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储油/气罐自动切水器的选择方案比较添加时间:2017-09-05

储油/气罐自动切水器的选择方案比较

 

用全自动油罐切水器代替人工将各类油品、化工液体、液化气体大罐中分离的明水及时、安全、可靠、快速地排放,是广大石油化工企业非常重视和十分迫切希望实现的工艺技改愿望。

1  自动切水器的类型

油/气罐自动切水器目前生产的厂家不少,以技术类型大致可分为两类:传感器型(智能型)和物理机械型。

1.1传感器型(智能型):

传感器型切水器以各种油水界面传感器为核心手段,检测出进入切水器罐体内的油水混合液经过沉降分离后的油水界面线,并将相应的电信号远传至操作室的液位显示界面,由电控单元根据设计要求回传控制设在现场的电磁阀门启闭、实现排水或关闭。

1.2物理机械型:

这类切水器以油、水的密度这一物理参数为核心,通过特制的浮球或浮桶在油水混合液中产生的不同浮力而感知油、水界面线的位置,并利用该浮力为动力驱动特制的阀门启闭,实现排水阻油。

根据结构类型和原理应用方式的不同,这类切水器又可分为:

“杠杆+弹簧”型(早期型)和“直浮式”型(最新升级型)。

2  各类型切水器的工作原理及特点

2.1传感器型切水器的工作方式及特点

传感器型切水器以各式油水界面检测仪表为核心,,检测出切水器罐体内的油水界面线的位置,并转换成相应的电信号,远传至中心操作室内的主控设备,由主控设备根据设计要求给出操控信号,再回传至罐区现场操控电磁阀门的启闭。实现排水或关闭。

特点:在中心操作室内设有油水界面线位置、切水阀门当前状态以及出水口视屏监视(选项)的远传显示界面、以及出水口油气报警装置(选项)。紧急时可远程操控现场排水电磁阀的关闭等功能。

缺陷:需要供电及布线。所有检测仪表、探头、电动执行机构均需采用本安防爆型。另外,为提高长期运行的可靠性,设计方案中往往采用1:1或1:2甚至1:3的设备冗余方案。因此整套系统比较繁杂,其单台价格要高于机械式切水器十余倍以上。另外,从众多的冗余设备及多种监测、报警装置的设置也说明了其长期可靠性不容乐观。

2.2  物理机械型切水器的工作方式和特点

2.2.1“杠杆+弹簧”型切水器的工作方式和特点

“杠杆+弹簧”型切水器是由设置在切水器罐体内部的浮球,以其自身重量和排量与进入切水器内的油水混合液的密度进行比较,而得到的浮力确定了浮球停留的位置,该位置高度与预先设定的开阀高度相减如结果为正值,即为开启阀门的动力。阀门的开度大小由该值大小而决定。由于一般浮球体积较小,产生的浮力有限(尤其是用于密度较大的重油时),不足以操作阀门,因此,采用杠杆将浮力放大,以此来启动阀门的开启,而阀门的关闭则依赖于浮球的自重和设置的弹簧使阀门复位。

特点:安装方便,无须供电和布线、价格低。内部设有杠杆、弹簧或二次阀门等,使得内部结构复杂。

缺陷:浮球由油、水的密度差得到的浮力是切水器工作的动力源,虽经杠杆作3-5倍的放大,仍然是较小的。因此,其工作的各个环节都受制于这一因素,而处于刚刚满足工作条件的临界状态,没有足够的冗余能量以保证各工作状态的可靠性,因此,其运行时表现为关闭不严(滴、漏);开启不畅(半开不开)。尤其是使用一段时间后,其内部的杠杆支点,轴、浮球连接轴,复位弹簧等零部件,因受油水中的硫、腊、氯、酸、泥沙等物质的腐蚀、磨损和粘附,造成运动阻力增大,出现准静止状态,致使其缺陷加剧,“跑、冒、滴、漏”等情况会越来越严重,以致不能工作,甚至发生“跑油”事故。

另外由于使用了杠杆改变了力的方向,这样就产生了两个问题:

一,出水口外侧所受的大气压力与切水器内的静压在杠杆上形成了“天平” 现象,它使切水器始终工作在一种平衡状态(临界切水状态),即少许的不平衡就会使阀门开启排水。这“少许的力”可以是因切水器内油水界面线的升高而正常排水,也可能是非正常原因例如杠杆因异物卡、垫或摩擦阻力增大等导致,而使出水口关闭不到位而发生先排(滴)水后排(滴)油。

