自動切水器在油罐區(qū)的設計與應用分析

胡華貴

（神華榆林能源化工有限公司，陜西榆林 719302）

自動切水器在油罐區(qū)的設計與應用分析

胡華貴

（神華榆林能源化工有限公司，陜西榆林 719302）

自動切水器起到自動切水、阻油、提高工作效率、降低勞動強度等作用，具有很強的實用性和可觀的經(jīng)濟效益。人工脫水不易脫盡油罐中的水，還易造成帶油、跑油等事故的發(fā)生。采用自動切水器可以連續(xù)、自動地脫去油罐中的水。應用流體力學的基本知識對其工作原理進行理論分析；結(jié)合進水管是否采用虹吸安裝的形式，對其安裝形式、原則、安裝方式進行說明；同時結(jié)合某煤制油化工企業(yè)所采用自動切水器的型號，對其所適用的范圍進行探討，對其操作要點提出幾點建議，并對其日常使用、操作和維護所應注意的幾點事項進行說明。

切水器；原理；安裝；操作要點

Abstract：Automatic water cuters play a role in automatic cutting，blocking oil，improving work efficiency and reducing labor intensity，and have strong practicability and considerable economic benefits.Artificial dehydration is not easy to get off the oil in the tank，but also easy to cause oil，run oil and other accidents.Automatic water cuters can be used to automatically and automatically remove the water in the tank.In this paper，the basic knowledge of hydrodynamics is used to analyze the working principle of the fluid mechanics.The installation method，principle and installation method of the inlet pipe are described in the form of siphon installation.At the same time，Water heater model，the scope of its applicable to the discussion of its operating points to make some suggestions；and its daily use，operation and maintenance of the points should be noted that some of the matters.

Key words：water cuter；principle；installation；operation point

隨著石油化工工業(yè)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代煉油、化工自動化水平也在不斷是提高，自動化的應用不僅可以節(jié)約人力成本，提高工作效率，降低勞動者的工作強度，更重要的是可以保證設備長期、安全、穩(wěn)定的運行，減少儲罐區(qū)中跑、冒、滴、漏等現(xiàn)象，減少事故發(fā)生，對環(huán)境保護和企業(yè)的經(jīng)濟效益都有著顯著的效果。油罐區(qū)中油罐脫水作業(yè)是煉油、化工企業(yè)可能發(fā)生跑油危險性最大的作業(yè)，隨著人們環(huán)保意識的增強以及國家能源緊缺的現(xiàn)狀，安裝自動切水器不僅可以避免因為人為的忽視或誤操作造成跑油事故的發(fā)生；還可以降低勞動強度；同時可以給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益和社會效益?？偟膩碚f安裝自動切水器有如下幾種優(yōu)點：①減輕操作人員的勞動強度，提高工作效率；②減少因油罐脫水時而發(fā)生的油品損失；③減少對環(huán)境的污染；④減輕對下游污水處理的除油壓力；⑤全天候切水，避免了原料帶水或成品帶水出廠的質(zhì)量事故；⑥滿足企業(yè)QHSE的管理要求；⑦能為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟、社會效益[1]。例如：某煉油化工企業(yè)在運銷公司成品罐區(qū)安裝了60多臺自動切水器，不僅減輕了操作人員的勞動強度，更重要的是降低了脫水的含油量從以前2 000mg/L的脫水含油量減少到500mg/L以下，一年從油罐污水中回收油品近千噸，按現(xiàn)行的成品油價格計算可以為企業(yè)節(jié)省、回收600多萬元，經(jīng)濟效益十分可觀。

1 自動切水器工作原理、工作過程分析

某煤制油化工企業(yè)的商業(yè)化運行的煤制油化工裝置，其社會效益和經(jīng)濟效益都是非常顯著的。作為煤制油化工企業(yè)的油品罐區(qū)承擔著收料、供料、成品油出廠等重大生產(chǎn)任務，怎樣才能安全地脫去儲油罐中的水分是確保煉油化工裝置不沖塔、不發(fā)生事故、安全平穩(wěn)運行、保證成品出廠不出現(xiàn)質(zhì)量問題的一項非常重要的工作，正確設計、選擇并應用切水器是解決此項工作的一個最為有效的途徑。

