Wat is een brandstofoliescheider?
Een centrifugaalscheider, ook wel bekend als een ‘centrifuge’, is een type machine dat wordt gebruikt voor het scheiden van fasen van een vloeistof op basis van dichtheid. De naam ‘centrifugaalscheider’ komt voort uit het feit dat het werkingsprincipe van de machine berust op centrifugale kracht. Purifiers en clarifiers zijn typen centrifugaalscheiders.
Dit artikel richt zich op brandstofoliescheiders die worden gebruikt in de maritieme sector. In dit artikel is het mogelijk om het woord ‘brandstof’ te vervangen door ‘vloeistof’ en de kennis en werkingsprincipes toe te passen op andere toepassingen en industrieën, bijvoorbeeld smeeroliescheider in plaats van brandstofoliescheider. Als je na het lezen van dit artikel meer wilt leren over brandstofoliescheiders, bekijk dan onze Online Videocursus Basisprincipes van Brandstofscheiders en Clarifiers.
Opmerking: De termen ‘centrifugaalscheider’ en ‘centrifuge’ worden vaak door elkaar gebruikt; er is geen verschil tussen de twee behalve de terminologie.
Toepassingen van Centrifugaalscheiders
Het scheiden van een vloeistof in zijn verschillende fasen is vereist in veel technische processen, enkele veelvoorkomende voorbeelden zijn:
- Verwijderen van vaste stoffen en water uit brandstofolie (water uit diesel, etc.).
- Verwijderen van vet uit melk om magere melk te maken (het verwijderde vet wordt verkocht als room).
- Verwijderen van gommen en lecithine uit plantaardige olie (verbetert de kwaliteit van de olie, gommen worden verkocht als bijproduct).
- Verwijderen van water uit natte kleding (wasmachines).
Maritiem Brandstofsysteem
Dit artikel richt zich op brandstofoliescheiders die worden gebruikt binnen het brandstofsysteem van een schip, d.w.z. scheiders die water en onzuiverheden uit brandstofolie verwijderen. Een typisch brandstofoliesysteem voor een groot commercieel schip (containerschip, olietanker, etc.) wordt hieronder getoond. De ‘centrifuges’ kunnen ofwel purifiers of clarifiers zijn, afhankelijk van de eisen van het systeem.
Brandstofsysteem voor Commerciële Schepen
Commerciële schepen verbrandden traditioneel zware stookolie (HFO), maar dit is de afgelopen tien jaar veranderd vanwege nieuwe milieubeschermingswetgeving. Een schip dat dieselolie verbrandt, heeft geen verwarmers nodig in het brandstofsysteem, omdat de brandstof onder de meeste omstandigheden gemakkelijk stroomt (lage viscositeit). Zware stookolie vereist verwarmers in de brandstoftanks en elke daaropvolgende tussenopslagtank vanwege de hoge viscositeit (hoge weerstand tegen stroming, d.w.z. het is ‘dik’ bij lagere temperaturen en stroomt niet gemakkelijk).
Wat is het verschil tussen een purifier en een clarifier?
Purifiers en clarifiers zijn typen centrifugaalscheiders. Een purifier is ontworpen om fasen van een vloeistof en onzuiverheden te scheiden. Een clarifier is ontworpen om alleen onzuiverheden te scheiden. Bijvoorbeeld, een brandstofoliescheider zal water van brandstof scheiden, wat verschillende fasen van de vloeistof vertegenwoordigt, en het zal ook vaste onzuiverheden zoals roestdeeltjes, ijzerdeeltjes, aluminiumdeeltjes, etc. van de brandstof scheiden. Een clarifier zal alleen vaste onzuiverheden van de brandstof scheiden, het zal geen water van de brandstof scheiden.
Vloeistofstroom in en uit een Purifier
De bovenstaande afbeelding toont een purifier die wordt gevoed met vuile brandstofolie. Schone olie en water worden continu uit de purifier afgevoerd (pijlen naar beneden). Alle vaste stoffen/onzuiverheden in de vuile brandstof zullen zich ophopen binnen de purifier en moeten periodiek worden verwijderd.
