पारंपरिक एपीआई 421 गुरुत्वाकर्षण विभाजक इसलिए क्षैतिज वेग को 0.9 मीटर/मिनट (3 फीट/मिनट) तक सीमित करता है, रेनॉल्ड्स संख्या को 2,000 से नीचे रखता है, और 0.3-0.5 के गहराई-से-चौड़ाई अनुपात का उपयोग करता है। ठीक से आकार की इकाइयां 100-1,000 मिलीग्राम/लीटर से आने वाले तेल को 10-50 मिलीग्राम/लीटर तक काटती हैं, जबकि पॉलिशिंग चरण नियामकों और आईएमओ एमईपीसी.107(49) द्वारा जहाज के बिलज जल के लिए निर्धारित 10-15 पीपीएम निर्वहन सीमाओं तक पहुंचते हैं।

चार भौतिक सिद्धांत तय करते हैं कि कोई विभाजक अपने आउटलेट विनिर्देश को पूरा करता है या नहीं:

• घनत्व अंतर और स्टोक्स का नियम: सब कुछ तेल और पानी के चरणों के बीच घनत्व अंतर से शुरू होता है। विशिष्ट खनिज तेल लगभग 1,000 किग्रा/एम3 पानी के मुकाबले 820-880 किग्रा/एम3 पर बैठते हैं, जिससे 0.12-0.18 ग्राम/सेमी3 का अंतर होता है, लेकिन भारी कच्चा तेल, बिटुमेन और कुछ सिंथेटिक तेल 950-1,010 किग्रा/एम3 तक पहुंच जाते हैं और बहुत धीरे-धीरे या बिल्कुल भी अलग नहीं होते हैं। चूंकि उत्थान वेग बूंद व्यास के वर्ग के साथ बढ़ता है, बूंद के आकार को आधा करने से उत्थान दर चौथाई हो जाती है: 300 माइक्रोमीटर की बूंद लगभग 12 मिमी/सेकंड की गति से ऊपर उठती है जबकि 75 माइक्रोमीटर की बूंद केवल 1 मिमी/सेकंड का प्रबंधन करती है। यही कारण है कि विभाजकों को उनके कट आकार द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है, और क्यों कोई भी अपस्ट्रीम उपकरण जो बूंदों को छोटा करता है, जैसे कि एक सेंट्रीफ्यूगल पंप या एक थ्रॉटलिंग वाल्व, चुपचाप डाउनस्ट्रीम विभाजक के प्रदर्शन को नष्ट कर देता है।
• निवास समय और शांत प्रवाह: विभाजक समय खरीदने का एक उपकरण है। तरल को पात्र में तब तक रहना चाहिए जब तक कि डिजाइन बूंद प्रवाह पथ के नीचे से सतह तक यात्रा न कर सके, जो एक एपीआई विभाजक में उलटा से पानी की सतह तक, आमतौर पर 1.5-3 मीटर तक होता है। 3 मिमी/सेकंड के उत्थान वेग के साथ, इसके लिए 500-1,000 सेकंड के प्रतिधारण की आवश्यकता होती है, या 8-17 मिनट, और पात्र की लंबाई आवश्यक प्रतिधारण को स्वीकार्य क्षैतिज वेग से विभाजित करके प्राप्त की जाती है। अशांति इस गणना को नष्ट कर देती है, इसलिए इनलेट वितरक, छिद्रित बाधाएं और एक लंबा स्थिर क्षेत्र अनिवार्य हैं, और डिजाइनर यह जांच कर प्रदर्शन सत्यापित करते हैं कि रेनॉल्ड्स संख्या 2,000 से नीचे और आदर्श रूप से पृथक्करण क्षेत्र में 500 से नीचे रहती है।
• सामंजस्य और बूंद वृद्धि: गुरुत्वाकर्षण अकेले उचित आकार के बेसिन में लगभग 50-60 माइक्रोमीटर से नीचे की बूंदों को नहीं हटा सकता है, इसलिए अधिकांश आधुनिक विभाजक एक सामंजस्य माध्यम जोड़ते हैं। एक लहरदार प्लेट इंटरसेप्टर में पानी 45-60 डिग्री पर 20-40 मिमी की दूरी पर स्थित प्लेटों के ढेर से होकर बहता है। बूंदें केवल ऊपर की प्लेट की निचली सतह तक उठती हैं, एक फिल्म में मिल जाती हैं, और फिर फिल्म ऊपर की ओर प्लेट के साथ संग्रह चैनल तक जाती है। चूंकि प्रभावी अवसादन दूरी मीटर से सेंटीमीटर तक गिर जाती है, एक सीपीआई एक खुले एपीआई बेसिन के पदचिह्न के 20-50% में समान पृथक्करण प्राप्त करता है। तैलीय ठोस प्लेटों से नीचे एक कीचड़ हॉपर में स्लाइड करते हैं, जिसे नियमित रूप से निकाला जाना चाहिए या ढेर गाद से भर जाता है और पूरी तरह से अपना लाभ खो देता है।
• प्लवन और रासायनिक सहायता: जब तेल पायसीकृत होता है या बूंदें सर्फेक्टेंट द्वारा स्थिर होती हैं, तो गुरुत्वाकर्षण पृथक्करण विफल हो जाता है और संयंत्र प्लवन की ओर मुड़ जाता है। घुली हुई हवा प्लवन 300-600 केपीए पर हवा के साथ एक पुनर्चक्रण धारा को संतृप्त करता है और इसे एक सुई वाल्व या इजेक्टर के माध्यम से वायुमंडलीय दबाव पर छोड़ता है, जिससे 10-100 माइक्रोमीटर बुलबुले का एक बादल बनता है जो तेल की बूंदों से जुड़ता है और उन्हें सतह तक ले जाता है, जहां एक स्किमर फ्लोट को हटा देता है। रासायनिक सहायता लगभग हमेशा इसके साथ जोड़ी जाती है: एक धनायनित या ऋणायनित पॉलीइलेक्ट्रोलाइट पायस को तोड़ता है, और एक फेरिक या एल्यूमीनियम नमक जमावट चार्ज को अस्थिर करता है। सही ढंग से खुराक वाली डीएएफ आउटलेट तेल को 10-30 मिलीग्राम/एल तक लाती है, लेकिन ओवरडोजिंग पायस को फिर से स्थिर करता है और उपचार न करने से भी बदतर प्रवाह बनाता है।

