油罐智能切水器的研究現(xiàn)狀

胡珍珍,賈宏禹（.長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院；2.長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院,湖北　荊州　434023）

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油罐智能切水器的研究現(xiàn)狀

胡珍珍1,2,賈宏禹1
（1.長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院；2.長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院,湖北荊州434023）

摘 要：本文以四種典型的切水器為例，通過對(duì)比和分析四種切水器的工作原理和關(guān)鍵技術(shù),系統(tǒng)介紹了切水器的研究發(fā)展現(xiàn)狀，并提出了智能切水器近期發(fā)展中所存在的問題和改善建議。

關(guān)鍵詞：油罐切水器；自動(dòng)化；工作原理

1　引言

在石油化工行業(yè)中，存放在儲(chǔ)油罐中的油品并不是純凈的，在生產(chǎn)過程中會(huì)混入一些水和雜質(zhì)。但為了得到工業(yè)所需要的高質(zhì)量油品，必須將儲(chǔ)油罐內(nèi)的明水切除到國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)[1]。石化企業(yè)中，一般采用沉降法將油品和水分離，根據(jù)兩者密度不同，被分離的水處在儲(chǔ)油罐的下層，油品處在油罐的上層。但是企業(yè)最終需要的是擁有一定高純度的油品，那么將儲(chǔ)油罐底層的水切出去就成了一個(gè)急需解決的問題。

2　智能切水器的研究現(xiàn)狀

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，市場(chǎng)上逐漸出現(xiàn)可以代替人工切水的切水器。這是石油化工工業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)自動(dòng)化發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。當(dāng)前應(yīng)用較多的油罐切水器主要有緩沖罐式和管道式兩種結(jié)構(gòu)類型。

2.1緩沖罐式自動(dòng)切水器

根據(jù)緩沖罐式切水器工作原理和自動(dòng)化程度的差別，可將其分為：杠桿式自動(dòng)切水器、直浮式自動(dòng)切水器及機(jī)電式自動(dòng)切水器。

2.1.1杠桿式自動(dòng)切水器

由于早期國(guó)內(nèi)技術(shù)水平落后，技術(shù)人員研發(fā)出的切水器只是通過機(jī)械結(jié)構(gòu)上的改變，讓其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切水的目的，自動(dòng)化程度不高。最早出現(xiàn)的杠桿式自動(dòng)切水器就是其中典型，如圖1所示，緩沖罐內(nèi)浮體與外部壓力平衡室連通，以油水混合液的重力為動(dòng)力源(無(wú)外加動(dòng)力源)，根據(jù)油水在容器內(nèi)部的壓強(qiáng)和緩沖罐內(nèi)部油、水介質(zhì)的密度差，采用高靈敏度的杠桿原理，通過無(wú)背壓閥門開啟和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)切水截油的目的。但杠桿式自動(dòng)切水器工作一段時(shí)間后，如連接軸，復(fù)位彈簧等切水器內(nèi)部零部件，受油品中硫、臘、氯、酸等物質(zhì)的腐蝕和粘附，造成機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)阻力增大，出現(xiàn)工作準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)，導(dǎo)致“跑、冒、滴、漏”等情況會(huì)越來越嚴(yán)重，以致不能工作。

2.1.2直浮式自動(dòng)切水器

為改善杠桿式自動(dòng)切水器的缺陷，有關(guān)技術(shù)人員在其結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)出直浮式自動(dòng)切水器，如圖2所示，用浮桶替代杠桿，當(dāng)緩沖罐內(nèi)水較少時(shí)，浮桶產(chǎn)生的浮力不足以將浮桶和閥頭浮起，則出水口被閥頭堵死，當(dāng)緩沖罐內(nèi)水位上升到一定高度時(shí)，浮桶產(chǎn)生的浮力將浮桶和閥頭浮起，從而緩沖罐內(nèi)明水由出水口流出實(shí)現(xiàn)切水。隨著緩沖罐內(nèi)油水分界面的下降，浮桶則因其隨之漸漸下沉，當(dāng)下沉到一定高度時(shí)，浮桶下方的閥頭又落在出水口內(nèi)，將其堵死，則切水停止。

直浮式自動(dòng)切水器不采用任何機(jī)械轉(zhuǎn)換方式，浮力直接垂直作用于閥口，沒有任何“軸”、“杠桿”、“彈簧”等機(jī)械零件，從而避免了因這些零件帶來的機(jī)械故障，也解決了因?yàn)榱慵p、變形、老化等造成的跑油事故。

