某船舶油水分離器的選型設(shè)計(jì)和技術(shù)改良

摘 要：文章介紹了舟山成路公司的成路21號在船舶設(shè)計(jì)建造完成后，船舶油污水處理裝置的選型設(shè)計(jì)和技術(shù)改良的方法與選擇過程。

關(guān)鍵詞：油水分離器；聚結(jié)器；油位檢測器；氣動三通閥；氣浮分離

中圖分類號：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）33-0022-02

船舶是當(dāng)今世界發(fā)展不可缺少的一種交通運(yùn)輸工具，船舶運(yùn)輸承擔(dān)著全世界絕大多數(shù)的對外貿(mào)易。隨著船舶的日益增多，船舶對海洋的污染也越來越嚴(yán)重，因此IMO組織頒布了MARPOL防污染公約。公約規(guī)定凡150總噸及其以上的民用船舶，必須設(shè)置油污水處理裝置-油水分離器；并且規(guī)定排放后水的含油量要小于15 ppm。

文章介紹了兩種類型油水分離器，并在各個(gè)方面性能進(jìn)行了對比，最終做出優(yōu)化選擇。并對選出的油水分離器，在技術(shù)上進(jìn)行了改良設(shè)計(jì)，使之使用性能更加優(yōu)良。

1 第一種選型方案-CYF-B型油水分離器

CYF-B型油水分離器構(gòu)造圖，如圖1所示。

CYF-B型油水分離器工作原理如下：艙底油污水由污水泵后經(jīng)油污水出口6進(jìn)入油水分離器，進(jìn)行初步重力分離。污油因密度小上浮，含有小顆粒污油的污水繼續(xù)往下流動。經(jīng)過層層板式聚結(jié)器4的聚結(jié)，使小油滴逐漸聚合長大成大油滴，上浮進(jìn)入集油室。油污水繼續(xù)流動經(jīng)細(xì)濾器16濾去污水中的雜質(zhì)。油污水繼續(xù)上行，依次進(jìn)入油水分離器的纖維聚結(jié)器14（先右后左），聚結(jié)器使污水中的油滴繼續(xù)聚結(jié)長大，上浮至集油室。污油水經(jīng)過重力分離和聚結(jié)分離兩級分離后，基本能夠達(dá)到排放要求。分離后的艙底水從清潔水出口5排除船舷外。分離出來的油集聚在集油室，當(dāng)油位達(dá)到油位探測器8的上探針位置時(shí)，排油電磁閥11自動打開，排油至污油柜，當(dāng)油位降低至油位探測器8的下探針位置時(shí)，停止排油。CYF-B型油水分離器使用蒸汽加熱，正常加熱溫度為40～45 ℃。

2 第二種選型方案-ZYF型油水分離器

ZYF型油水分離器構(gòu)造示意圖，如圖2所示。

ZYF型油水分離器工作原理：當(dāng)裝置運(yùn)行時(shí)，單螺桿泵23抽吸海水，并對油水分離器的分離筒抽真空。當(dāng)真空表9顯示真空度達(dá)到設(shè)定真空度時(shí)，打開污油水閥20，污水經(jīng)吸入濾器18進(jìn)入系統(tǒng)。此時(shí)三通閥12打開，將污油水引入污水進(jìn)口10。油污水進(jìn)入分離筒后，首先進(jìn)行重力分離，大的油滴上浮，含小顆粒的油污水則下行進(jìn)入二級分離區(qū)。油污水首先由外到內(nèi)經(jīng)過第一級集油器5，然后由內(nèi)至外經(jīng)過第二級集油器2。經(jīng)過兩個(gè)集油器的聚結(jié)分離后的艙底水，就可以達(dá)到排放要求，即排水的含油量小于15 ppm。分離后的艙底水經(jīng)過油份濃度計(jì)的檢測后排出舷外，聚結(jié)分離出來的油上浮至集油室。當(dāng)油位達(dá)到油位探測器的高位探針時(shí)，油水分離器開始排油至污油柜。當(dāng)油位下降到低位探針時(shí)則停止排油。