चयन इनलेट तेल एकाग्रता, बूंद आकार वितरण, उपलब्ध प्लॉट स्थान और निर्वहन सीमा से प्रेरित होता है जिसे पूरा किया जाना चाहिए:

• एपीआई गुरुत्वाकर्षण विभाजक: रिफाइनरी और पेट्रोकेमिकल तैलीय पानी के लिए संदर्भ डिजाइन, एपीआई 421 में मानकीकृत और उपचार के पहले चरण के रूप में लंबे समय से उपयोग किया जाता है। यह एक लंबी आयताकार कंक्रीट बेसिन है जिसमें एक चेन-चालित फ्लाइट स्किमर तैरते तेल को नीचे के छोर पर एक स्लॉटेड पाइप तक ले जाता है, और एक कीचड़ खुरचनी बसे हुए ठोस को इनलेट पर एक हॉपर तक ले जाती है। इसकी ताकत सादगी, कीचड़ भार और ठोस के प्रति सहनशीलता, और मुक्त तेल का अनुमानित 60-99% निष्कासन है। इसकी कमजोरी पदचिह्न है: 150 माइक्रोमीटर कट के लिए 1,000 एम3/एच का उपचार करने के लिए लगभग 40-60 मीटर लंबी बेसिन की आवश्यकता होती है। यह केवल मुक्त तेल को संभालता है और पायसीकृत या घुले हुए तेल के लिए कुछ नहीं करता है।
• लहरदार प्लेट इंटरसेप्टर और झुकी हुई प्लेट इंटरसेप्टर: एक सीपीआई या टीपीआई एक स्टील टैंक में समान पृथक्करण सिद्धांत को एक अंश आकार में पैक करता है, ऊपर वर्णित समानांतर प्लेट स्टैक का उपयोग करता है। 20-40 मिमी की प्लेट रिक्ति और 45-60 डिग्री का झुकाव ठोस को नीचे की ओर स्थानांतरित करने देता है जबकि तेल की फिल्में ऊपर की ओर बढ़ती हैं, इसलिए इकाई कुछ हद तक स्व-सफाई करती है। ये इकाइयां कारखाने में निर्मित, स्किड-माउंटेड होती हैं, और आमतौर पर 5-500 एम3/एच का उपचार करती हैं, जो उन्हें अपतटीय प्लेटफार्मों, टर्मिनलों और संयंत्र नवीनीकरण के लिए मानक विकल्प बनाती है जहां एक नई कंक्रीट बेसिन नहीं डाली जा सकती है। वे खुले बेसिन की तुलना में ठोस और भारी ग्रीस द्वारा प्लगिंग के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं, इसलिए अपस्ट्रीम स्क्रीनिंग और नियमित प्लेट सफाई गैर-परक्राम्य हैं।
• घुली हुई हवा प्लवन और प्रेरित गैस प्लवन: प्लवन इकाइयां वह उपचार करती हैं जो गुरुत्वाकर्षण नहीं कर सकता: पायसीकृत तेल और 5-50 माइक्रोमीटर रेंज में महीन बिखरी हुई बूंदें। डीएएफ पहले वर्णित दबावयुक्त पुनर्चक्रण धारा का उपयोग करता है और एपीआई विभाजक के बाद एक माध्यमिक चरण के रूप में रिफाइनरी और पेट्रोकेमिकल प्रवाह उपचार में आम है। आईजीएफ इसके बजाय एक इम्पेलर-प्रेरित इजेक्टर या एक स्पार्ज्ड रोटर के साथ यांत्रिक