新型船用凈油裝置的研究與應(yīng)用

袁先德，周圣兵，鄧 磊

(92339部隊(duì)，廣東 湛江 524005)

新型船用凈油裝置的研究與應(yīng)用

袁先德，周圣兵，鄧 磊

(92339部隊(duì)，廣東 湛江 524005)

文章基于非均相液-液聚結(jié)分離理論，研制了一套適合于船舶使用的新型聚結(jié)分離式凈油機(jī)樣機(jī)。該樣機(jī)由過(guò)濾系統(tǒng)、聚結(jié)系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等組成。該裝置集油液精密分離及高效脫水于一體，能有效清除油液中的顆粒及乳化水、游離水，且體積小、能耗低、振動(dòng)小、壽命長(zhǎng)。主要部件進(jìn)行了防爆和自動(dòng)控制設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)運(yùn)行和無(wú)人值守運(yùn)行。研制成功的新型凈油裝置可完全勝任繁雜的凈油需求，還能節(jié)省寶貴的船舶空間和能量。

凈油裝置；聚結(jié)分離；油水分離

船用主、輔動(dòng)力機(jī)械需要清潔的滑油和燃油?；椭谢烊胨?，會(huì)稀釋油膜而降低潤(rùn)滑能力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致滑油乳化變質(zhì)造成干摩擦，還會(huì)損耗添加劑、造成機(jī)械運(yùn)動(dòng)腐蝕磨損加劇，甚至損壞機(jī)械。燃油中混入水分則會(huì)使油品質(zhì)下降導(dǎo)致燃燒不正常、堵塞過(guò)濾器，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成高壓油泵、噴油器卡滯甚至突然停機(jī)，危害船舶生命力[1]。目前船舶上多使用離心式凈油機(jī)，存在體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作繁瑣、故障率和能耗高、分離效率和精度低等問(wèn)題[2-4]。

隨著船舶對(duì)油過(guò)濾量和清潔度的要求日益升級(jí)，現(xiàn)有的離心式分離裝置已難以滿足要求。針對(duì)研發(fā)現(xiàn)狀和船舶上使用環(huán)境和過(guò)濾介質(zhì)的要求，筆者研制出一套自動(dòng)化程度較高且兼顧高可靠性要求的船舶用聚結(jié)分離式凈油裝置。

1 總體思路及工作原理

聚結(jié)分離式凈油裝置的總體框圖如圖1所示，其工作原理如圖2所示。

圖1 聚結(jié)分離式凈油裝置總體框圖

需要凈化的油液首先流經(jīng)前級(jí)過(guò)濾器，可以過(guò)濾掉油液中較粗的顆粒污染物，保護(hù)泵的安全運(yùn)行。之后，油液進(jìn)入凈油機(jī)內(nèi)部的聚結(jié)分離器，先進(jìn)入聚結(jié)濾芯，由里到外穿過(guò)濾芯，油液破乳，微水滴聚結(jié)成大水珠，同時(shí)過(guò)濾顆粒污染物，然后流向分離濾芯。在流向分離濾芯的過(guò)程中，較大的水珠借重力下沉進(jìn)入集水槽，小水珠隨油液一起流向分離濾芯。分離濾芯能阻擋水通過(guò)，小水珠在此碰撞結(jié)合成大水珠，再次沉降到集水槽中，達(dá)到脫水目的。最后，經(jīng)過(guò)聚結(jié)脫水處理后的油液進(jìn)入到精過(guò)濾器中再次進(jìn)行過(guò)濾，濾除油液中細(xì)小一點(diǎn)的顆粒污染物，從而得到潔凈的油液。