Purifier en Clarifier Vergeleken
Er zijn verschillende belangrijke verschillen tussen een purifier en een clarifier:
- Purifiers hebben een zwaartekrachtplaat, clarifiers niet.
- Purifiers vereisen afdichtingswater, clarifiers niet.
- Purifiers scheiden water en onzuiverheden, clarifiers scheiden alleen onzuiverheden.
Interne Onderdelen van Brandstofoliescheiders
De interne onderdelen van een purifier kunnen grofweg worden verdeeld in wegwerp en niet-wegwerp. Wegwerponderdelen zijn afdichtingen en O-ringen; niet-wegwerponderdelen zijn alle andere onderdelen. De gebruikelijke interne onderdelen van een auto-desludging brandstofoliescheider worden hieronder getoond.
Interne Onderdelen van Brandstofoliescheider
De interne onderdelen van een brandstofoliescheider bestaan uit:
- Vergrendelingsring – een bovenste en onderste vergrendelingsring. De bovenste vergrendelingsring wordt de ‘grote vergrendelingsring’ genoemd, terwijl de onderste vergrendelingsring de ‘kleine vergrendelingsring’ wordt genoemd.
BELANGRIJK
Vergrendelingsringen hebben een linkse draad, d.w.z. ze moeten naar links worden gedraaid om ze vast te zetten en naar rechts om ze los te maken. Andere interne onderdelen gebruiken ook een linkse draad!
- Komkap – hecht aan het komlichaam om een afgesloten container te vormen.
- Bovenste Schijf – houdt de inlaat- en uitlaatpijp, paringschijven en zwaartekrachtplaat op hun plaats boven de schijfstapel.
- Inlaat- en Uitlaatpijp – vloeistoffen komen de kom binnen en worden uit de kom afgevoerd via deze verbinding.
- Zwaartekrachtplaat – stelt de interface in tussen de brandstof en het water binnen de purifier. Clarifiers hebben geen zwaartekrachtplaat omdat ze geen water van brandstof scheiden.
- Komschijven – komschijven worden op de verdeler geperst om een schijfstapel te vormen.
- Auto-desludging – de afvoerschuif, bedieningsschuif, houder en bedieningswaterring worden allemaal gebruikt om de desludging-operatie van een auto-desludging purifier te regelen (later in het artikel besproken).
- Komlichaam – vormt het onderste deel van de afgesloten container; het bovenste deel van de container is de komkap.
Alle onderdelen van een brandstofoliescheider moeten worden vervaardigd volgens exacte toleranties vanwege de hoge bedrijfssnelheden waarmee ze werken. Eventuele onvolkomenheden op de interne onderdelen zullen onbalans veroorzaken wanneer de purifier in werking is, met overeenkomstige nadelige effecten op de purifier. Elk onderdeel van een purifier heeft een fabricagecode gestempeld/geëmbosseerd op hun oppervlak om ervoor te zorgen dat een geschikt vervangend onderdeel kan worden verkregen van de fabrikant (de fabrikant balanceert elk van de onderdelen in de fabriek en registreert hun kenmerken). Purifier-onderdelen mogen nooit worden gedeeld tussen machines!
Externe Onderdelen van Brandstofoliescheiders
Het externe uiterlijk van elke brandstofoliescheider verschilt aanzienlijk, er zijn echter enkele gemeenschappelijke onderdelen aanwezig op de meeste purifiers.
Externe Onderdelen van Brandstofoliescheider
Enkele van de meest relevante onderdelen worden hieronder in meer detail besproken.
- Rem – voor het vertragen van de machine. De rem moet worden toegepast wanneer de purifier niet meer draait, of wanneer deze met een zeer lage snelheid draait.
- Olie Systeem – bestaande uit de aftapplug, vuldop en oliepeil kijkglas. Smeerolie wordt toegevoegd via de vuldop en afgetapt via de aftapplug. Een oliepeil kijkglas is aanwezig om het oliepeil visueel te controleren (het oliepeil moet tussen de minimum- en maximummarkeringen op het kijkglas liggen).
- Snelheidsteller – toont de rotatiesnelheid van de eenheid in omwentelingen per minuut (rpm).
