Yağ Su Ayırıcı Nedir: Çalışma Prensipleri, Tipleri ve Uygulamaları

Temel soruyu yanıtlamak: Yağ su ayırıcı nedir ve nasıl çalışır? Yağ su ayırıcı, iki karışmayan faz arasındaki yoğunluk farkından yararlanarak endüstriyel atık sudan serbest ve dağılmış yağı gideren bir kap veya kanaldır. Ayrıştırma Stokes yasasına uyar, burada bir yağ damlacığının yükselme hızı v = g x d2 x (rho_su - rho_yağ) / (18 x mu) şeklindedir, bu nedenle 850 kg/m3 yoğunluğundaki bir yağın 150 mikrometre çapındaki damlacığı suda yaklaşık 3-4 mm/s hızla yükselir. Bunu yakalamak için ayırıcının toplu sıvıyı, damlacık su çıkmadan yüzeye ulaşacak kadar yavaşlatması gerekir. Bu nedenle geleneksel bir API 421 yerçekimi ayırıcısı, yatay hızı 0,9 m/dak (3 ft/dak) ile sınırlar, Reynolds sayısını 2.000'in altında tutar ve 0,3-0,5 derinlik-genişlik oranını kullanır. Doğru boyutlandırılmış üniteler, gelen yağı 100-1.000 mg/L'den 10-50 mg/L'ye düşürürken, parlatma aşamaları düzenleyiciler ve gemilerdeki sintine suyu için IMO MEPC.107(49) tarafından belirlenen 10-15 ppm deşarj sınırlarına ulaşır.

Bir ayırıcının çıkış spesifikasyonunu karşılayıp karşılamadığını dört fiziksel prensip belirler:

• Yoğunluk Farkı ve Stokes Yasası: Her şey yağ ve su fazları arasındaki yoğunluk farkıyla başlar. Tipik mineral yağlar, yaklaşık 1.000 kg/m3 su karşısında 820-880 kg/m3'te oturur, bu da 0,12-0,18 g/cm3'lük bir sürüş farkı sağlar, ancak ağır ham petrol, bitüm ve bazı sentetik yağlar 950-1.010 kg/m3'e ulaşır ve çok yavaş veya hiç ayrışmaz. Yükselme hızı, damlacık çapının karesiyle orantılı olduğundan, damlacık boyutunu yarıya indirmek yükselme oranını dörtte bir oranında azaltır: 300 mikrometre çapındaki bir damlacık yaklaşık 12 mm/s hızla yükselirken, 75 mikrometre çapındaki bir damlacık yalnızca 1 mm/s hızla yükselir. Ayırıcıların kesme boyutlarına göre belirtilmesinin ve santrifüj pompa veya boğma valfi gibi damlacıkları daha küçük kesen herhangi bir yukarı akış cihazının, aşağı akış ayırıcı performansını sessizce yok etmesinin nedeni budur.
• Bekleme Süresi ve Sakin Akış: Bir ayırıcı, zaman satın alan bir cihazdır. Sıvı, tasarım damlacığının akış yolunun dibinden yüzeye seyahat etmesi için yeterince uzun süre kapta kalmalıdır; bu, bir API ayırıcısında genellikle 1,5-3 m olan tabandan su yüzeyine kadardır. 3 mm/s'lik bir yükselme hızıyla bu, 500-1.000 saniye tutma süresi veya 8-17 dakika gerektirir ve kap uzunluğu, gereken tutma süresinin izin verilen yatay hıza bölünmesiyle elde edilir. Türbülans bu hesaplamayı bozar, bu nedenle giriş dağıtıcıları, delikli bölmeler ve uzun bir sakinleştirme bölgesi zorunludur ve tasarımcılar, Reynolds sayısının ayrıştırma bölgesinde 2.000'in altında ve ideal olarak 500'ün altında kaldığını kontrol ederek performansı doğrular.
• Birleşme ve Damlacık Büyümesi: Yerçekimi tek başına makul boyutlu bir havzada yaklaşık 50-60 mikrometrenin altındaki damlacıkları gideremez, bu nedenle çoğu modern ayırıcı bir birleştirme ortamı ekler. Oluklu plaka kesicilerde su, 45-60 derece açıyla yerleştirilmiş 20-40 mm aralıklı bir plaka yığınından akar. Damlacıklar yalnızca yukarıdaki plakanın altına kısa bir mesafeye yükselir, bir filme birleşir ve ardından film toplama kanalına doğru yukarı doğru akar. Etkin çökme mesafesi metreden santimetreye düştüğü için, bir CPI aynı ayrıştırmayı açık bir API havuzunun ayak izinin %20-50'si kadar bir alanda gerçekleştirir. Yağlı katılar plakalar boyunca bir çamur haznesine kayar; bu hazne düzenli olarak boşaltılmalıdır, aksi takdirde yığın siltlenir ve avantajını tamamen kaybeder.
• Yüzdürme ve Kimyasal Yardım: Yağ emülsifiye olduğunda veya damlacıklar yüzey aktif maddeler tarafından stabilize edildiğinde, yerçekimi ayrışması başarısız olur ve tesis yüzdürmeye başvurur. Çözünmüş hava yüzdürme, bir geri dönüşüm akışını 300-600 kPa'da hava ile doyurur ve atmosfer basıncında bir iğne valfi veya ejektör aracılığıyla serbest bırakarak, yağ damlacıklarına yapışan ve onları yüzeye taşıyan 10-100 mikrometre kabarcık bulutu üreten bir bulut üretir; burada bir sıyırıcı yüzeydekileri giderir. Kimyasal yardım neredeyse her zaman bununla birlikte verilir: katyonik veya anyonik bir polielektrolit emülsiyonu kırar ve bir demir veya alüminyum tuzu pıhtılaştırıcı yükü dengesizleştirir. Doğru dozlanmış DAF, çıkış yağını 10-30 mg/L'ye getirir, ancak aşırı dozlama emülsiyonu yeniden stabilize eder ve atığı hiç işlememeden daha kötü hale getirir.