रूप से गैस को फैलाता है, जिससे संतृप्तकर्ता पात्र और पंप से बचा जाता है और उच्च ठोस को सहन किया जाता है। दोनों को रासायनिक कंडीशनिंग की आवश्यकता होती है, दोनों 1-5% तेल की एक फ्लोट स्किमिंग धारा का उत्पादन करते हैं जिसे वसूली या निपटान के लिए वापस रूट किया जाना चाहिए, और दोनों प्रवाह झटके के प्रति संवेदनशील होते हैं, इसलिए अपस्ट्रीम समकारीकरण डिजाइन आवश्यकता के बजाय एक डिजाइन आवश्यकता है।
• हाइड्रोसाइक्लोन, कोलेसर्स और झिल्ली पॉलिशिंग: जहां जगह प्रीमियम पर है, जैसे कि अपतटीय प्लेटफार्मों पर, तरल-तरल हाइड्रोसाइक्लोन धारा को उच्च वेग से घुमाते हैं ताकि भारी पानी दीवार की ओर फेंका जाए और हल्का तेल कोर वर्टेक्स फाइंडर के माध्यम से खींचा जाए। वे कॉम्पैक्ट होते हैं और उनमें कोई हिलने वाले हिस्से नहीं होते हैं, लेकिन उन्हें 200-500 केपीए के दबाव ड्रॉप की आवश्यकता होती है, वे ठोस और गैस के प्रति असहिष्णु होते हैं, और डिजाइन प्रवाह के 40-50% से नीचे टर्नडाउन पर उनका प्रदर्शन तेजी से गिरता है। बहुत कम स्तरों तक पॉलिशिंग के लिए, एक कोलेसिंग कार्ट्रिज फिल्टर या एक अल्ट्राफिल्ट्रेशन या सिरेमिक झिल्ली इकाई तेल को 5-10 पीपीएम से नीचे ला सकती है, नियमित मीडिया प्रतिस्थापन और एक सांद्रता धारा की लागत पर जिसे संभाला जाना चाहिए।

प्र: तेल जल विभाजक और एपीआई विभाजक में क्या अंतर है?

उ: तेल जल विभाजक एक सामान्य श्रेणी है जिसमें कोई भी उपकरण शामिल है जो तेल को पानी से अलग करता है, जबकि एपीआई विभाजक अमेरिकन पेट्रोलियम इंस्टीट्यूट द्वारा एपीआई 421 में मानकीकृत एक विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण डिजाइन है। एपीआई विभाजक एक लंबी आयताकार बेसिन है जिसमें एक फ्लाइट स्किमर और कीचड़ खुरचनी 150 माइक्रोमीटर से ऊपर की बूंदों को हटाने के लिए आकार की है, जो आमतौर पर क्षैतिज वेग को 0.9 मीटर/मिनट और रेनॉल्ड्स संख्या को 2,000 से नीचे रखती है। चूंकि यह एक खुला बेसिन है, यह कीचड़ भार और ठोस को अच्छी तरह से सहन करता है, लेकिन इसके लिए एक बड़े प्लॉट क्षेत्र की आवश्यकता होती है। व्यवहार में, एपीआई विभाजक प्राथमिक उपचार चरण है, और सीपीआई इकाइयां, डीएएफ, हाइड्रोसाइक्लोन और कोलेसर्स द्वितीयक या पॉलिशिंग चरण हैं जो इसका अनुसरण करते हैं।

प्र: तेल जल विभाजक कितना तेल एकाग्रता प्राप्त कर सकता है?

