某型船用污油水分離器系統(tǒng)的改進

黃進明，趙慶軍，劉 昕

(中國衛(wèi)星海上測控部，江蘇江陰 214431)

某船使用的某型油水分離器在實際的使用過程中，逐漸暴露出污油艙容積過小 (污油艙容積只有6.607 m3)、污油艙污油水分含量過高等不合理的現(xiàn)象。由于污油具有易揮發(fā)、易燃、易爆等特點，處理不當極易導致嚴重后果。因此，改進油水分離器排污油系統(tǒng)，消除污油的安全隱患，達到排污油的合理化、科學化，更好地減少環(huán)境污染、保護船舶安全，變得非常緊迫。

1 油水分離器工作原理、作用

該型油水分離器為全自動運行設計，設備結構上主要由重力沉淀柜T1、過濾吸附柜T2和T33個艙底水分離處理柜組成，該裝置主要由機械分離法、過濾分離法、吸附分離法相結合的方法［1］，經(jīng)過3級分離處理后的污油能夠達到合格標準最佳的效果。

如圖1所示，含油艙底水由A點經(jīng)前置油水分離器泵抽吸進入第一級處理柜，進入第一級處理柜的油水，通過阻滯板式結構流動減速，不僅能增加油滴相互碰撞的機會，還可使較輕油液向集油室匯聚集中，在此結構中，細小油滴經(jīng)過阻滯板聚集成大油滴，并沿著阻滯板上升至集油室。此級主要是大油滴及乳化油的處理排放，已校驗好的油傳感器CT03通過氣動閥實現(xiàn)污油的自動排放。

經(jīng)第一級處理后的已經(jīng)只含有少量的各種形式污油的艙底水，進入第二、三級過濾吸附柜，含油污水通過多孔性過濾元件，多孔性過濾元件將油擋住而讓水通過。同時，使小油滴聚合成大油滴上浮，除此之外，該多孔性吸附材料能直接吸附含油污的小顆粒而達到油水分離的目的，此級中剩余的少量乳化油也能得到徹底的處理，聚集在柜頂?shù)奈塾屯ㄟ^電磁閥V02、V03實現(xiàn)自動排放。

經(jīng)上述處理分離后的排出水被取樣至油分濃度計分析，如油分濃度超過15 mg/L，排船外電磁閥V04自動關閉，排水通過電磁閥V05直接回流至艙底 水艙，同時發(fā)生報警引起工作人員的注意。

圖1 油水分離器原理圖

2 油水分離器排污油系統(tǒng)現(xiàn)狀

機艙艙底水的污油來源主要有:①滑油濾器清潔過程中，泄漏進艙底的滑油;②清洗濾器、零件過程中廢油，在導入污油艙過程中由于操作不慎進入艙底的燃油;③滑油機帶泵、滑油備用泵以及滑油預供油泵在使用過程中，由于接頭墊片密封原因漏入機艙的滑油;④油類管道中各接頭、傳感器安裝部位由于密封性差，泄漏入艙底的油;⑤由于管道老化破裂或者人員誤操作引起的其它泄漏油。污油的存在除了給環(huán)保帶來威脅外，也給機艙帶來很大的安全隱患，因此必須按照法律規(guī)定及時有效地對含污油艙底水進行處理，把仍具有經(jīng)濟效益的污油收集起來，把處理合格的艙底水排放到環(huán)境中。

某型污油水分離器分離出來的污油含水量較高，含水量常常達到75%，另外，如圖1在油水分離器B點污油口能流入污油艙的污油只有6.607 m3，存污油的能力較弱，使污油艙發(fā)生滿艙的概率變大。在2009年初，甚至發(fā)生過一次滿艙溢流的事故，幸好值班人員及時發(fā)現(xiàn)，才避免了污油大量外泄的嚴重后果。發(fā)生污油艙滿的事故后，為避免污油艙滿，該排污油系統(tǒng)通過不讓B點流回污油艙的方法，將管路中B點出口的法蘭打開，讓分離出來的污油直接流入艙底水艙，這種方法導致了機艙環(huán)境的再次污染，延長了油水分離裝置的使用時間，并且增加了機艙的安全隱患，因此此方法只能作為暫時的應急方法，為徹底消除隱患，必須對污油水分離器排污油系統(tǒng)進行改造。

3 排污油系統(tǒng)的改進

污油水分離器污排油系統(tǒng)的改造主要遵循原則是經(jīng)濟實用、綜合治理，經(jīng)過論證分析，主要綜合應用了加裝雙電極分離柜和增加備用污油艙兩種可行性方案，對污油水分離器排污油系統(tǒng)進行了綜合改造。

3.1 加裝雙電極分離柜

針對原污油水分離裝置處理后的污油中含水量過高的問題，采用增加一雙電極分離柜對原油水分離裝置處理后的污油進行再次分離，使污油中油的含量增加到80%以上。

如圖2所示，設計獨立的分離柜，由雙電極式檢測器［2］來實現(xiàn)從B點排出污油的再次精確分離，其具體工作原理如圖3:在原系統(tǒng)的基礎上，增加1個獨立的分離柜，分離柜上設有2個檢測電極X1和X2分別置于油水分界面控制范圍的上限和下限位置，且分離柜的筒體接地。根據(jù)油、水溶液導電性質不同的原理，通過檢測油水分界面的高低位置，來控制排油閥、排水閥的開關動作。

