储油罐自动脱水器的原理和应用.doc

储油曩自动挽水墨的原理和应用 493储油罐自动脱水器的原理和应用吴培森(四川乐山伟业机电有限公司 )摘要本文首次采用数学模式论证 7储油罐人 I脱水自 々 缺陷是客观存在的 这些缺陷所产生的不良后果和危害说明了淘汰人工脱水的必要性和紧迫性文中首 次对现有的储油罐自动脱水器进行 7科学的分类，并对各类自动脱水器的原理特点 进行 7表述和分析，介绍 j应用的方法和效果，并列举多个使用单位的化验数据，说 明 j用自动脱水器取代人工脱水是可行的，有效的和安全可靠自 々 改变 “储油罐脱水——污油排放 ——污油回收 ”的旧过程、旧观念，而代之以储油罐的自动脱水无污油排放的新过程、新观念油品中的水分在储罐中经过沉降以后再排出储罐去，这一过程称为“脱水”(或切水)是石 油采掘、石油加工和油品储运行业中一道不可缺少的工序传统的脱水工艺是采用人工操作的 方法，存在严重的缺陷一是储罐中的沉降水不能全部脱尽，直接影响油品的质量和生产的正 常进行 }二是伴随着脱水有大量的油品泄出，使 “脱水 ”成了石油加工和采掘中油品损失的主要 环节和造成环境油污的重要源头 i三是操作者有很大的随意性，使储油罐的脱水成了一个难以 控制的变效，脱水时工人擅自离岗，导致大量油品泄出的事时有发生，因此潜在着严重的安全 隐患。

人工脱水是在储罐中的水经过充分沉降，油水分离后才实施的，为什么会产生脱水不尽和 脱水带油的问题呢 ?这是因为水在储罐中的沉降是在静态条件下的单一的重力运动而脱水 是在运动状态下进行的，当排水阀门打开后，介质在罐压力作用下从排水管进口的恩围进入排 水管，各方向的运动力交汇于管 IZl处而形成漩涡，将油和水重新混合起来一起排出储罐之外(见图1) 一——L————J——]筌垒釜厂图 1人工脱水介质流向示意图a一储油罐； b一排水阀门 Ic一污水坑 I一 ”一介质流向在排出的混合液中油品的含量可用下式表达Q-=Q — Q木=KS廿一 KS△P×僻／g)一恙 S，曩 jP‘蕾，硒据 》7494 宝国油气储运技术奎舞研讨盒论文纂式中 Q——脱水时总的排放量； Q“Qm——分别为水和油的含量； S——排水流道截面积；△P——储罐内压力与排水口的压力差； 日 ——油水界面到排水管底部实际高度； K——排放系数； g——排水不带油时的最低界面高度 (临界高度 )从式中可以看出，当 Ⅳ 等于临界高度 g时， Q*=o，即此时排水不带油随着水的排放，界 面高度越来越小， Q*的量就越来越大。

到界面消失，即日一 0时，则 Q*一 Q，此时排出的就全是 油了当然，操作者不会等到全部排油对才关上排水阀门，而是凭观察有较多的含油量时就把 排水阀门关上了～般情况下，脱水中的含油量约占排量的 15％～ 20％这就是说 H值还有相 当的高度，说明储罐中的沉降水是不可能排完的由此可得出结论：人工脱水带油，脱水不尽是 脱水时储罐中排水管口处各向运动力作用的结果，是客观存在而不可避免的，不是操作者的技 术问题，也非管理问题，而是这种工艺固有的弊端当前解决脱水不尽的办法是提高在储罐中取油的位置，这就使储油罐底部始终有几十厘 米高的油品作为垫底层而达不到利用每个储油罐的垫底油品从几吨到几十吨不等，全国几万 个储油罐，就有几十万吨油品不能利用解决脱水后的污油问题主要的办法是回收和利用为此每个企业都要投入大量的人力、财 力来设置庞大复杂的污油回收系统但是油品一旦被排出储罐之外，就不可能全部收回．轻质 油基本上挥发到大气中，还有一部份油品流到扛河里，据资料统计，除去回收部份，人工脱水造 成的油品损失为加工量的 3‰，加上回收处理污油所耗的费用，全国每年的经济损失就达十多 亿元新的解决办法就是消除产生污油的条件。

