Шнековая осадительная центрифуга в основном состоит из барабана, шнека, системы дифференциального вращения, жидкостного кольца (регулируемого перегородками), привода и системы управления. Это специализированное оборудование для разделения твёрдой и жидкой фаз, разработанное с учётом особенностей бурового раствора в нефтяной отрасли. Центрифуга может выполнять подачу, осаждение и выгрузку материала при полной скорости вращения, применяется для возврата барита, удаления мелких твёрдых частиц, снижения содержания твёрдой фазы в буровом растворе, контроля плотности и вязкости, а также для обеспечения стабильных свойств раствора и ускорения процесса бурения.
Серия LW работает по принципу центробежного осаждения: суспензия подаётся через питатель в шнек, затем поступает в барабан через выпускные отверстия. Под действием центробежной силы твёрдые частицы отбрасываются к стенке барабана и перемещаются лопастями шнека к разгрузочному отверстию малого конца барабана. Жидкая фаза переливается через сливные отверстия большого конца барабана. Процесс происходит непрерывно, что обеспечивает постоянное разделение фаз.
С осадительной точки зрения такие центрифуги относятся к категории горизонтальных шнековых осадительных центрифуг (полное название — горизонтальная шнековая осадительная центрифуга).
1. Не регулируемые механические факторы
К ним относятся:
- Диаметр барабана и эффективная длина. Чем больше диаметр и длина барабана, тем больше эффективная площадь осаждения и выше производительность.
- Полуугол конуса барабана. Осадок, перемещаемый к разгрузочному отверстию, испытывает обратную силу скольжения из-за центробежной силы. Для лучшего осветления жидкости желательно увеличить угол, но для улучшения транспортировки осадка и обезвоживания — уменьшить.
- Шаг шнека. Это расстояние между соседними витками лопастей. При фиксированном диаметре шнека большой шаг увеличивает угол подъёма витков, повышая риск засорения, а также снижает равномерность распределения материала, что может вызвать вибрации. Для трудноотделяемых материалов (например, активного ила) шаг делают меньше.
- Тип шнека. По направлению движения фаз относительно друг друга шнеки бывают противоточные и прямоточные. Противоточный тип позволяет увеличить путь осаждения жидкости, но требует большей центробежной силы и может вызывать вторичное взмучивание осадка, снижая качество разделения.
2. Регулируемые механические и технологические факторы
- Скорость вращения барабана. Регулируется частотно-регулируемым электродвигателем или гидромотором. Повышение скорости увеличивает центробежную силу и сухость осадка, но при слишком высокой скорости возможно разрушение флокул, что ухудшает обезвоживание. Также возрастает износ, вибрации и энергопотребление.
- Дифференциальная скорость (разность скоростей барабана и шнека). При увеличении дифференциальной скорости повышается способность к выгрузке осадка, но уменьшается время обезвоживания, что повышает влажность осадка. Слишком большая разность скоростей вызывает «обратное смешивание» и ухудшает качество фильтрата.
- Толщина жидкостного кольца. Регулируется положением перегородок. Увеличение толщины повышает объём зоны осаждения и улучшает качество фильтрата, но сокращает длину зоны обезвоживания, снижая сухость осадка. Уменьшение толщины жидкостного кольца даёт более сухой осадок, но ухудшает качество фильтрата.
- Технологические условия. Для улучшения обезвоживания перед механическим разделением в суспензию вводят флокулянты, например полиакриламид (PAM). Выбор и дозировка реагента должны соответствовать свойствам осадка и режиму работы оборудования. Иногда реагент, показавший хорошие результаты в лаборатории, даёт слабый эффект в реальных условиях из-за несоответствия рабочим параметрам центрифуги.
Эффективность работы шнековой осадительной центрифуги определяется совокупностью всех перечисленных факторов, которые взаимосвязаны. При выборе модели и настройке параметров необходимо учитывать характеристики проекта, требования к влажности и содержанию твёрдой фазы в осадке, а также экономические аспекты.
| Категория | Фактор | Основное влияние |
|---|---|---|
| Нерегулируемые факторы | Диаметр барабана и эффективная длина | Чем больше, тем больше площадь осаждения и производительность |
| Полуугол конуса барабана | Большой угол → лучше осветление; малый угол → лучше транспортировка осадка и обезвоживание | |
| Шаг шнека | Большой шаг → риск засорения и неравномерного распределения; малый шаг → стабильная подача, подходит для трудноотделяемых материалов | |
| Тип шнека | Противоточный → большая дистанция осаждения, но возможное взмучивание; прямоточный → меньше возмущений, более стабильная работа | |
| Регулируемые факторы | Скорость вращения барабана | Высокая скорость → больше центробежная сила и суше осадок, но риск разрушения флокул и больший износ |
| Дифференциальная скорость (разность скоростей) | Большая разница → выше производительность выгрузки, но влажность осадка выше, качество фильтрата ниже | |
| Толщина жидкостного кольца | Большая толщина → лучше качество фильтрата, но осадок более влажный; меньшая толщина → суше осадок, но фильтрат хуже | |
| Технологические условия (флокулянт) | Правильный выбор и дозировка флокулянта значительно улучшают разделение твёрдой и жидкой фаз |