1.1 切水器工作原理

切水器工作原理是利用液體在靜止或流速緩慢的狀態(tài)下利用各組分的密度差異，在重力作用下，較重的組分分離并逐步沉降到底部，再利用不同油品介質(zhì)與水的密度差產(chǎn)生浮力，并采用杠桿原理，依靠浮筒在油水介質(zhì)中的浮力差，使浮筒上下運動，通過高靈敏度杠桿系統(tǒng)對獲得的浮力差進行倍率放大，實現(xiàn)控制排水閥開啟和關閉，從而達到自動運行，并從切水器底部排出，密度較小的油品（含液化氣）上浮而被截留下，返回儲油罐。

從控制切水方式來分可將自動切水器分為兩類：①連機自動控制：利用密度監(jiān)測儀器通過連機自動控制脫水，如圖1；②機械式控制：將密度介于油水之間的浮球（桶）與閥座組合起來是一種對油和水有選擇性的“開”和“關”的控制閥，如圖2。某煤制油化工企業(yè)所選用的切水器均為機械式：液化氣罐區(qū)選用的型號為YQS-V10-B；其他罐區(qū)選用的型號為QS-VXX-Y。其特點是結(jié)構(gòu)簡單、配重固定不需調(diào)節(jié)、安裝使用方便、排水量大、回油速度快、自動控制切水、安全可靠等。

圖1 WBTS油罐自動切水系統(tǒng)示意圖

1.2 切水器工作過程分析

設油的密度為ρ油、水的密度ρ水、油水混合物的密度ρ油、水，同時ρ油<ρ油、水<ρ水。開始進油時油罐和切水器同時充裝密度為ρ油、水的油水混合物，設油罐和切水器為兩個相互獨立的系統(tǒng)，經(jīng)過t時間的自然沉降分離，油罐底部和切水器底部同時有高度為h1的水層；油罐和切水器頂部為油層。經(jīng)過Δt時間油罐中水的高度為h+Δh1。此時水的高度將進水管口浸沒，由于切水器頂部安裝標高低于油罐底部標高及采用虹吸接管的方式，所以進水管此時充滿水。

圖2 QS-VXX-Y型油罐自動切水器示意圖

圖3 水平管（不帶回油管的安裝）安裝示意圖

由于壓力差的存在及各組分密度的差異，切水器中的油品連續(xù)不斷地通過回油管進入油罐的上部油層（由于采用的是虹吸接管的方式所以油不能從進水管回流入油罐中）。水不斷地被存在脫水器中，當水達到一定高度時，對于不同型號的切水器有著不同的控制過程。①對于WBTS型號切水器：上感應器測到水的液面由微機控制打開脫水出口閥門，進行脫水。當油的液面達到下感應器的位置時由微機控制關閉脫水出口閥門。②對于某煤制油化工企業(yè)選用的QS-VXX-Y型和YQS-V10-B型：當水達到一定液位時，浮球（桶）因為浮力上浮，帶動機構(gòu)打開脫水出口閥門排水。當水的液位下降到一定高度時，油水混合物或油品所產(chǎn)生浮力不足以浮起浮球（桶）。浮球（桶）下降恢復原位，帶動機構(gòu)關閉脫水出口閥門。如此循環(huán)達到自動切水的目的。上述兩種型號的切水器工作原理基本相同，但控制方式有所差別。

2 適用范圍

1）由理論分析得知，只要當油品的密度ρ油小于水的密度ρ水時，都可以采用自動切水器進行自動脫水作業(yè)；

2）當油品的密度和水的密度較為接近時、油品黏度較大時，不易采取機械式自動切水器，因為ρ油與ρ水之間的差值很小時切水器的配重不易調(diào)節(jié)；

3）對于易形成油包水（W/O）或水包油（O/W）乳化物的石油及石油產(chǎn)品一般不采用，但可以配合破乳裝置同時使用；

4）自動切水器較適合于輕質(zhì)油品及液化氣的自動脫水作業(yè)。

3 設計安裝及應中的注意事項

3.1 設計安裝注意事項

正確設計安裝自動切水器是保證切水器正常工作的前提，如不能正確地設計安裝切水器就有可能起不到自動切水的作用，也不利于正常、方便、安全的操作，自動切水器核心的杠桿系統(tǒng)應選擇高靈敏度杠桿系統(tǒng)，保證系統(tǒng)的運行靈敏度和可靠度。

