曼型煤氣柜油水分離器排水異常問題分析及處理

趙忠東，高延哲，馬志強

（河鋼集團邯鋼公司能源中心，河北邯鄲 056015）

1 密封油循環系統

邯鋼東區12 萬m3曼型煤氣柜建于2000 年，柜體為正20邊形結構，主要有側板、柜頂、底板及活塞四部分。活塞底面沿周邊設有油溝，油溝內配置由滑板、帆布、木塊和壓緊彈簧組成的密封裝置，密封油在油溝內保持一定油位，使其油壓大于活塞下部儲氣壓力來實現活塞與柜壁間的密封。氣柜配有4座油水分離器，油水分離器由多個室艙和油泵組成，具有油水分離和輸送密封油的功能。密封油從煤氣柜的底部油溝流入油水分離器，在室艙內脫除油中的冷凝水后，被油泵通過油上升管壓送至煤氣柜側板上部的預備油箱內。密封油再從預備油箱的溢流孔流入柜內，沿側板內壁流入活塞油溝，再經過活塞密封機構沿氣柜內壁流入氣柜底部油溝。底部油溝→油水分離器→油上升管→預備油箱→活塞油溝→底部油溝構成了氣柜密封油循環系統。

2 油水分離器及異常現象

2.1 油水分離器設備結構

油水分離器的主要作用有兩個：一是對進入油泵站的油水混合物進行油、水分離，二是通過油泵將密封油輸送至柜頂的備用油箱。

如圖1～圖3 所示，油水分離器的室艙分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三室，其中Ⅰ室又根據功能分為Ⅰa、Ⅰb、Ⅰc艙。

Ⅰa 艙（油流入艙）：此艙具有煤氣壓力。油水混合物自底部油溝流入Ⅰa 艙，依靠兩種介質的密度差進行分離，密封油在上層，水在下層。

Ⅰb 艙（分離艙）：該室仍具有煤氣壓力。該艙設有油位調節裝置，可人為調整其高度，油位調節裝置的一個重要功能是調整柜底油溝油位。由于油流入室的油面與底部油溝的油面為同一水平高度，所以調整Ⅰa 艙溢流至Ⅰb 艙油面的高度，就能達到調節柜底油溝的目的。油位調節裝置的另一重要功能是實現油水分送。油和水的流入路徑見圖2，從Ⅰa 艙分離的油和水分別流入Ⅰb 艙，Ⅰa 艙下部的水經由油位調節裝置的內套管送入Ⅰc 艙，Ⅰa 艙下部的油溢流入油位調節裝置的外套管進入Ⅰb艙下部后再溢流至油室Ⅱ室。

圖1 油水分離器結構示意圖（1）

圖2 油水分離器結構示意圖（2）（A-A斷面）

圖3 油水分離器結構示意圖（3）（俯視）

Ⅰc 艙（水艙）：從Ⅰa 艙和Ⅱ室來的水流入此艙。從Ⅰa 艙來的水要經過水封流入該室，因為Ⅰa艙有煤氣壓力。

Ⅱ室（油室）：來自Ⅰb 艙的油經過油封進入Ⅱ室，該室也具有油水分離的作用，分離出來的水經過水封管后導入Ⅰc艙，

Ⅲ室（浮子室）：從Ⅱ室來的油進入浮子室，此室內有浮子浮漂，向外傳送油位高度信號。

Ⅲ室后配有的2 臺油泵、管路、閥門，將密封油從油水分離器送至氣柜柜頂備用油箱。正常情況下，只能一臺油泵啟動，如果發生兩臺油泵同時啟動，應及時查找原因并進行處理。

2.2 異常現象

巡檢發現12 萬m3氣柜3#油水分離器排水中夾雜油花，后來出油量增多，并伴有煤氣逸出。對油水分離器油位調節器上、下調整都沒有效果，隨后將油水分離器進油和進水閥門暫時關閉，該油水分離器暫停運行，氣柜保留三個油泵房運行，重點關注氣柜活塞油位變化情況。