圖2 聚結(jié)分離式凈油裝置工作原理圖

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及系統(tǒng)組成

聚結(jié)分離式凈油機(jī)由吸油過(guò)濾器、油泵系統(tǒng)、保護(hù)過(guò)濾器、聚結(jié)分離器、精過(guò)濾器、防爆子系統(tǒng)、排水子系統(tǒng)和顯示子系統(tǒng)組成。設(shè)計(jì)研制中充分考慮到各個(gè)環(huán)節(jié)，在滿足精密分離、過(guò)濾、高效脫水和自動(dòng)控制的基礎(chǔ)上加強(qiáng)防爆和密封性等可靠性設(shè)計(jì)。由于該設(shè)備管道、容器和標(biāo)準(zhǔn)件較多，為了有效利用空間和合理布置位置，設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)各分部件的外形尺寸進(jìn)行三維優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算，最終設(shè)計(jì)的聚結(jié)分離式凈油裝置如圖3所示。

圖3 聚結(jié)分離式凈油裝置

聚結(jié)分離式凈油機(jī)核心部件是其內(nèi)部安裝有2種不同功能的濾芯：聚結(jié)濾芯和分離濾芯。當(dāng)油液流經(jīng)凈油機(jī)時(shí)，在其內(nèi)部經(jīng)歷過(guò)濾、聚結(jié)、沉降、分離4個(gè)過(guò)程階段，實(shí)現(xiàn)濾除顆粒污染物、脫出水分的功能。

2.1 過(guò)濾系統(tǒng)

過(guò)濾系統(tǒng)由1個(gè)吸油過(guò)濾器和2個(gè)串聯(lián)的保護(hù)過(guò)濾器和精過(guò)濾器組成：吸油過(guò)濾器用以保護(hù)油泵，可重復(fù)使用；保護(hù)過(guò)濾器選用22 μm的濾芯，可滿足聚結(jié)分離濾芯對(duì)油品的需求；精過(guò)濾器選用5 μm的濾芯，能滿足精度要求極高的需求。精過(guò)濾器采用通用結(jié)構(gòu)，選用EPE高分子纖維材料制成。

油液首先流經(jīng)吸油過(guò)濾器，通過(guò)其濾芯由表及里、沿流動(dòng)方向逐漸縮小的漸變孔隙結(jié)構(gòu)，分層攔截不同尺寸的污染顆粒，起到保護(hù)油泵的作用，并最大限度地提高濾芯的使用壽命及過(guò)濾效率。之后油液進(jìn)入到中繼的保護(hù)過(guò)濾器進(jìn)一步過(guò)濾，最后經(jīng)過(guò)聚結(jié)脫水處理后進(jìn)入精過(guò)濾器中再次進(jìn)行過(guò)濾，以保證回收得到的油液清潔度達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。

2.2 聚結(jié)系統(tǒng)

聚結(jié)濾芯由破乳、聚結(jié)、分離3層組成，介質(zhì)流經(jīng)聚結(jié)濾芯時(shí)，乳化油液由破乳層破除，非油品成分的游離態(tài)液態(tài)物質(zhì)和乳化水聚結(jié)成大液滴。

油液流經(jīng)中繼的保護(hù)過(guò)濾器后，進(jìn)入到聚結(jié)分離器內(nèi)的聚結(jié)濾芯破乳聚結(jié)層。由于聚結(jié)濾芯材料獨(dú)特的極性分子的作用，油液中的游離水以及乳化水在通過(guò)濾芯進(jìn)行破乳后，將油液中微小的、游離的乳化水聚結(jié)成為較大的水滴，由于重力作用下沉至儲(chǔ)水罐內(nèi)。

2.3 分離系統(tǒng)

通過(guò)聚結(jié)濾芯后的油液將進(jìn)入位于上方的分離濾芯，在此之前，由于重力作用，油液中較大的水珠已在重力的作用下沉降到容器的下面。但是仍有尺寸較小的水珠在慣性的作用下隨同油液向上直到分離濾芯處。分離濾芯由特殊的疏水材料制成，在油液通過(guò)分離濾芯時(shí)，水珠被擋在濾芯的外面，油液則進(jìn)入濾芯并最終從出液口排出。擋在濾芯外面的水珠經(jīng)過(guò)相互聚集，尺寸逐漸增大，進(jìn)而由于重力原因而沉降到容器下部的儲(chǔ)水罐中。