即淘汰落后的人工脱水工艺，以无污油排放的自 动脱水工艺取代之储油罐的自动脱水由储油罐自动脱水器来实现自动脱水器的基本功能就是 “排水阻油 ”， 使在储油罐中已经分离而在排水时叉被混合起来的水、湖混合液再次分离开来，使排水和阻油 统一实施于储罐脱水的垒过程中，既要把储罐中的沉降水全部排尽又要阻止油品从储罐中跑 出来这一过程不需要人工操作，也无需其他动力，全部自动完成，部分使用脱水器厂家对脱水 含油量的化验结果见表 1丧1 CIS-Y储油罐自动脱水器部分用户脱水含油量化验数据衰脱水台油量 (rag／ L)油品种类 盘锦石化 中国石油兰州抚顺石油二厂 武汉炼油厂 南充炼油厂 格尔木炼油厂总公司 石化公司汽油 13．88 49 29． 5柴油 45．56 32．96 18． 4原油 19．77 3．2石脑油 51注 t各厂脱水台油量的测试时间分别为 1997年 1月、 1997年 8月、 2001年 9月、 2001年 6月、 2002年 6月、2002年 7月．表中效据均为多次取样化验戤据的平均值． z从表 1中可以看出，备 _I_在使用自动脱水器铂鼹捧出耐娥萁蠹袖量指标都达到了或基本储油糟自动脱水器的原理和应用 495达到了国家所规定的排放标准。

储罐中沉降水脱水率都达到了 100％这就从根本上解决了储 油罐脱水不尽，脱水带油以及由此而产生的油品质量，生产安全，资源浪费和环境污染问题同 时也说明，用储油罐自动脱水器取代人工脱水是完全可行且有效的一、油罐自动脱水器的分类近几年来，在我国几个地方相继独立地推出了几种不同类型的储油罐自动脱水器经过几 年的实践和改进，有的产品性能已达到了相当高的程度，完全能够满足储油罐脱水自动化的各 种要求为了便于研究分析，易于理解掌握，首先根据脱水器的设计原理和结构特征进行命名和分类，见表 2表 2储油罐自动脱水器分类表内容 储油罐自动脱水器按所属门类划分 机械类 电磁类按动力来源划分 浮力、重力 重力型 电磁力型接水、油分离 控向控量 控量分离式 方式划分 分离式浮子杠杆 浮子式 配重式 传感式 产品名称 双联式脱水嚣式脱水器 脱水器 脱水器 脱水器注：“控量”指控制介质的流量(或流速)，“控向”指控制介质流动的方向二、油罐自动脱水器的工作原理现对分类表中所列 5种不同类型的储油罐自动脱水器的工作原理特点介绍如下1．传感式自动脱水器传感式自动脱水器是电磁类自动脱水器中惟一的一种脱水器，它是利用水和油不圊的电 磁特性 (如电阻、导电率等 )所产生的不同信号，通过传感器传送到控制系统，指挥电磁阀门 “开”或“关”的动作，达到排水或阻油的目的(见图2)。

b图 2传感式自动脱水器原理示意图a一集液箱 }b一进液管 }c一探头 ld一传感器 Ie一控制系统 }f一电源开关 }s一电磁翔 I串 ”一介质流向脱水时，储油罐中的水先进入集液箱，探头将水的弱电阻信号经传感器传到控制系统指挥496 全国浊气储运技术交流研讨龛论文集电动开关正向接通，使电磁阀实施开启的动作，将水排出去；当水被排完油进入集液箱以后，探 头又将油的强电阻信号经传感器送到控制系统指挥电动开关反向接通，电磁阀实施关闭的动 作阻止油品的泄出第二次脱水时，储罐中的沉降水和集液箱中的油经过位置交换后进入集液 箱，即重复以上的脱水过程，如此循环往复实现储油罐的自动脱水此类自动脱水器的特点是使用初期有较高的灵敏度，但涉及较多的技术门类，结构比较复 杂，安装调试维护都比较难探头易污染，久用而可靠性差，电磁阀的使用需引进电力，从而增 加了使用的难度2．配重式自动脱水器配重式自动脱水器的动力来源是介质和配重块的重力，主体结构和运行原理极似天秤，故 又称 “天秤式 ”它的全部机构放置在一个方形的金属箱内 (见图 3)]图 3配重式自动脱水器的原理图a一进液管接头山一配重箱 Ic一进液箱， d一挡板 Ie一弹簧挺杆；卜进水管 }k一出水 rl}h一方箱 I厶配重箱臂；岛进液箱臂配重式自动脱水器运行原理表达式为：尸木 L2> 尸靶 L1>P 曲 L2式中 P^——集液箱盛满水的重量 } Pm——配重箱的重量 I P*——集液箱盛满油的重量。