3 原因分析及處理

3.1 油位調節裝置工作機理

如圖2 所示，在Ⅰa 艙排水管的下口內、外的同一水平面上取A,B兩點，

A點處的壓力為：PA＝p煤氣+ρWg(h1W+h2W)（1）

B點處的壓力為：PB＝p煤氣+ρVgh1W+ρ0gh2O（2）

在Ⅰa 內水面不升高，A、B 處壓力的壓力應相等，PA=PB，就有：

p煤氣+ρWg(h1W+h2W)=p煤氣+ρVgh1W+ρ0gh2O（3）

式中：p煤氣——柜內煤氣壓力，Pa；

ρW——水的密度，取1.0×103kg/m3；

g——重力常數，取9.8 N/kg；

h1W——A、B 處所在位置以上至Ⅰa 艙內油水分界面的水層高度，m；

h2W——Ⅰa內油水分界面以上排水管內的水層高度，m；

h2O——Ⅰa 內油水分界面以上排水管外的油層高度，m；

ρ0——密封油的密度，取0.9×103kg/m3。

式（3）簡化整理得：

ρWg h2W＝ρ0gh2O（4）

即h2W＝0.9h2O

因 h2W-h2O＝d （5）

式中：d——排水管內徑，為0.04 m。

將式（5）代入式（4），

整理得：h2O=10d，h2W=9d；

所以，在A點和B點壓力平衡時，Ⅰa艙（油流入艙）的油層高度為h2O定值，其高度為油位調節裝置排水管內管直徑（0.04 m）的10 倍，與柜底油位的高低無關。

油水分離器在運行中，Ⅰa 艙內水面會因冷凝水不斷增多而升高時，（2）式中ρVgh1W的增加，B 點的壓力就大于A點的壓力，PB＞PA水就從管外流入管內，水通過排水管溢流入Ⅰc 艙，排出油水分離器。當h1W增高的水量被排出后，PB＝PA。所以Ⅰa艙（油流入艙）的油位調節器內套管最底部以上的水層高度h1W也為定值。

3.2 異常原因分析

初步分析判斷，當Ⅰc 艙排水口有大量的油流出時，排除油位調節器內套管發生腐蝕產生漏點的可能。若發生腐蝕，會在排水中夾帶密封油，且泄漏量不會太大。油水分離器內部應是原有的壓力平衡發生了異常變化，現結合上述的油位調節裝置工作機理對異常原因進一步分析。

造成排水口大量密封油流出，應是B 點的壓力PB遠大于A 點的壓力PA，并且無法再建立壓力平衡，造成B 點處介質持續流向A 點，Ⅰa 艙內的水被排凈后，緊接就有大量的油排出時。

結合圖2、式（1）、式（2），只有A 點壓力少了煤氣壓力這一部分，

A點處的壓力為：

PA＝ρWg(h1W+h2W)＝ρWg h1W+ρWg h2W

B點處的壓力為：

PB＝p煤氣+ρWgh1W+ρ0gh2O

會造成PB＞PA

油位調節裝置排水管內套管頂部氣孔與油水分離器上部的煤氣相通，一旦氣孔發生堵塞，A點處的壓力就變為：PA＝ρWg (h1W+h2W)＝ρWg h1W+ρWg h2W。A 的壓力持續小于B 點的壓力，造成Ⅰa 內的油夾雜著煤氣源源不斷的通過內套管流入Ⅰc艙。

邯鋼12 萬m3曼型煤氣柜儲存的焦爐煤氣是經過氧化鐵干式脫硫塔處理后的。煤氣充柜流量較大時，會夾帶氧化鐵脫硫劑進入氣柜，脫硫劑經水長時間浸泡后造成冷凝水含雜質較多，久而久之造成氣孔堵塞。

3.3 處理措施

一般的油水分離器在Ia 艙油位調節器封蓋上對應套管氣孔部位有絲堵，可在關閉油水分離器進油、進水閥門后，打開此絲堵，對氣孔進行檢查疏通。經過對12 萬m3氣柜油水分離器上的內套管氣孔的檢查，發現氣孔存在堵塞現象。對氣孔進行了疏通處理后，油水分離器排水恢復正常。

4 結語

為避免再出現類似現象，規定對氣柜的4 個油水分離器內套管上的氣孔半年檢查疏通一次。為減少冷凝水中的雜質，增加了脫硫塔內部不銹鋼絲網目數，以減少煤氣夾帶脫硫劑進入氣柜，并對氣柜底部油溝的水定期更換。