雖然直浮式自動(dòng)切水器可以基本實(shí)現(xiàn)切水要求，但其本質(zhì)跟杠桿式切水器一樣，還只停留在機(jī)械式切水，自動(dòng)化程度不高，因此存在以下不足：

（1）通過機(jī)械結(jié)構(gòu)裝置進(jìn)行單獨(dú)操作對(duì)于擁有多個(gè)儲(chǔ)油罐區(qū)的煉化廠來說，不便集中管理和遠(yuǎn)程控制；

（2）切水含油量易超標(biāo)；

（3）機(jī)械裝置密封不嚴(yán)易跑油；

（4）對(duì)原油切水的適應(yīng)性差。

2.1.3機(jī)電式自動(dòng)切水器

針對(duì)機(jī)械式切水所存在的缺陷，相繼研發(fā)出機(jī)電一體化式自動(dòng)切水器，如圖3所示。在機(jī)械式自動(dòng)切水器的基礎(chǔ)上，加上微波探頭或超聲波探頭和電子控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)雙重保險(xiǎn)，防止跑油現(xiàn)象，并可遠(yuǎn)程控制，易集中管理。當(dāng)緩沖罐內(nèi)的水位到一定高度時(shí)，根據(jù)液體在緩沖罐內(nèi)部的壓強(qiáng)和油水介質(zhì)之間的密度差，產(chǎn)生浮力，利用杠桿原理，控制無(wú)背壓閥門打開；同時(shí)，通過探頭檢測(cè)油水界面來判斷緩沖罐內(nèi)部的水量過大，將信號(hào)傳遞給電子控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制閥打開。只有滿足上述兩者的條件，才可正常切水作業(yè)。同樣，當(dāng)水位下降到一定值以下時(shí)，自動(dòng)控制閥和無(wú)背壓閥就關(guān)閉，停止切水。

通過以上分析可發(fā)現(xiàn)，杠桿式、直浮式及機(jī)電式自動(dòng)切水器都存在以下缺陷：

（1）對(duì)原油等重質(zhì)油的適應(yīng)性差。重質(zhì)油與水之間的密度差較小，通過油、水介質(zhì)之間的密度差，不能獲得足夠的浮力去操作閥門的開閉來進(jìn)行切水；而且原油容易使機(jī)械結(jié)構(gòu)失效；

（2）切水效率低。機(jī)械式自動(dòng)切水器需要緩沖罐對(duì)油水進(jìn)行緩沖、沉降后，形成穩(wěn)定明顯的油水分界面，才可開始切水工作，切水連續(xù)性差。

2.2管道式智能切水器

石油化工工業(yè)中，如何對(duì)像原油這類重質(zhì)油進(jìn)行切水作業(yè)和加快切水效率是企業(yè)急需解決的問題。智能切水器成為研制的主要方向，其中應(yīng)用效果最佳的就是管道式智能切水器，如圖4所示，采用液柱諧振的原理，安裝在管道中的傳感器根據(jù)油水介質(zhì)之間介電常數(shù)或粘度等參數(shù)的不同，檢測(cè)出水中微量含油量，再根據(jù)油含量去控制切水閥門的開關(guān)和開度[3]。

管道式智能切水器切水器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，切水效率高。可以在油水介質(zhì)流動(dòng)時(shí)，動(dòng)態(tài)檢。

（2）解決了重質(zhì)油切水的難題。根據(jù)油水介質(zhì)之間的介電常數(shù)或粘度測(cè)出水中含油量，因此不需要油水界面，也不需要緩沖罐，切水速度不受停留時(shí)間的限制；等參數(shù)檢測(cè)油品，因?yàn)闊o(wú)機(jī)械結(jié)構(gòu)，不受原油等對(duì)裝置的影響。

（3）自動(dòng)化程度高，切水連續(xù)性好，切水效率高，且便于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制。

3　結(jié)論

通過智能切水器的使用，有效的克服了切水的弊端，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了切水效率；防止了跑油事故的發(fā)生，規(guī)避了油品的流失，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]蒲健全.自動(dòng)切水器在儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)的應(yīng)用[J].化學(xué)工程與裝備,2010(01):98-100.

[2]胡寶謙,孫文.呼煉油罐自動(dòng)切水器的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古石油化工,2000(04):155-157.

[3]閔剛,范秦,徐仕利,劉家洪,杜娟,王閣.油罐切水器的選型[J].天然氣與石油,2014(03):31-33.

作者簡(jiǎn)介：胡珍珍（1984-），女，湖北荊州人，本科，講師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.233