脱水时，储罐中的水首先经软管进入集液箱，此时 PmL >PEL使杠杆右旋，连杆经挡板 挡住，压缩弹簧打开阀瓣，水流出，经方箱排出体外当水被排完，油逐步进入集液箱，盛满后 PE厶 >P*厶杠杆向反方向运动，连杆脱离挡板，弹簧复位关闭阀座，以阻止油品的泄出，达 到排水阻油的目的第二次脱水时从集液箱下部进入将油从上部经回油软管顶回储油罐中， 盛满后再重复以上的脱水过程当油品种类发生变化或储油罐内压力变动时，则调整配重箱中 的配重块以适应之该脱水器的特点是体积小，重量轻，安装方便；缺点是排量小，易堵塞，跑油，故障率高，维护工作量大，一般只适于轻质油品的脱水3．浮子式自动脱水器浮子式自动脱水器的工作原理是将密度介于油和水之间的浮球 (带阀瓣 )与阀座结合起 来，对油水有选择的“关”和“开”(见图4)，从而达到排水阻油的目的储油叠自动脱水墨的黑瑶和应用 497]图 4浮子式脱水器原理a一进液管 Ib一壳体 lc一浮于 Id一阀瓣 Ie～阀座； f一排水管脱水时储罐中的沉降水首先进入腔体，浮球经腔体外的启动手柄拧到启动位置 (出水后必 须将启动手柄恢复原位)(见图5)打开阀门排水，当水被排完，油进入腔体后，由于浮子的重力 大于油对浮子的浮力而使浮子下沉关闭阀座。

阻止油品泄出第二次脱水时，储罐新产生的沉 降水和脱水器中的油品依靠密度差进行位置交换后再次进入腔体重复以上的脱水过程图 5启动手柄操作图a一进液管 Ib～壳体 ·c一启动位置 Id--复位位置 }e一排水管此类脱水器的特点是体积小，重量轻，易安装，排水量比较大 I缺点是自动性能差，需人工辅助运行，油、水分离效果差，脱水含油量较大4．杠杆浮子式自动脱水器杠杆浮子式自动脱水器的动力系统是浮子加上杠杆，利用杠杆原理放大阀瓣开启和关闭 一～ ]的力度杠杆浮子式自动脱水器的运行原理和浮子式脱水器的运动原理相似只是在脱水时，依靠 被杠杆放大了的力矩自动开启阀瓣，而不需人工在腔体外拧动活动手柄 (见图 6和图 7)■图 6杠杆浮子式自动脱水器原理图一a一进浪管； b一壳体 ’c一浮子 }d一阐 Ie一杠杆目 ]图 7杠杆浮子式自动脱水器原理图 =a一进液管 lb一壳体 Ic一浮子， d一阀 le～杠杆498 宝国油气储运技术交流研讨龛论文集图 6和图 7是两种形状的杠杆浮子式自动脱水器它们的优点是自动性能和油水分离效果 较好，脱水含油量较低，缺点是体积大，安装较困难，抗故障能力差浮子式脱水器和杠杆浮子式自动脱水器都属控量分离型的脱水器，即以控制脱水器的流 量来换取油、水分离所需的时间，是以空间换时间的方法，脱水器的内部机构都设置在一个腔 体中，由于介质流动方向和水油分离运动方向互相交叉而使分离受到干扰，影响分离效果，排 量稍大时，脱水含油量就高。

这种结构的另一问题是介质中的渣不能分离，部分渣随水流动是对脱水器运行的最大威 胁，事实上脱水器性能的可靠性、运行的安全性以及使用寿命的长短都和能否正确处理渣的去 向问题有直接的关系在脱水器前端增加过滤器可以避免渣对脱水器本体的侵害，但是这会增 加购置成本和安装难度，还会因回油不畅而降低脱水器的自动性能，甚至导致脱水器停止工 作5．双联式自动脱水器 双联式自动脱水器的腔体是由底部联通的两个腔体组成，其中一个腔和储油罐相连接，吸纳储油罐中的介质，承担油、水分离的任务，同时具有产生动力、回油及阻油的功能，称为分离腔；另一个腔和大气相通，承担排水的任务，称为排水腔，同时具有水、渣分离的功能在分离腔 中设置动力信息系统，在排水腔中设置执行机构，启闭系统两个系统之间以杠杆相联，这就组 成了双联结构的自动脱水器 (见图 8)]图 8双联式自动脱水器原理示意a--进液管； b一分离腔 }c一排水腔 {d一动力系统； e一排水。