Seçim, gelen yağ konsantrasyonu, damlacık boyutu dağılımı, mevcut alan ve karşılanması gereken deşarj limiti tarafından yönlendirilir:

• API Yerçekimi Ayırıcısı: Rafineri ve petrokimya yağlı suyu için referans tasarım, API 421'de standartlaştırılmış ve uzun yıllar boyunca ilk arıtma aşaması olarak kullanılmıştır. Zincir tahrikli bir sıyırıcı ile yüzen yağı aşağı akış ucundaki oluklu bir boruya süpüren ve çökelmiş katıları girişteki bir hazneye taşıyan bir çamur kazıyıcısı olan uzun dikdörtgen bir beton havuzdur. Güçlü yönleri basitlik, yığın yüklere ve katılara tolerans ve serbest yağın öngörülebilir %60-99'luk giderimidir. Zayıf yönü ayak izidir: 1.000 m3/saat'i 150 mikrometre kesime kadar işlemek yaklaşık 40-60 m uzunluğunda bir havuz gerektirir. Yalnızca serbest yağı işler ve emülsifiye veya çözünmüş yağ için hiçbir şey yapmaz.
• Oluklu Plaka Kesici ve Eğimli Plaka Kesici: Bir CPI veya TPI, yukarıda açıklanan paralel plaka yığınını kullanarak aynı ayrıştırma prensibini çok daha küçük bir çelik tanka paketler. 20-40 mm plaka aralığı ve 45-60 derecelik bir eğim, katıların aşağı doğru göç etmesine, yağ filmlerinin ise yukarı doğru göç etmesine izin verir, böylece ünite bir dereceye kadar kendi kendini temizler. Bu üniteler fabrika yapımı, şasiye monte edilmiş ve tipik olarak 5-500 m3/saat işler, bu da onları yeni bir beton havuzun dökülemeyeceği açık deniz platformları, terminaller ve tesis revizyonları için standart seçim haline getirir. Açık bir havuzdan daha fazla katı ve ağır gres tarafından tıkanmaya daha yatkındırlar, bu nedenle yukarı akış eleme ve düzenli plaka temizliği pazarlık konusu değildir.
• Çözünmüş Hava Yüzdürme ve İndüklenmiş Gaz Yüzdürme: Yüzdürme üniteleri, yerçekiminin yapamadığını işler: 5-50 mikrometre aralığındaki emülsifiye yağ ve ince dağılmış damlacıklar. DAF, daha önce açıklanan basınçlı geri dönüşüm akışını kullanır ve API ayırıcısından sonra ikincil bir aşama olarak rafineri ve petrokimya atık su arıtımında yaygındır. IGF bunun yerine bir çarkla indüklenmiş bir ejektör veya püskürtmeli bir rotor ile gazı mekanik olarak dağıtır, doyurucu kabı ve pompayı atlar ve daha yüksek katılara tolerans gösterir. Her ikisi de kimyasal koşullandırma gerektirir, her ikisi de geri kazanım veya bertaraf için geri yönlendirilmesi gereken %1-5 yağ içeren bir yüzey sıyırma akışı üretir ve her ikisi de akış dalgalanmalarına duyarlıdır, bu nedenle yukarı akış eşitleme bir tasarım gereksinimidir, seçenek değil.
• Hidrosiklonlar, Birleştiriciler ve Membran Parlatma: Açık deniz platformları gibi alanın kısıtlı olduğu yerlerde, sıvı-sıvı hidrosiklonlar akışı yüksek hızda döndürerek daha ağır olan suyun duvara atılmasını ve daha hafif olan yağ çekirdeğinin girdap bulucu aracılığıyla çekilmesini sağlar. Kompaktlardır ve hareketli parçaları yoktur, ancak 200-500 kPa'lık bir basınç düşüşü gerektirirler, katı ve gazlara tolerans göstermezler ve tasarımlarının %40-50'sinin altındaki akışlarda performansları keskin bir şekilde düşer. Çok düşük seviyelere parlatma için, bir birleştirici kartuş filtre veya bir ultrafiltrasyon veya seramik membran ünitesi, düzenli medya değişimi ve işlenmesi gereken bir konsantre akışı maliyetiyle yağı 5-10 ppm'in altına düşürebilir.