- Aandrijfmotor – een elektrische inductiemotor verbonden via tandwielen of een riem met de aandrijfas van de purifier. De rotatiesnelheid van de motor wordt meestal geregeld door middel van een variabele snelheidsaandrijving (VSD)/variabele frequentieaandrijving (VFD).
- Aansluitingen – voor vuile brandstof, water en schone brandstof.
Aandrijvingen van Brandstofoliescheiders
Brandstofoliescheiders kunnen tandwiel of riem aangedreven zijn. De opstelling van een tandwielaangedreven purifier wordt hieronder getoond.
Tandwielaangedreven Brandstofoliescheider
Riem aangedreven brandstofoliescheiders zijn ook vrij gebruikelijk; een opstelling wordt hieronder getoond.
Riem Aangedreven Brandstofoliescheider
De tandwielen binnen een brandstofoliescheider zijn vervaardigd van roestvrij staal en slijten niet aanzienlijk in de loop van de tijd, dus ze worden zelden vervangen. Riemen moeten frequent worden vervangen omdat ze in de loop van de tijd slijten en hun treksterkte verliezen, wat ertoe leidt dat ze uitrekken (verlengen).
Theorie van Brandstofoliescheiders
Om te begrijpen hoe een purifier werkt - inderdaad hoe elke centrifuge werkt -, is het noodzakelijk om het concept van dichtheid en centrifugale kracht te begrijpen.
Dichtheid
Dichtheid kan worden beschreven als het gewicht van iets in relatie tot zijn volume. Een zwaar object (groot gewicht) met een klein volume wordt als zeer dicht beschouwd. Een licht object (laag gewicht) met een groot volume wordt als weinig dicht beschouwd. Bijvoorbeeld, het metaal lood wordt als zeer dicht beschouwd omdat het een hoge gewicht-volume verhouding heeft.
Als twee vloeistoffen van verschillende dichtheden worden gemengd, zullen ze zich op basis van dichtheid scheiden als ze niet worden verstoord. Het diagram hieronder toont een tank die is gevuld met vuile brandstofolie, d.w.z. brandstofolie die water en onzuiverheden bevat.
Brandstofolietank
Het bovenstaande proces kan als volgt worden beschreven:
- De linker afbeelding toont de brandstoftank vol met vuile brandstofolie.
- De middelste afbeelding toont de toestand van de tank na een bepaalde tijd te hebben gewacht, bijvoorbeeld 24 uur.
- De rechter afbeelding toont de toestand van de tank nadat het water uit de tank is afgetapt.
Bij het bekijken van de middelste afbeelding, merk op dat het water in de brandstof zich aan de basis van de tank heeft verzameld omdat het dichter is dan de brandstof. Lichtere vloeistoffen zullen altijd worden verdrongen door dichtere vloeistoffen als ze niet worden verstoord, d.w.z. dichtere vloeistoffen zinken onder lichtere vloeistoffen. Water wordt over het algemeen als ‘zwaar’ beschouwd en de meeste brandstofoliën - en plantaardige oliën - zullen door water worden verdrongen als ze samen in een container worden gemengd. Het type scheiding dat wordt beschreven, wordt ‘zwaartekrachtscheiding’ genoemd, of ‘scheiding door zwaartekracht’.
Plantaardige Olie Verdrongen door Water
Centrifugale Kracht
Centrifugale kracht is geen echte kracht, het is een fictieve (niet echte) kracht die wordt gebruikt om de tweede wet van Newton te verklaren. De tweede wet van Newton wordt beschreven als:
De verandering van beweging van een object is evenredig met de uitgeoefende kracht; en wordt gemaakt in de richting van de rechte lijn waarin de kracht wordt uitgeoefend.
Voor technische doeleinden is het het beste om je voor te stellen dat centrifugale kracht de naar buiten gerichte kracht is die wordt uitgeoefend op een roterend object. Bijvoorbeeld, de afbeelding hieronder toont twee krachten die op de aarde inwerken, centripetale en centrifugale. Als centripetale kracht ervoor zorgt dat de aarde naar de zon wordt getrokken, is een andere kracht vereist om de aarde in haar baan te houden; deze kracht is centrifugale kracht.