उ: यह प्रौद्योगिकी और इनलेट बूंद आकार वितरण पर निर्भर करता है। एक अच्छी तरह से चलाया जाने वाला एपीआई गुरुत्वाकर्षण विभाजक आमतौर पर कुछ सौ से कुछ हजार मिलीग्राम/लीटर के इनलेट से 50-150 मिलीग्राम/लीटर प्रदान करता है, क्योंकि यह केवल मुक्त तेल को हटाता है। एक लहरदार प्लेट इंटरसेप्टर इसे 20-60 मिलीग्राम/लीटर तक सुधारता है। रासायनिक रूप से सहायता प्राप्त डीएएफ जोड़ने से प्रवाह 10-30 मिलीग्राम/लीटर रेंज में आता है, और एक कोलेसिंग या झिल्ली पॉलिशिंग चरण 5-10 मिलीग्राम/लीटर से नीचे तक पहुंच सकता है। जहाज के बिलज जल के लिए नियामक सीमा आईएमओ एमईपीसी.107(49) के तहत 15 पीपीएम है, जिसे एक समर्पित तैलीय जल विभाजक द्वारा एक कोलेसिंग और फिल्टर चरण के बाद एक तेल सामग्री मॉनिटर और स्वचालित ओवरबोर्ड वाल्व के साथ पूरा किया जाता है।

प्र: तेल जल विभाजक अचानक प्रदर्शन करना क्यों बंद कर देता है?

उ: चार कारण अधिकांश विफलताओं के लिए जिम्मेदार हैं। अपस्ट्रीम कतरनी: एक नया सेंट्रीफ्यूगल पंप, एक थ्रॉटलिंग नियंत्रण वाल्व या एक आंशिक रूप से बंद प्रतिबंध तेल को डिजाइन कट आकार से नीचे की बूंदों में पायसीकृत करता है, और कोई भी गुरुत्वाकर्षण उपकरण उन्हें पुनर्प्राप्त नहीं कर सकता है। ठोस संचय: गाद, स्केल और कीचड़ बेसिन को भर देते हैं या प्लेट पैक में पुल बनाते हैं, प्रभावी मात्रा को काटते हैं और प्रवाह को छोटा करते हैं। तापमान में गिरावट: पानी की चिपचिपाहट ठंडी होने पर तेजी से बढ़ती है, और चूंकि उत्थान वेग चिपचिपाहट के विपरीत आनुपातिक होता है, एक इकाई जो गर्मियों में प्रदर्शन करती है वह सर्दियों में विफल हो सकती है। अंत में रासायनिक परिवर्तन: अपशिष्ट धारा में एक नया सर्फेक्टेंट, सफाई एजेंट या संक्षारण अवरोधक पायस को स्थिर करता है और गुरुत्वाकर्षण पृथक्करण को पूरी तरह से हरा देता है।

प्र: तेल जल विभाजक का आकार कैसे निर्धारित किया जाना चाहिए?

उ: डिजाइन बूंद कट आकार से शुरू करें, आमतौर पर एपीआई ड्यूटी के लिए 150 माइक्रोमीटर, और परिवेश के बजाय ऑपरेटिंग तापमान पर वास्तविक तेल और पानी के घनत्व का उपयोग करके स्टोक्स के नियम के साथ उत्थान वेग की गणना करें। क्षैतिज वेग को 0.9 मीटर/मिनट से अधिक नहीं और गहराई-से-चौड़ाई अनुपात को 0.3 और 0.5 के बीच सेट करें, फिर जांचें कि रेनॉल्ड्स संख्या 2,000 से नीचे है। पात्र की लंबाई क्षैतिज वेग को आवश्यक प्रतिधारण समय से गुणा करके प्राप्त की जाती है, जो पृथक्करण गहराई को बूंद उत्थान वेग से विभाजित किया जाता है। इनलेट अशांति के लिए हमेशा 1.5-2.0 का सुरक्षा कारक लागू करें, डिजाइन प्रवाह के 30-40% तक टर्नडाउन व्यवहार की पुष्टि करें, और कीचड़ भार के दौरान तेल के ओवरफ्लो को रोकने के लिए एक तेल स्तर अलार्म और स्वचालित स्किम नियंत्रण जोड़ें।