S: Yağ su ayırıcı ile API ayırıcı arasındaki fark nedir?

C: Yağ su ayırıcı, yağı sudan ayıran herhangi bir cihazı kapsayan genel kategoridir, API ayırıcı ise Amerikan Petrol Enstitüsü tarafından API 421'de standartlaştırılmış belirli bir yerçekimi tasarımıdır. API ayırıcı, 150 mikrometrenin üzerindeki damlacıkları gidermek için boyutlandırılmış, genellikle yatay hızı 0,9 m/dak ile sınırlayan ve Reynolds sayısını 2.000'in altında tutan bir uç sıyırıcı ve çamur kazıyıcısına sahip uzun dikdörtgen bir havuzdur. Açık bir havuz olduğu için yığın yüklere ve katılara iyi tolerans gösterir, ancak büyük bir alan gerektirir. Pratikte API ayırıcı birincil arıtma aşamasıdır ve CPI üniteleri, DAF, hidrosiklonlar ve birleştiriciler onu takip eden ikincil veya parlatma aşamalarıdır.

S: Bir yağ su ayırıcı ne kadar yağ konsantrasyonuna ulaşabilir?

C: Teknolojiye ve gelen damlacık boyutu dağılımına bağlıdır. İyi çalışan bir API yerçekimi ayırıcısı, yalnızca serbest yağı giderdiği için, birkaç yüz ila birkaç bin mg/L'lik bir girişten tipik olarak 50-150 mg/L sağlar. Oluklu plaka kesici bunu 20-60 mg/L'ye iyileştirir. Kimyasal destekli DAF eklemek, atığı 10-30 mg/L aralığına getirir ve bir birleştirici veya membran parlatma aşaması 5-10 mg/L'nin altına ulaşabilir. Gemilerdeki sintine suyu için düzenleyici sınır, IMO MEPC.107(49) uyarınca 15 ppm'dir; bu, birleştirme ve filtre aşamasını kullanan özel bir yağlı su ayırıcı ile, ardından bir yağ içeriği monitörü ve otomatik sintine valfi ile karşılanır.

S: Bir yağ su ayırıcı neden aniden performansını durdurur?

C: Çoğu arızaya dört neden neden olur. Yukarı akışta kesme: yeni bir santrifüj pompa, bir boğma kontrol valfi veya kısmen kapalı bir kısıtlama, yağı tasarım kesme boyutunun altındaki damlacıklara emülsifiye eder ve hiçbir yerçekimi cihazı bunları geri kazanamaz. Katı birikimi: silt, kireç ve çamur havuzu doldurur veya plaka paketinin üzerinden köprü kurarak etkin hacmi azaltır ve akışı kısa devre yaptırır. Sıcaklık düşüşü: su viskozitesi soğudukça keskin bir şekilde artar ve yükselme hızı viskozite ile ters orantılı olduğundan, yazın performans gösteren bir ünite kışın başarısız olabilir. Son olarak kimyasal değişiklikler: atık akışındaki yeni bir yüzey aktif madde, temizlik maddesi veya korozyon önleyici, emülsiyonu stabilize eder ve yerçekimi ayrışmasını tamamen bozar.

S: Bir yağ su ayırıcı nasıl boyutlandırılmalıdır?

C: Genellikle API görevi için 150 mikrometre olan tasarım damlacık kesme boyutuyla başlayın ve yükselme hızını, ortam sıcaklığı yerine çalışma sıcaklığındaki gerçek yağ ve su yoğunluklarını kullanarak Stokes yasasıyla hesaplayın. Yatay hızı 0,9 m/dak'dan fazla olmayacak şekilde ve derinlik-genişlik oranını 0,3 ile 0,5 arasında ayarlayın, ardından Reynolds sayısının 2.000'in altında olduğunu kontrol edin. Kap uzunluğu, yatay hızın, ayrıştırma derinliğinin damlacık yükselme hızına bölünmesiyle elde edilen gerekli tutma süresiyle çarpılmasıyla elde edilir. Giriş türbülansı için her zaman 1,5-2,0 güvenlik faktörü uygulayın, tasarım akışının %30-40'ına kadar düşüş davranışını doğrulayın ve yığın yükler sırasında yağ taşmasını önlemek için bir yağ seviyesi alarmı ve otomatik sıyırma kontrolü ekleyin.