二,由于杠杆的应用而改变了浮球产生的作用力的方向,因此这类切水器的工作方向是由上向下开阀,出水由下向上转弯90°  后从侧壁排出。沉积在罐内底部的各种沉积物则无法排出。所以必须定期开罐清理罐内的沉积物,否则切水器阀门、杠杆等将被埋没在泥污中而无法开启或关闭。(一般清理周期约为1-2个月)。而清理时又必须将切水器罐内的油品或气体全部排放掉,从而造成这些油/气的流失和挥发。这既是一种经济损失更是一种极大的安全隐患。因为拆卸过程中很可能因罐盖与罐体的碰撞而产生火花。这项工作对生产工人而言是一件既辛苦又有害健康又具危险的工作。

以下是两款“杠杆+弹簧”式切水器产品的代表结构示意图

 11.jpg

 

杠杆、二次开阀型                      杠杆+弹簧型

 

2.2.2 直浮式切水器的工作方式与特点

直浮式切水器的工作原理也是利用油、水的密度差作为切水器的工作条件和开关阀门的动力源。在切水器罐内设置有一个排量远大于浮球的浮桶,浮桶的下方中心处设置有阀杆和阀头。当浮桶处于下沉状态时该阀头是落入切水器外罐体底部中心部位的出水口中的。阀头与出水口就形成了受浮桶的沉、浮状态变化而开、关的阀门。浮桶不间断地以自身的排量和重量形成的设定的密度值与油、水的密度值进行比较,由于浮桶的密度值被设计为大于油品并小于水的密度值,所以决定了浮桶在油品中一定是下沉的(出水口关闭),而在水中必定是上浮的(出水口开启排水)。随着切水器罐内明水的排出,油、水界面线的下降,连有阀头的浮桶缓缓下沉,直至落入阀口内将出水口完全堵死而停止排水。

特点:安装方便、无须电源和布线、价格低。切水器罐体内只有一只上、下浮动的浮桶,再无其它机械零件,所以工作状态长期稳定不变,无调试,罐体最底部排水,排水的同时冲走罐内沉积物,无须清洗维护、

独具功能:利用大罐内静压,实现切水器关阀后的加压保护,关阀后滴水不漏。

缺陷:切水器罐体较大、安装接口中心高较高。

直浮式和杠杆+弹簧式切水器的性能比较

       全自动切水器

 

项目

直浮式

        杠杆+弹簧式

开阀状态

及时全开

渐开

关阀状态

即关无滴漏利用静压加压保护。

水流渐小,始终关不严。阀芯处于临界状态。

可靠性

长期稳定。

随时间延长,滴漏越严重。

排水含量

<20ppm

>100ppm

排水口部位和方向

最底部。向下排水的同时排出沉积物。

距底部约30mm的侧壁。横向排水,无法排出沉积物

维护量

无日常维护。每三年厂家免费更换一只阀口垫。

每1-2月开罐一次,以高压水冲洗,清理沉积物;检查杠杆、弹簧、支点等部件及时更换锈蚀磨损件并重新调整。

适应性

适应于各种密度的油/气品

适宜密度较小的油/气品。但都存在跑、冒、滴、漏现象。并会越来越严重。

 

结合具体产品对有关直浮式切水器进行更详细的剖析:

TCQ-B型 利用静压实现关阀加压自保的直浮式全自动油罐切水器,由南京天辰仪器制造有限公司自主研发和生产。该技术已获国家专利认证。

直浮式全自动切水器的工作方式与杠杆+弹簧式有着本质的不同

TCQ-B型直浮式全自动切水器不通过任何机械转换方式;不改变力的方向,浮力或重力都是直接垂直作用于阀口,罐内没有任何“轴”、“杠杆”、“千斤”、“刀口”、“弹簧”等机械零件。从而规避了因这些零件带来的机械故障,也杜绝了因为零件锈蚀、变形、磨损、老化等造成的跑油事故。并且独创由最底部直接排水,每次排水的同时带走沉积物。给切水器内部进行一次高压冲洗。是一款免维护、免清洗的“懒汉型”全自动油/汽罐切水器。

直浮式全自动切水器的内部结构和工作原理:22.jpg

在切水器外罐底部设有排水口,而罐内只有一个较大排量的浮桶,浮桶的最下部与外罐的排水口相对应的部位安装有阀头,也可将该阀头理解为一个“塞子”。其工作的过程就是当切水器罐内少量积水时,浮桶产生的浮力不足以将浮桶和阀头浮起,浮桶下方的阀头(塞子)将出水口堵死;当切水器内水位上升到一定高度时,浮桶和阀头开始浮起,从而将下方的阀头(塞子)一并拔起上升,于是切水器内明水由出水口排出。随着油水界面线的下降,浮桶因其自重随之渐渐下沉,当下沉到一定高度时,浮桶下方的阀头(塞子)又落入阀口内(排水口),将出水口堵死,排水阀关闭,切水器处于关闭状态,等待下一次开启。整个过程就是如此周而复始。

