新型船用凈油裝置的研究與應用

袁先德，周圣兵，鄧 磊

(92339部隊，廣東 湛江 524005)

新型船用凈油裝置的研究與應用

袁先德，周圣兵，鄧 磊

(92339部隊，廣東 湛江 524005)

文章基于非均相液-液聚結分離理論，研制了一套適合于船舶使用的新型聚結分離式凈油機樣機。該樣機由過濾系統、聚結系統、分離系統、排水系統等組成。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、振動小、壽命長。主要部件進行了防爆和自動控制設計，能夠實現連續運行和無人值守運行。研制成功的新型凈油裝置可完全勝任繁雜的凈油需求，還能節省寶貴的船舶空間和能量。

凈油裝置；聚結分離；油水分離

船用主、輔動力機械需要清潔的滑油和燃油。滑油中混入水分，會稀釋油膜而降低潤滑能力，嚴重時會導致滑油乳化變質造成干摩擦，還會損耗添加劑、造成機械運動腐蝕磨損加劇，甚至損壞機械。燃油中混入水分則會使油品質下降導致燃燒不正常、堵塞過濾器，嚴重時會造成高壓油泵、噴油器卡滯甚至突然停機，危害船舶生命力[1]。目前船舶上多使用離心式凈油機，存在體積大、結構復雜、操作繁瑣、故障率和能耗高、分離效率和精度低等問題[2-4]。

隨著船舶對油過濾量和清潔度的要求日益升級，現有的離心式分離裝置已難以滿足要求。針對研發現狀和船舶上使用環境和過濾介質的要求，筆者研制出一套自動化程度較高且兼顧高可靠性要求的船舶用聚結分離式凈油裝置。

1 總體思路及工作原理

聚結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 聚結分離式凈油裝置總體框圖

需要凈化的油液首先流經前級過濾器，可以過濾掉油液中較粗的顆粒污染物，保護泵的安全運行。之后，油液進入凈油機內部的聚結分離器，先進入聚結濾芯，由里到外穿過濾芯，油液破乳，微水滴聚結成大水珠，同時過濾顆粒污染物，然后流向分離濾芯。在流向分離濾芯的過程中，較大的水珠借重力下沉進入集水槽，小水珠隨油液一起流向分離濾芯。分離濾芯能阻擋水通過，小水珠在此碰撞結合成大水珠，再次沉降到集水槽中，達到脫水目的。最后，經過聚結脫水處理后的油液進入到精過濾器中再次進行過濾，濾除油液中細小一點的顆粒污染物，從而得到潔凈的油液。

圖2 聚結分離式凈油裝置工作原理圖

2 結構設計及系統組成

聚結分離式凈油機由吸油過濾器、油泵系統、保護過濾器、聚結分離器、精過濾器、防爆子系統、排水子系統和顯示子系統組成。設計研制中充分考慮到各個環節，在滿足精密分離、過濾、高效脫水和自動控制的基礎上加強防爆和密封性等可靠性設計。由于該設備管道、容器和標準件較多，為了有效利用空間和合理布置位置，設計時根據各分部件的外形尺寸進行三維優化設計計算，最終設計的聚結分離式凈油裝置如圖3所示。

圖3 聚結分離式凈油裝置

聚結分離式凈油機核心部件是其內部安裝有2種不同功能的濾芯：聚結濾芯和分離濾芯。當油液流經凈油機時，在其內部經歷過濾、聚結、沉降、分離4個過程階段，實現濾除顆粒污染物、脫出水分的功能。

2.1 過濾系統

過濾系統由1個吸油過濾器和2個串聯的保護過濾器和精過濾器組成：吸油過濾器用以保護油泵，可重復使用；保護過濾器選用22 μm的濾芯，可滿足聚結分離濾芯對油品的需求；精過濾器選用5 μm的濾芯，能滿足精度要求極高的需求。精過濾器采用通用結構，選用EPE高分子纖維材料制成。

油液首先流經吸油過濾器，通過其濾芯由表及里、沿流動方向逐漸縮小的漸變孔隙結構，分層攔截不同尺寸的污染顆粒，起到保護油泵的作用，并最大限度地提高濾芯的使用壽命及過濾效率。之后油液進入到中繼的保護過濾器進一步過濾，最后經過聚結脫水處理后進入精過濾器中再次進行過濾，以保證回收得到的油液清潔度達到設計指標。

2.2 聚結系統

聚結濾芯由破乳、聚結、分離3層組成，介質流經聚結濾芯時，乳化油液由破乳層破除，非油品成分的游離態液態物質和乳化水聚結成大液滴。

油液流經中繼的保護過濾器后，進入到聚結分離器內的聚結濾芯破乳聚結層。由于聚結濾芯材料獨特的極性分子的作用，油液中的游離水以及乳化水在通過濾芯進行破乳后，將油液中微小的、游離的乳化水聚結成為較大的水滴，由于重力作用下沉至儲水罐內。

2.3 分離系統

通過聚結濾芯后的油液將進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，在油液通過分離濾芯時，水珠被擋在濾芯的外面，油液則進入濾芯并最終從出液口排出。擋在濾芯外面的水珠經過相互聚集，尺寸逐漸增大，進而由于重力原因而沉降到容器下部的儲水罐中。

2.4 排水系統

分離出來的水分儲存在儲水罐中，油水界面可以被界面計測量出來，當界面高度達到設定的上限數值時，儲水罐下部的電磁閥就會開啟，積水通過放水口排出。

3 試驗結果

聚結分離式凈油機樣機研制成功后，對其進行了一系列相關的試驗項目，包括：8 h運行試驗、0.7 MPa的高壓密封性試驗、噪聲試驗、0.5 MPa的壓力試驗、-0.07 MPa的真空壓力試驗、自動排水試驗、48 h的連續運行試驗等。試驗結果表明：該樣機能有效地清除油液中的顆粒雜質及乳化水、游離水，最高可處理的水含量可達15%。經過過濾脫水后的油液,油液中水含量可低至100 mg/kg。能破除介質中的全部油水乳化結構,根據所選濾芯的型號,可將介質的清潔度穩定地控制在設計要求狀態。其具有過濾精度高、納污容量大、濾芯使用壽命長、脫水效率高的優點。不需要抽真空和高速離心，能耗低、操作使用方便，費用低。另外，根據用戶的要求進行防爆設計，大大提高了產品的可靠性和性能。

4 結束語

基于非均相液-液聚結分離理論，研制了一套適合于船舶使用的新型聚結分離式凈油機樣機。該裝置可破除介質中的油水乳化結構，效率較高，單位體積處理能力要比離心分離機高50%以上，不僅能滿足精密過濾及高效脫水的要求，而且在可靠性方面也有較強的保障。今后可以對其系統進一步改進，從而擴大凈油機的適用范圍，布局和結構尺寸還可進一步優化。該裝置推廣應用前景較好，具有很大的發展潛力。

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

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

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

[4] 許永信．船用立式油水分離器分離性能的數值模擬與分析[D].大連：大連海事大學，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，湖南寧鄉人，高級工程師，大學本科，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