（1）在設計選擇自動切水器之前，應充分考慮油品的性質(zhì)，油水密度差較小、存在油水乳化、雜質(zhì)較多建議不采用自動切水器；

（2）自動切水器的設計選擇應與儲罐的設計一并開展，根據(jù)不同型式的切水器，設計儲罐的排水及回油型式；

（3）安裝前，應仔細檢查產(chǎn)品的外觀和切水閥等主要部件是否有碰撞，以及對產(chǎn)品性能是否有影響，如有上述情況應和廠家聯(lián)系更換；

（4）安裝時應根據(jù)油品介質(zhì)的密度由廠家負責調(diào)整配重，以確保切水器正常、高效的工作；

（5）切水器進水管分虹吸安裝和平直安裝；虹吸安裝可以直接從罐壁接入，達到完全切水的目的。平直安裝為了保證罐壁的強度及更好地脫盡罐中的水，應采用在罐內(nèi)加設積水坑并將進水管接入積水坑內(nèi)。在此建議采用虹吸安裝，某煤制油化工企業(yè)除球罐外其余全部為直接接在油罐排水管上的虹吸安裝方式；

（6）對于采用虹吸安裝方式的切水器一定要設有回油管，否則由于油水密度差異及U形彎的存在就起不到回油的作用；

（7）對于采用平直安裝的切水器可以不設回油管，設計時儲油罐與切水器連接管不能太細，建議設計DN150及以上，連接管必須保證儲罐側(cè)比切水器側(cè)要略高，嚴禁出現(xiàn)接管儲罐側(cè)比切水器側(cè)低的情況，嚴禁出現(xiàn)上袋、下袋配管，如果出現(xiàn)上述情況將會出現(xiàn)不能回油的情況，但仍建議設計加設回油管；

（8）切水器設計安裝時，切水器的安裝頂部標高必須低于油罐罐底（積水坑）的標高，否則存在油罐底部存水，脫水不干凈的現(xiàn)象；

（9）回油管的安裝高度必須高于進水管；高差應不小于200mm，回油管不能太細需保證DN50以上，否則不能很好地進行回油；

（10）在切水器進口法蘭和油罐排水之間、回油管上分別安裝一個小的手動閥，以備檢查之用，能夠?qū)⑶兴靼踩谐觯?/p>

（11）根據(jù)油品的油質(zhì)，可以在切水器進水口上增加安裝過濾器；

（12）切水器應放在平整堅固的平臺上；

（13）在設計儲罐時，為了保證儲罐內(nèi)的水脫除干凈，同時保證切水器的工作效率，建議儲油罐設計集水坑；

（14）在北方寒冷地區(qū)或油品易凍凝時，設計必須考慮伴熱保溫措施，考慮到油品的易燃易爆特性不建議選擇電伴熱，最宜選擇熱水伴熱，特殊要求可以選擇蒸汽，但蒸汽盡量選擇壓力較低的等級，防止切水器的存水及油品沸騰。

3.2 切水器的應用及注意的事項

正確使用切水器，懂得使用中的注意事項，做好切水器維護保養(yǎng)工作。

（1）切水器安裝完畢后，關閉出水閥門用水進行排空，使用時打開回油管和進水管上的閥門，水進入桶體，水位升高，對于機械式脫水器有如下過程：浮球（桶）上升，閥門自動打開，開始排水直至罐中積水全部切完，油開始進入桶體，浮球（桶）下降，使閥門自動關閉停止排水，以此往復循環(huán)達到自動切水的目的。

（2）安裝完畢后，投用時也可以在進油的同時打開回油管和進水管上的閥門，排空的同時進行脫水作業(yè)。

（3）對液化氣儲罐用水進行排空后，使用時打開回油管和進水管上的閥門即可。當用氮氣進行置換密封，投用時在進料的同時打開回油管和進水管上的閥門即可；脫水過程如上所述。