BELANGRIJK – de hierboven gegeven uitleg is niet strikt correct in termen van Newtoniaanse fysica, maar een meer diepgaande uitleg valt buiten het bestek van dit artikel.
Centrifugale en Centripetale Krachten
Het is mogelijk om de centrifugale kracht die op een object wordt uitgeoefend te vergroten door de rotatiesnelheid te verhogen. Wanneer een object beperkt is tot een centraal punt en er een kracht wordt uitgeoefend, zal het object rond dat punt draaien, omdat de centripetale en centrifugale krachten in evenwicht zijn. Als het object onbeperkt wordt, zal het een pad volgen dat loodrecht staat op het rotatiepunt; dit kan worden aangetoond in de onderstaande afbeelding van een man die een kind in cirkels zwaait.
Voorbeeld van Centrifugale Kracht
Het kan worden gezien dat wanneer een object met snelheid roteert, er krachten op dat object inwerken. Wanneer een vloeistof met snelheid roteert, werken er krachten op de vloeistof die ervoor zorgen dat de vloeistof zich in zijn verschillende fasen scheidt. Dichtere fasen bewegen verder weg van het rotatiepunt en verdringen eventuele lichtere fasen in het proces. Bijvoorbeeld, als een afgesloten cilindrische container vol met vuile brandstofolie zeer snel langs zijn centrale as zou worden geroteerd, zouden watermoleculen naar de buitenkant van de container reizen en zouden oliedeeltjes naar het midden van de container worden gedwongen; dichte onzuiverheden in de vuile brandstof zouden het water verdringen en zich ophopen aan de buitenste rand van de container.
Scheiding van Brandstofoliescheider
Hoe Brandstofoliescheiders Werken (Basis)
Een brandstofoliescheider is een afgesloten container die met hoge snelheid wordt geroteerd door een elektrische motor. Een vloeistof wordt in de container gevoerd en de rotatiebeweging (kinetische energie) van de container wordt overgedragen aan de vloeistof. Naarmate energie aan de vloeistof wordt overgedragen, begint deze zich in zijn fasen (water en olie) te scheiden vanwege hun dichtheidsverschillen; onzuiverheden hopen zich op aan de buitenrand van de container omdat dit de zwaarste deeltjes zijn die in de vloeistof zijn gesuspendeerd. Water en schone brandstof worden continu uit de purifier afgevoerd, terwijl onzuiverheden periodiek worden verwijderd.
Opmerking - de ‘container’ wordt gevormd door het komlichaam en de komkap samen te klemmen.
Hoe Brandstofoliescheiders Werken (Gedetailleerd)
Vuile brandstofolie wordt via de inlaat voor vuile brandstof in de purifier gevoerd. De vuile brandstofolie komt de afdekking van de purifier binnen en stroomt naar beneden door de verdeler en uit de basis. Vanuit de basis van de verdeler stroomt de vuile brandstofolie omhoog door de schijfstapel. De stroming door de schijfstapel vindt plaats via kleine gaatjes die zich aan de buitenrand van elk van de schijven bevinden.
Interne Componenten van Brandstofoliescheider
De scheiding van water en onzuiverheden vindt plaats tussen de schijven van de schijfstapel. Watermoleculen coalesceren aan de onderkant van elke schijf en bewegen naar buiten naar de rand van de kom; vreemde deeltjes en andere onzuiverheden bewegen ook naar de rand van de kom. ‘Schone brandstofolie’ (brandstof zonder water en onzuiverheden) beweegt naar de bovenkant van de schijfstapel en wordt geëxtraheerd via de uitlaat voor schone olie.
Schijfstapel van Purifier
Water hoopt zich op aan de binnenkant van de purifierkom totdat het voldoende volume heeft om rond de zwaartekrachtplaat te stromen en uit de uitlaat voor water te stromen. Vaak is er een straaltje water te zien uit de uitlaat voor water wanneer een purifier in werking is, maar de hoeveelheid gescheiden water die wordt gezien, hangt sterk af van het type brandstof en het watergehalte ervan.
