油罐智能切水器的研究现状.doc

油罐智能切水器的研究现状 　　摘 要：本文以四种典型的切水器为例，通过对比和分析四种切水器的工作原理和关键技术，系统介绍了切水器的研究发展现状，并提出了智能切水器近期发展中所存在的问题和改善建议。 　　关键词：油罐切水器；自动化；工作原理 　　DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.233 　　1 引言 　　在石油化工行业中，存放在储油罐中的油品并不是纯净的，在生产过程中会混入一些水和杂质。但为了得到工业所需要的高质量油品，必须将储油罐内的明水切除到国家规定标准[1]。石化企业中，一般采用沉降法将油品和水分离，根据两者密度不同，被分离的水处在储油罐的下层，油品处在油罐的上层。但是企业最终需要的是拥有一定高纯度的油品，那么将储油罐底层的水切出去就成了一个急需解决的问题。 　　2 智能切水器的研究现状 　　随着科学技术的发展，市场上逐渐出现可以代替人工切水的切水器。这是石油化工工业的生产技术和生产自动化发展的一个重要里程碑。当前应用较多的油罐切水器主要有缓冲罐式和管道式两种结构类型。 　　2.1 缓冲罐式自动切水器 　　根据缓冲罐式切水器工作原理和自动化程度的差别，可将其分为：杠杆式自动切水器、直浮式自动切水器及机电式自动切水器。 　　2.1.1 杠杆式自动切水器 　　由于早期国内技术水平落后，技术人员研发出的切水器只是通过机械结构上的改变，让其实现自动切水的目的，自动化程度不高。最早出现的杠杆式自动切水器就是其中典型，如图1所示，缓冲罐内浮体与外部压力平衡室连通，以油水混合液的重力为动力源（无外加动力源），根据油水在容器内部的压强和缓冲罐内部油、水介质的密度差，采用高灵敏度的杠杆原理，通过无背压阀门开启和关闭，从而实现切水截油的目的。但杠杆式自动切水器工作一段时间后，如连接轴，复位弹簧等切水器内部零部件，受油品中硫、腊、氯、酸等物质的腐蚀和粘附，造成机械结构运动阻力增大，出现工作准静止状态，导致“跑、冒、滴、漏”等情况会越来越严重，以致不能工作。 　　2.1.2直浮式自动切水器 　　为改善杠杆式自动切水器的缺陷，有关技术人员在其结构基础上进行改进，设计出直浮式自动切水器，如图2所示，用浮桶替代杠杆，当缓冲罐内水较少时，浮桶产生的浮力不足以将浮桶和阀头浮起，则出水口被阀头堵死，当缓冲罐内水位上升到一定高度时，浮桶产生的浮力将浮桶和阀头浮起，从而缓冲罐内明水由出水口流出实现切水。随着缓冲罐内油水分界面的下降，浮桶则因其随之渐渐下沉，当下沉到一定高度时，浮桶下方的阀头又落在出水口内，将其堵死，则切水停止。 　　直浮式自动切水器不采用任何机械转换方式，浮力直接垂直作用于阀口，没有任何“轴”、“杠杆”、“弹簧”等机械零件，从而避免了因这些零件带来的机械故障，也解决了因为零件磨损、变形、老化等造成的跑油事故。 　　虽然直浮式自动切水器可以基本实现切水要求，但其本质跟杠杆式切水器一样，还只停留在机械式切水，自动化程度不高，因此存在以下不足： 　　（1）通过机械结构装置进行单独操作对于拥有多个储油罐区的炼化厂来说，不便集中管理和远程控制； 　　（2）切水含油量易超标； 　　（3）机械装置密封不严易跑油； 　　（4）对原油切水的适应性差。 　　2.1.3 机电式自动切水器 　　针对机械式切水所存在的缺陷，相继研发出机电一体化式自动切水器，如图3所示。在机械式自动切水器的基础上，加上微波探头或超声波探头和电子控制系统，实现双重保险，防止跑油现象，并可远程控制，易集中管理。当缓冲罐内的水位到一定高度时，根据液体在缓冲罐内部的压强和油水介质之间的密度差，产生浮力，利用杠杆原理，控制无背压阀门打开；同时，通过探头检测油水界面来判断缓冲罐内部的水量过大，将信号传递给电子控制系统，实现自动控制阀打开。只有满足上述两者的条件，才可正常切水作业。同样，当水位下降到一定值以下时，自动控制阀和无背压阀就关闭，停止切水。 　　通过以上分析可发现，杠杆式、直浮式及机电式自动切水器都存在以下缺陷： 　　（1）对原油等重质油的适应性差。重质油与水之间的密度差较小，通过油、水介质之间的密度差，不能获得足够的浮力去操作阀门的开闭来进行切水；而且原油容易使机械结构失效； 　　（2）切水效率低。机械式自动切水器需要缓冲罐对油水进行缓冲、沉降后，形成稳定明显的油水分界面，才可开始切水工作，切水连续性差。 　　2.2 管道式智能切水器 　　石油化工工业中，如何对像原油这类重质油进行切水作业和加快切水效率是企业急需解决的问题。智能切水器成为研制的主要方向，其中应用效果最佳的就是管道式智能切水器，如图4所示，采用液柱谐振的原理，安装在管道中的传感器根据油水介质之间介电常数或粘度等参数的不同，检测