油罐智能切水器的研究現狀

胡珍珍,賈宏禹（.長江大學機械工程學院；2.長江大學工程技術學院,湖北　荊州　434023）

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油罐智能切水器的研究現狀

胡珍珍1,2,賈宏禹1
（1.長江大學機械工程學院；2.長江大學工程技術學院,湖北荊州434023）

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

關鍵詞：油罐切水器；自動化；工作原理

1　引言

在石油化工行業中，存放在儲油罐中的油品并不是純凈的，在生產過程中會混入一些水和雜質。但為了得到工業所需要的高質量油品，必須將儲油罐內的明水切除到國家規定標準[1]。石化企業中，一般采用沉降法將油品和水分離，根據兩者密度不同，被分離的水處在儲油罐的下層，油品處在油罐的上層。但是企業最終需要的是擁有一定高純度的油品，那么將儲油罐底層的水切出去就成了一個急需解決的問題。

2　智能切水器的研究現狀

隨著科學技術的發展，市場上逐漸出現可以代替人工切水的切水器。這是石油化工工業的生產技術和生產自動化發展的一個重要里程碑。當前應用較多的油罐切水器主要有緩沖罐式和管道式兩種結構類型。

2.1緩沖罐式自動切水器

根據緩沖罐式切水器工作原理和自動化程度的差別，可將其分為：杠桿式自動切水器、直浮式自動切水器及機電式自動切水器。

2.1.1杠桿式自動切水器

由于早期國內技術水平落后，技術人員研發出的切水器只是通過機械結構上的改變，讓其實現自動切水的目的，自動化程度不高。最早出現的杠桿式自動切水器就是其中典型，如圖1所示，緩沖罐內浮體與外部壓力平衡室連通，以油水混合液的重力為動力源(無外加動力源)，根據油水在容器內部的壓強和緩沖罐內部油、水介質的密度差，采用高靈敏度的杠桿原理，通過無背壓閥門開啟和關閉，從而實現切水截油的目的。但杠桿式自動切水器工作一段時間后，如連接軸，復位彈簧等切水器內部零部件，受油品中硫、臘、氯、酸等物質的腐蝕和粘附，造成機械結構運動阻力增大，出現工作準靜止狀態，導致“跑、冒、滴、漏”等情況會越來越嚴重，以致不能工作。

2.1.2直浮式自動切水器

為改善杠桿式自動切水器的缺陷，有關技術人員在其結構基礎上進行改進，設計出直浮式自動切水器，如圖2所示，用浮桶替代杠桿，當緩沖罐內水較少時，浮桶產生的浮力不足以將浮桶和閥頭浮起，則出水口被閥頭堵死，當緩沖罐內水位上升到一定高度時，浮桶產生的浮力將浮桶和閥頭浮起，從而緩沖罐內明水由出水口流出實現切水。隨著緩沖罐內油水分界面的下降，浮桶則因其隨之漸漸下沉，當下沉到一定高度時，浮桶下方的閥頭又落在出水口內，將其堵死，則切水停止。

直浮式自動切水器不采用任何機械轉換方式，浮力直接垂直作用于閥口，沒有任何“軸”、“杠桿”、“彈簧”等機械零件，從而避免了因這些零件帶來的機械故障，也解決了因為零件磨損、變形、老化等造成的跑油事故。

雖然直浮式自動切水器可以基本實現切水要求，但其本質跟杠桿式切水器一樣，還只停留在機械式切水，自動化程度不高，因此存在以下不足：

（1）通過機械結構裝置進行單獨操作對于擁有多個儲油罐區的煉化廠來說，不便集中管理和遠程控制；

（2）切水含油量易超標；

（3）機械裝置密封不嚴易跑油；

（4）對原油切水的適應性差。

2.1.3機電式自動切水器

針對機械式切水所存在的缺陷，相繼研發出機電一體化式自動切水器，如圖3所示。在機械式自動切水器的基礎上，加上微波探頭或超聲波探頭和電子控制系統，實現雙重保險，防止跑油現象，并可遠程控制，易集中管理。當緩沖罐內的水位到一定高度時，根據液體在緩沖罐內部的壓強和油水介質之間的密度差，產生浮力，利用杠桿原理，控制無背壓閥門打開；同時，通過探頭檢測油水界面來判斷緩沖罐內部的水量過大，將信號傳遞給電子控制系統，實現自動控制閥打開。只有滿足上述兩者的條件，才可正常切水作業。同樣，當水位下降到一定值以下時，自動控制閥和無背壓閥就關閉，停止切水。

通過以上分析可發現，杠桿式、直浮式及機電式自動切水器都存在以下缺陷：

（1）對原油等重質油的適應性差。重質油與水之間的密度差較小，通過油、水介質之間的密度差，不能獲得足夠的浮力去操作閥門的開閉來進行切水；而且原油容易使機械結構失效；

（2）切水效率低。機械式自動切水器需要緩沖罐對油水進行緩沖、沉降后，形成穩定明顯的油水分界面，才可開始切水工作，切水連續性差。

2.2管道式智能切水器

石油化工工業中，如何對像原油這類重質油進行切水作業和加快切水效率是企業急需解決的問題。智能切水器成為研制的主要方向，其中應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油水介質之間介電常數或粘度等參數的不同，檢測出水中微量含油量，再根據油含量去控制切水閥門的開關和開度[3]。

管道式智能切水器切水器具有以下優點：

（1）可實現動態監測，切水效率高。可以在油水介質流動時，動態檢。

（2）解決了重質油切水的難題。根據油水介質之間的介電常數或粘度測出水中含油量，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間的限制；等參數檢測油品，因為無機械結構，不受原油等對裝置的影響。

（3）自動化程度高，切水連續性好，切水效率高，且便于遠程監測與控制。

3　結論

通過智能切水器的使用，有效的克服了切水的弊端，減輕了工人的勞動強度，提高了切水效率；防止了跑油事故的發生，規避了油品的流失，具有顯著的經濟效益、環保效益和社會效益。

參考文獻：

[1]蒲健全.自動切水器在儲運罐區的應用[J].化學工程與裝備,2010(01):98-100.

[2]胡寶謙,孫文.呼煉油罐自動切水器的應用[J].內蒙古石油化工,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.

作者簡介：胡珍珍（1984-），女，湖北荊州人，本科，講師，研究方向：機械設計制造及其自動化。

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