圖2 分離柜系統(tǒng)示意圖

圖3 控制箱電路原理圖

當油水分界面高于電極X1時，電極X1和X2都浸在水溶液中，由于水中含有氯離子、鈉離子、鉀離子等導電離子，電極X1和X2對地均成通路，所以晶體管Q2導通、Q1截止，繼電器K1斷電不動作，電磁閥V42斷電關閉，不能進行排油，由于晶體管Q2導通，繼電器K2動作，常開觸頭K21閉合，電控氣動排水閥V43打開向艙底水艙排水，同時指示燈H3亮。

當油水分界面低于電極X1、高于電極X2時，X1浸在油中，油幾乎是不導電的，所以X1對地處于斷路狀態(tài)，電極X2浸在水中，是一種電解質溶液，能夠導電，電極X2對地成通路，所以晶體管Q2導通、Q1截止，繼電器K1斷電不動作，電磁閥V42斷電關閉，不能進行排油。此時由于晶體管Q2導通，繼電器K2動作，常開觸頭K21閉合，電控氣動排水閥V43打開向艙底水艙排水，同時指示燈H3亮。

當油水分界面低于電極X2時，電極X1、X2均處于油溶液中，由于油幾乎是不導電的，所以此時電極X1和X2對地均為斷路，晶體管Q2截止、Q1導通，繼電器K1通電動作，其常閉觸頭K11斷開，常開觸頭K12閉合，電磁閥V42通電打開，開始向污油艙排油，同時指示燈H2亮;繼電器K2不動作，電控氣動排水閥V43不排水，同時指示燈H3熄滅。

隨著污油的排出，油水分界面又會逐漸上升，當油水分界面接觸或超過電極X2時，X2對地構成通路，但因為K1是斷開的，所以Q2保持截止、Q1保持導通狀態(tài)，繼續(xù)排油，直到油水分界面升高到電極X1時，X1對地構成通路，使晶體管Q2導通、Q1截止，繼電器K1斷電，其常閉觸點K11閉合、常開觸頭K12斷開，電磁閥V42斷電關閉停止排油，指示燈H2熄滅，以后重復上述動作。Ts是應急排泄閥按鈕，在應急的情況下可手動操作此按鈕令排水電磁閥通電動作向艙底水排水，便于放殘清洗用;其中V41為污油進口截止閥，V42為污油排出口電磁閥，V44為安全閥，V45為系統(tǒng)放氣閥，在系統(tǒng)開始工作前應打開V45把分離瓶中的氣體排出。

經(jīng)過上述設計柜的工作原理可知，加裝獨立分離桶有效地減少了原系統(tǒng)存在的污油含水量過高的問題，一方面節(jié)約了污油艙寶貴的容積、減少了污染;另一方面，由于污油純度提高，增加了利用的價值，可以帶來可觀的經(jīng)濟效益。

3.2 增加備用污油艙

原油水分離器排污油系統(tǒng)的另外一個主要不足是污油艙容積較小，存放的污油較少，為克服這個缺點，應該增大污油艙的容積，但污油艙的容積在船舶建造時就已經(jīng)確定，因此不能進行改動，否則會影響船舶的強度［3］，而只能在原污油艙基礎上尋找其它艙室作為備用。

圖4為主機艙各艙的布置圖，主機艙共有各類艙室13個，其中1#、2#為滑油循環(huán)艙，1#、2#滑油儲存艙為主機專用艙，其對油質要求較高，不能它用?；托狗排?、燃油泄放艙和溢流艙中的油比較干凈，可以進行再利用，因此該3個艙均不能作為污油艙的備用。燃油、滑油油渣艙是分油機排渣專用艙，在海上分油機是24 h連續(xù)運轉設備，屬于關鍵輔助設備，其設計只能滿足分油機的需要，且油渣艙離油水分離裝置較遠，因此不宜把其改造成污油艙備用艙。分離艙容積16.67 m3，在船舶設計時分離艙作為分油機分離油源頭之一，其儲存的往往是設備清洗油、渣，油含量較高，但都是污油，在實際使用中，為延長分油機的壽命，往往不對分離艙中的油進行分離。由于分離艙存儲的是污油，且分離艙容積較大，單個分離艙容積達到16.67 m3，綜合考慮主機艙的實際概況，選取分離艙作為污油艙的備用。

圖4 主機艙各艙布置圖

具體的改造方案如圖5所示，把1#、2#分離艙和污油艙并聯(lián)，由于2#分離艙距離污油艙近，把其作為污油艙的第一備用艙，1#分離艙作為第二備用艙，在正常狀況下分離柜出來的污油通過截止閥V46進入污油艙，當污油艙存滿時打開截止閥V47、關閉閥V46，分離柜出來的污油進入2#分離艙，如果2#分離艙存滿，應打開截止閥V48、關閉閥V46和V47，此時分離柜排出的污油進入1#分離艙。通過上述改造，船舶潛在的污油存儲能力將達到39.95 m3，能充分滿足該船存儲污油的需要。

圖5 油水分離系統(tǒng)改造圖

4 結束語

實踐證明，加裝雙電極控制的分離柜和增加備用油艙的改進方案具有結構簡單、易于實現(xiàn)、操作保養(yǎng)方便等優(yōu)點，能較好地消除原污油水分離器排污油系統(tǒng)污油艙容積小、污油中含水量高的缺點，提高了系統(tǒng)的安全性、經(jīng)濟性和環(huán)保性，對存在類似情況的船舶具有一定的借鑒意義。

［1］牛國新，王育欣，姜國強.油水分離控制系統(tǒng)設計與應用 ［J］.裝備制造技術，2008(3):48，59.

［2］張宗杰.動力機械及其系統(tǒng)電子控制［M］.武漢:華中科技大學出版社，2009.

［3］楊澤宇.輪機自動化［M］.哈爾濱:哈爾濱工程大學出版社，2006.