Uitlaten voor Water en Schone Brandstof
Onzuiverheden hopen zich op aan de binnenkant van de purifierkom en kunnen automatisch worden afgevoerd via auto-desludging, of moeten handmatig worden verwijderd.
Onderhoud van Purifiers
Purifiers en clarifiers vereisen relatief weinig onderhoud. Onderhoudsinterventies worden geclassificeerd als ‘klein’ of ‘groot’, en deze vinden plaats op geplande intervallen op basis van tijd (diensturen) of datum (dagen sinds de laatste service, ongeacht de diensturen).
Klein Onderhoud
Een kleine service vereist alleen dat de purifier wordt schoongemaakt en dat afdichtingen en/of O-ringen worden vervangen. Reserveonderdelen die nodig zijn voor een kleine service worden geleverd in een Kleine Service Kit.
Groot Onderhoud
Een grote service omvat een kleine service en andere aanvullende taken. Een grote service vereist het gebruik van veel meer reserveonderdelen, zoals lagers en assen, etc. Reserveonderdelen die nodig zijn voor een grote service worden geleverd in een Grote Service Kit.
Waarom centrifuges gebruiken in plaats van zwaartekrachtscheiding?
Het proces van zwaartekrachtscheiding is te traag om te worden gebruikt voor de meeste industriële processen. Veel industriële processen vereisen grote continue volumes vloeistoffen, en het is niet mogelijk om dit te bereiken wanneer alleen op zwaartekrachtscheiding wordt vertrouwd. Afgezien van de lage volumes, is de kwaliteit van de output ook moeilijk te bepalen in vergelijking met het gebruik van een centrifuge.
Centrifugale scheiding vindt plaats omdat de effecten van zwaartekracht worden gesimuleerd en vergroot binnen de purifier. Wanneer een purifier met hoge snelheid roteert, scheiden de vloeistoffasen binnen de purifier zich vanwege de verhoogde krachten waaraan ze worden blootgesteld. Astronauten ervaren een vergelijkbare situatie wanneer ze worden blootgesteld aan verhoogde zwaartekracht (g-kracht) als onderdeel van hun training voor het betreden van de ruimte. Ze worden in een cockpit geplaatst en met hoge snelheid geroteerd om verhoogde zwaartekracht te simuleren; het type machine dat hiervoor wordt gebruikt, wordt een ‘menselijke centrifuge’ genoemd. De hieronder getoonde machine is in staat om 20g (20 keer de zwaartekracht van de aarde) te leveren. Dit type training is waardevol gebleken omdat bloed wegstroomt van de hersenen naarmate de g-kracht toeneemt, wat tunnelvisie en black-outs kan veroorzaken; training voor deze eventualiteit vergroot de kans dat een astronaut de situatie identificeert en oplost voordat deze kritiek wordt.
20 g Menselijke Centrifuge
Hoe Auto-Desludging van Brandstofoliescheiders Werkt
Grotere brandstofoliescheiders zijn uitgerust met een auto-desludging mogelijkheid. Naarmate de kom van een purifier vuil wordt, neemt de werkdiameter van de kom geleidelijk af, en neemt de efficiëntie van de eenheid af. In oudere purifiers was het noodzakelijk om de purifier vaak te openen om onzuiverheden/slib van de binnenkant van de purifierkom te reinigen, maar de auto-desludging functie maakt het mogelijk om een purifier door te spoelen met water en te desludgen zonder deze te openen.
Auto-desludging Operatie
De desludging operatie wordt bereikt met behulp van een hydraulisch regelsysteem dat zich onder de glijdende kom van de purifier bevindt (een kleine kom geplaatst binnen de hoofdkom). Water wordt uit het systeem afgetapt, waardoor de glijdende kom naar beneden beweegt en desludging poorten worden blootgelegd. Slib wordt afgevoerd via de afvoerpoorten in de purifierkom, waarna water (bedieningswater) de kamer onder de glijdende kom opnieuw vult, waardoor de glijdende kom stijgt en de slibafvoerpoorten weer bedekt.
Gerelateerde Online Technische Cursussen
Basisprincipes van Brandstofscheiders en Clarifiers (Centrifugaalscheiders)
Hoe Purifiers en Clarifiers Werken (Centrifugaalscheiders)