3 兩種油水分離器的性能對比

3.1 相同點(diǎn)

通過上述對兩種油水分離器的結(jié)構(gòu)介紹和工作原理分析可知：兩種油水分離器的分油基本工作原理是相同的，都是先后經(jīng)過重力分離和聚結(jié)分離進(jìn)行兩級分離。實(shí)踐證明，兩種類型的油水分離器都能達(dá)到符合要求的排放的目的，因此，目前在民用船舶上都有應(yīng)用。

3.2 不同點(diǎn)

但是兩者在分油器的結(jié)構(gòu)上有很大的差別，油污水進(jìn)入油水分離系統(tǒng)的過程也大不一樣。主要區(qū)別有以下幾點(diǎn)。

3.2.1 泵對污油水的攪拌和使用壽命

CYF-B型油水分離器分離污油水時(shí)，油污水要先經(jīng)過泵。經(jīng)過泵的抽吸和攪拌（不論是單螺桿泵還是電動柱塞泵），都會將原來油污水中大的油滴攪拌成細(xì)小的油滴，使污油乳化，從而增大了分離的難度。而對于ZYF型油水分離器，采用后置污油水泵，先對分離筒抽真空，這樣油污水沒有經(jīng)過泵直接進(jìn)入分離筒，從而避免了對油污水的攪拌作用。因此ZYF型油水分離器分離精度要比CYF-B型油水分離器高，更容易滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，由于泵的后置泵吸入和排出的都是污染度很小的清水，減少了泵磨損，故障率降低，泵的使用壽命更長。

3.2.2 分離效果-氣浮分離效應(yīng)

氣浮分離是從水中除油的一種常用方法：在一定方法下讓一部分氣體溶于水，形成氣溶水。然后采用突然降壓，快速釋放產(chǎn)生的大量微細(xì)氣泡粘附于經(jīng)過混凝反應(yīng)水中的油花上，使絮體上浮，從而迅速除去水中乳化油，達(dá)到凈水除油的目的。油污水中溶入一定的空氣，可以看作是氣溶水。ZYF型油水分離器工作時(shí)分離筒內(nèi)處于真空狀態(tài)，油污水進(jìn)入分離筒，相當(dāng)于壓力突然下降，油就會迅速被水中的氣體帶離到水面，在真空狀態(tài)下進(jìn)行重力分離，從而避免了油被乳化。由于CYF-B型油水分離器中的污油水沒有壓力變化，因此沒有氣浮分離效應(yīng)，污油的乳化程度增大，使分離難度增加。

3.2.3 聚結(jié)器沖洗清潔效果

油水分離器工作一段時(shí)間后，分離器的聚結(jié)器和濾器都會受到污油水的污染。如果不及時(shí)加以清洗，就會影響分離效果，達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)。對于CYF-B型油水分離器，當(dāng)聚結(jié)器臟污時(shí)，可以打開蒸汽沖洗噴嘴2對板式聚結(jié)器組4和兩個(gè)纖維聚結(jié)器利用高溫高壓的蒸汽進(jìn)行沖洗。這種沖洗方式是順著污油水流動的方向進(jìn)行的，再加上板式聚結(jié)器比較容易臟污，且板的表面很容易附著粘稠的污油，沖洗清潔效果比較差。因此在正常使用中CYF-B型油水分離器的聚結(jié)器清潔會很頻繁。