2.4 排水系統(tǒng)

分離出來(lái)的水分儲(chǔ)存在儲(chǔ)水罐中，油水界面可以被界面計(jì)測(cè)量出來(lái)，當(dāng)界面高度達(dá)到設(shè)定的上限數(shù)值時(shí)，儲(chǔ)水罐下部的電磁閥就會(huì)開(kāi)啟，積水通過(guò)放水口排出。

3 試驗(yàn)結(jié)果

聚結(jié)分離式凈油機(jī)樣機(jī)研制成功后，對(duì)其進(jìn)行了一系列相關(guān)的試驗(yàn)項(xiàng)目，包括：8 h運(yùn)行試驗(yàn)、0.7 MPa的高壓密封性試驗(yàn)、噪聲試驗(yàn)、0.5 MPa的壓力試驗(yàn)、-0.07 MPa的真空壓力試驗(yàn)、自動(dòng)排水試驗(yàn)、48 h的連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)等。試驗(yàn)結(jié)果表明：該樣機(jī)能有效地清除油液中的顆粒雜質(zhì)及乳化水、游離水，最高可處理的水含量可達(dá)15%。經(jīng)過(guò)過(guò)濾脫水后的油液,油液中水含量可低至100 mg/kg。能破除介質(zhì)中的全部油水乳化結(jié)構(gòu),根據(jù)所選濾芯的型號(hào),可將介質(zhì)的清潔度穩(wěn)定地控制在設(shè)計(jì)要求狀態(tài)。其具有過(guò)濾精度高、納污容量大、濾芯使用壽命長(zhǎng)、脫水效率高的優(yōu)點(diǎn)。不需要抽真空和高速離心，能耗低、操作使用方便，費(fèi)用低。另外，根據(jù)用戶的要求進(jìn)行防爆設(shè)計(jì)，大大提高了產(chǎn)品的可靠性和性能。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于非均相液-液聚結(jié)分離理論，研制了一套適合于船舶使用的新型聚結(jié)分離式凈油機(jī)樣機(jī)。該裝置可破除介質(zhì)中的油水乳化結(jié)構(gòu)，效率較高，單位體積處理能力要比離心分離機(jī)高50%以上，不僅能滿足精密過(guò)濾及高效脫水的要求，而且在可靠性方面也有較強(qiáng)的保障。今后可以對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)一步改進(jìn)，從而擴(kuò)大凈油機(jī)的適用范圍，布局和結(jié)構(gòu)尺寸還可進(jìn)一步優(yōu)化。該裝置推廣應(yīng)用前景較好，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

[1] 周景東．一種新型油水分離裝置的研制與應(yīng)用[J]．工業(yè)用水與廢水，2009(2)：76-80．

[2] 李成．一種高效污油水處理裝置[J]．中國(guó)修船，1999(6)：16-17．

[3] 吳曉陽(yáng)．船舶油水分離器的使用與維護(hù)分析[J]．裝備制造技術(shù)，2015(4)：31-33．

[4] 許永信．船用立式油水分離器分離性能的數(shù)值模擬與分析[D].大連：大連海事大學(xué)，2012．

Based on heterogeneous liquid-liquid coalescence separation theory, a new type of coalescence separate oil purifier prototype that suitable for ships was developed.The prototype is composed of filtration system,coalescing system,separation system,drainage system and other components.It can remove oil particles and emulsify water effectively with oil sophisticated separation and efficient dewatering features,and some other advantages of small size,low power consumption,small vibration & long service life.The main components of the device are designed of anti-explosion,automatic control and continuous,unattended operation as well.This new type of oil purifier apparatus can not only purify oil qualifiedly,but conserve valuable energy and ship space.

oil purifying apparatus;coalescence separation;oil-water separation

袁先德(1957-)，男，湖南寧鄉(xiāng)人，高級(jí)工程師，大學(xué)本科，主要從事裝備維修管理工作。

U664

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.04.008

2016-04-06