直浮式全自动切水器内部只有一个较大体积的浮桶带动其下部的阀头随切水器罐内的油水界面线的上升、下降作上下垂直运动。其间没有任何力的转换,也没有任何机械机构参与,它连续不断地以自身的排量而获得的浮力,与自身重量和所承受的压力相比较从而调整其自身在油水混合液中的高度。完全是一个“自由浮体”。它只服从于油水界面线高低变化而作上下垂直运动,除此以外,没有其他因素可以改变它。所以它可以长期保持良好的稳定工作状态。

以下是直浮式全自动切水器的开阀与关阀状态示意图

33.jpg

 

直浮式全自动切水器的另一个技术亮点:是将其它各类切水器为之头痛并千方百计加以克服的“静压”,巧妙地加以利用,即:当关阀时阀头将排水口堵死后,由于用户储油/气罐与切水器相通构成了联通器,储油//气罐内油品的高度对切水器出水阀口的高度差形成了一个约二十千克的压力(液体密度ρ×大罐内液面高度h×阀口面积S)。这一压力在阀门关闭的瞬间形成,使阀头将排水口压的更死,实现了“滴水不漏”;当切水器内油水界面线超过了关阀线时,浮桶产生一个大于其自重的向上浮力,但由于有这个约二十千克的“静压”,而使浮桶浮不起来。随着油水界面线的继续不断上升,浮桶产生的浮力越来越大,直至达到浮桶产生的浮力大于其自重和“静压”之和时,浮桶才开始上浮,而一旦阀口打开,密闭条件被破坏,“背压”立即消失,累积在浮桶上的过剩浮力,使浮桶快速上浮至最高点,阀口随即完全打开。切水器内的水在储油//气罐内静压力下快速由排水口“飞流直泻”排出罐外。

由于静压的有利应用,使开、关阀线拉开一个较大距离。将开、关一条线的临界开、关工作方式变为由上线开阀,下线关阀的两条线分别控制。这样就使得油水混合层(乳化层)远离出水口,从而减小了出水含油率。也为乳化层的进一步分离提供了更多的时间。避免了乳化层油品的流失。

由以上两类切水器运行过程和各自原理的应用方式、结构差异可见,直浮式的技术先进性是显而易见的。由于直浮式的内部结构特点,它不存在性能变坏的硬件因素,所以它的理想工作效果可保持长期不变。另外,直浮式全自动切水器的排水口设在最底部,在每次排水的同时都对罐内进行一次高压冲洗,冲走罐内沉积物,起到了长期免清洗的作用,不会发生沉淀物越来越多,堵塞排水口的现象。直浮式全自动切水器在设计中,将关阀时的油水界面设定在距出水口上部约150毫米处,即切水器罐内每次排水时都留下约150毫米左右高度的水位,起到以“水”封“油”的目的。直浮式全自动切水器可以确保所排水中的含油量这一切水器的重要指标远远高于其它形式的切水器,实现目前国内外最高指标≤20ppm,(用户实测:11.0  11.3  11.7ppm)处于国内外各类油罐切水器产品的领先水平。

TCQ-B型 利用静压实现关阀加压自保的全自动油/罐切水器,将以它的低价格为用户节约资金回报用户的惠眼赏识;以它的超低排水含油率减少油品的流失,避免了流失油品对环境的污染和潜在安全隐患,回报于社会;以它不用电源和布线,无噪声,无污染既安全又省事省钱的使用运行条件;以它用最原始最铁律的物质本质特性和物理定律的应用,从而实现了长期稳定的工作状态、免维护、免清洗、只排水,无跑冒、长寿命来回报产品的使用者。

综合传感器型、杠杆+弹簧型和直浮式型三种切水器的工作原理、特点、缺陷以及价格等方面的对比分析,直浮式油/气罐全自动切水器的优势是显而易见的:它以安装简便、安全(不需电源,及布线)、工作状态长期稳定可靠、无维护量、无消耗品、无易损件更换费用、不需二次调试、开的畅、关闭严、排水量大、排水含油率极低、工程造价低等一系列优点从而必将会得到越来越多的用户认识、赞赏、认可、选用。成为油/气罐切水器选型的首选。