（4）在寒冷地區(qū)使用應增加伴熱線進行保溫，當切水器盤管在加熱時不允許關閉切水器進水口和回油管上的閥門；

（5）定期檢查配重，保證浮球運行正常；

（6）由于石油及石油產(chǎn)品的水中可能含有鐵銹等雜質(zhì)，時間一長會積聚在切水器的底部，影響閥門的開關性能，一般要求3個月后，打開排污閥門排污；

（7）調(diào)整好浮球在停止脫水時的位置，保證脫水器底部存有部分明水，形成水封，特別是針對液化氣，防止脫水帶油帶氣；

（8）特殊情況還應該要經(jīng)常排污以保證切水閥的正常工作。

4 操作要點

WBTS型切水器能連機自動控制切水，且裝有低油液面感應系統(tǒng)，當油面達到低油液面感應器時系統(tǒng)強制關閉脫水出口閥門，從而阻止了因油界面感應器失靈而造成跑油事故的發(fā)生；同時還可以采用多臺切水器集中控制，進一步提高了工作效率。某煤制油化工企業(yè)采用的自動切水器為機械自動控制型，不易采取連機和集中控制，具有一定的風險性，為了把自動切水作業(yè)事故風險降到最低，建議采取以下幾點操作來彌補機械式自動切水的不足：①正規(guī)操作，經(jīng)常維護和保養(yǎng)切水器，使其具有長期安全、穩(wěn)定可靠的工作性能。②巡檢時應仔細檢查切水器是否有破壞和損傷，如果有異常現(xiàn)象應立即關閉閥門停止作業(yè)。③脫水前應先讓儲油罐有充分的時間實現(xiàn)油水分離，然后人工檢水尺確定水的高度估計脫水所需的時間，打開切水器進行脫水作業(yè)。為了確保安全，在脫水過程中操作人員不得離開現(xiàn)場。④脫水完畢后必須關閉脫水出口閥門，從而保證因切水器在突然損壞而失去控制功能的情況下不至于發(fā)生跑油事故。⑤正常使用操作中應根據(jù)油罐水的含量，人工開啟脫水出口閥門進行脫水作業(yè)，當脫水完畢而罐內(nèi)暫時又不再進油時應關閉脫水出口閥門；⑥對液化氣罐進行脫水作業(yè)時建議采用人工與切水器相結(jié)合的辦法。當水位達到一定高度時人工開啟脫水出口閥門進行脫水，當水的界面降低到一定值時關閉切水器脫水出口閥門，這樣即能避免因人為的忽視或誤操作造成液化氣的泄漏，又能降低勞動強度。

5 切水器檢查內(nèi)容

按照切水器的工作環(huán)境進行月度、年度檢查；年度檢查每年進行一次全面的檢查，切水器投用第一年必須進行首次全面的檢查；如果發(fā)現(xiàn)嚴重的缺陷應向廠家提出更換。切水器的檢查應包括如下幾項：①波紋管和彈簧是否腐蝕；②所有法蘭的密封部位，是否有滲漏；③浮球（桶）上是否殘留有豐厚油垢；④在輸油前，檢查油罐是否還有積水；⑤切水流量是否正常、切水是否帶油；⑥當水排凈，油進入時、切水器切水閥門是否能關閉。

6 結(jié)語

正確地選擇設計以及合理地安裝切水器是關系到今后其能否正常、有效運行的一項重要工作。正確地理解切水器的工作原理和操作中應該注意的事項，是切水器能否正確、安全使用的前提；同時也為今后切水器的維修、增設安裝提供較為科學、可靠的依據(jù)，只有這樣才能使切水器發(fā)揮其應有的功效，達到預期的使用效果。

[1] 夏寶良.油罐自動切水器安裝問題的探討[J].金陵科技，2003，（4）：29-31.

[2] 袁恩熙.工程流體力學[M].北京：石油工業(yè)出版社，1986.

Design and Application of Automatic Water Cutter in Oil Tank Area

Hu Hua-gui

TE972

B

1003–6490（2017）09–0169–03

2017–06–28

胡華貴（1983—），男，江西上饒人，工程師，主要從事化工水處理及儲運工作。