而對于ZYF型油水分離器的沖洗則是：海水先后經(jīng)過閥21和氣動三通閥22，經(jīng)過泵23后通過氣動三通閥24，經(jīng)分離筒的底部進(jìn)入，對兩級聚結(jié)器分離器先后進(jìn)行清洗。最后經(jīng)過噴口10，氣動三通閥12，閥14排除舷外。因?yàn)楹Ｋ疀_洗路線和油污水進(jìn)入分離筒的路線相反，因此稱為反沖洗。反沖洗清潔聚結(jié)器的效果要比順沖洗好的多，而且不會堵塞。聚結(jié)器長期使用不用更換，因而ZYF型系列油水分離器的聚結(jié)器使用壽命很長，拆洗周期可達(dá)2年。大大降低了輪機(jī)人員的勞動強(qiáng)度。

3.2.4 加熱方式

CYF-B型油水分離器采用的蒸汽加熱方式。這種方式雖然在一定程度上節(jié)約了能量。但也大大增加了蒸汽管路的長度和敷設(shè)管路的難度，同時(shí)由于蒸汽管路的絕熱包扎和可能存在的泄露，更增大了蒸汽管路的初裝費(fèi)用和管理難度。因此油水分離器使用蒸汽加熱方式越來越少。

ZYF型油水分離器采用的是電加熱，相比蒸汽加熱更可靠，設(shè)計(jì)和管理更簡單，同時(shí)也能達(dá)到良好的加熱效果。

3.2.5 重 量

由于CYF-B型油水分離器一級聚結(jié)器采用的是十幾塊鋼板，加重的分離器的重量。相比鋼板聚結(jié)器，纖維聚結(jié)器的重量就小的多。因此CYF-B型油水分離器要比外形尺寸同樣大小的ZYF型油水分離器重量大的多。

4 比較得出的結(jié)論

通過上述對CYF-B和ZYF兩種類型的油水分離器的比較，不難發(fā)現(xiàn)ZYF型油水分離器分離具有分離精度高、泵和聚結(jié)器的使用壽命長、設(shè)計(jì)和管理簡單方便、重量輕等性能。但是后者的價(jià)格要高于前者。ZYF型的油水分離器雖然取消了蒸汽加熱，省掉了復(fù)雜冗長的蒸汽管路，但卻增加了氣動控制管路。但相比于蒸汽管路，氣動控制管路更容易設(shè)計(jì)和管理。通過反復(fù)的論證和性價(jià)比的計(jì)算，最終確定。ZYF型的油水分離器更能適應(yīng)現(xiàn)代代化船舶的設(shè)計(jì)觀念。而船舶最終選擇設(shè)計(jì)使用ZYF型的油水分離器。

5 設(shè)計(jì)改良

ZYF型的油水分離器系統(tǒng)，為了節(jié)省管路采用了很多的氣動三通閥。這就要求設(shè)計(jì)很多氣動控制管路。這些空氣管路的存在不僅占用了機(jī)艙的空間，同時(shí)也會造成空氣泄露從而導(dǎo)致氣動控制失效的可能。另外由于控制空氣管路很長，遭受污染的機(jī)率增多，致使氣動閥的故障率升高，增加了維護(hù)頻率。因此可以使用電動控制代替氣動控制，用電磁三通閥來代替氣動三通閥。在電動控制中，自動控制的精準(zhǔn)度提高，電路的敷設(shè)要比空氣管路要容易的多，這樣不僅減少了設(shè)計(jì)成本，更重要的是電動控制更加直接、可靠、靈敏。

6 結(jié) 語

船舶油水分離器的類型選擇，不只是要求達(dá)到排放要求和價(jià)格低。設(shè)備的操作簡單，使用壽命長，維護(hù)修理量小，重量輕，系統(tǒng)體積小也是船舶設(shè)計(jì)和設(shè)備選型的重要原則。另外淘汰一些性能差，性價(jià)比低的舊設(shè)備，積極選用符合現(xiàn)代化船舶潮流的新型設(shè)備和技術(shù)；改良一些不先進(jìn)的設(shè)計(jì)或工藝，也是現(xiàn)代船舶適應(yīng)科技發(fā)展的體現(xiàn)和需求。

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