新型船用净油装置的研究与应用

袁先德，周圣兵，邓 磊

(92339部队，广东 湛江 524005)

新型船用净油装置的研究与应用

袁先德，周圣兵，邓 磊

(92339部队，广东 湛江 524005)

文章基于非均相液-液聚结分离理论，研制了一套适合于船舶使用的新型聚结分离式净油机样机。该样机由过滤系统、聚结系统、分离系统、排水系统等组成。该装置集油液精密分离及高效脱水于一体，能有效清除油液中的颗粒及乳化水、游离水，且体积小、能耗低、振动小、寿命长。主要部件进行了防爆和自动控制设计，能够实现连续运行和无人值守运行。研制成功的新型净油装置可完全胜任繁杂的净油需求，还能节省宝贵的船舶空间和能量。

净油装置；聚结分离；油水分离

船用主、辅动力机械需要清洁的滑油和燃油。滑油中混入水分，会稀释油膜而降低润滑能力，严重时会导致滑油乳化变质造成干摩擦，还会损耗添加剂、造成机械运动腐蚀磨损加剧，甚至损坏机械。燃油中混入水分则会使油品质下降导致燃烧不正常、堵塞过滤器，严重时会造成高压油泵、喷油器卡滞甚至突然停机，危害船舶生命力[1]。目前船舶上多使用离心式净油机，存在体积大、结构复杂、操作繁琐、故障率和能耗高、分离效率和精度低等问题[2-4]。

随着船舶对油过滤量和清洁度的要求日益升级，现有的离心式分离装置已难以满足要求。针对研发现状和船舶上使用环境和过滤介质的要求，笔者研制出一套自动化程度较高且兼顾高可靠性要求的船舶用聚结分离式净油装置。

1 总体思路及工作原理

聚结分离式净油装置的总体框图如图1所示，其工作原理如图2所示。

图1 聚结分离式净油装置总体框图

需要净化的油液首先流经前级过滤器，可以过滤掉油液中较粗的颗粒污染物，保护泵的安全运行。之后，油液进入净油机内部的聚结分离器，先进入聚结滤芯，由里到外穿过滤芯，油液破乳，微水滴聚结成大水珠，同时过滤颗粒污染物，然后流向分离滤芯。在流向分离滤芯的过程中，较大的水珠借重力下沉进入集水槽，小水珠随油液一起流向分离滤芯。分离滤芯能阻挡水通过，小水珠在此碰撞结合成大水珠，再次沉降到集水槽中，达到脱水目的。最后，经过聚结脱水处理后的油液进入到精过滤器中再次进行过滤，滤除油液中细小一点的颗粒污染物，从而得到洁净的油液。

图2 聚结分离式净油装置工作原理图

2 结构设计及系统组成

聚结分离式净油机由吸油过滤器、油泵系统、保护过滤器、聚结分离器、精过滤器、防爆子系统、排水子系统和显示子系统组成。设计研制中充分考虑到各个环节，在满足精密分离、过滤、高效脱水和自动控制的基础上加强防爆和密封性等可靠性设计。由于该设备管道、容器和标准件较多，为了有效利用空间和合理布置位置，设计时根据各分部件的外形尺寸进行三维优化设计计算，最终设计的聚结分离式净油装置如图3所示。

图3 聚结分离式净油装置

聚结分离式净油机核心部件是其内部安装有2种不同功能的滤芯：聚结滤芯和分离滤芯。当油液流经净油机时，在其内部经历过滤、聚结、沉降、分离4个过程阶段，实现滤除颗粒污染物、脱出水分的功能。

2.1 过滤系统

过滤系统由1个吸油过滤器和2个串联的保护过滤器和精过滤器组成：吸油过滤器用以保护油泵，可重复使用；保护过滤器选用22 μm的滤芯，可满足聚结分离滤芯对油品的需求；精过滤器选用5 μm的滤芯，能满足精度要求极高的需求。精过滤器采用通用结构，选用EPE高分子纤维材料制成。

油液首先流经吸油过滤器，通过其滤芯由表及里、沿流动方向逐渐缩小的渐变孔隙结构，分层拦截不同尺寸的污染颗粒，起到保护油泵的作用，并最大限度地提高滤芯的使用寿命及过滤效率。之后油液进入到中继的保护过滤器进一步过滤，最后经过聚结脱水处理后进入精过滤器中再次进行过滤，以保证回收得到的油液清洁度达到设计指标。

2.2 聚结系统

聚结滤芯由破乳、聚结、分离3层组成，介质流经聚结滤芯时，乳化油液由破乳层破除，非油品成分的游离态液态物质和乳化水聚结成大液滴。

油液流经中继的保护过滤器后，进入到聚结分离器内的聚结滤芯破乳聚结层。由于聚结滤芯材料独特的极性分子的作用，油液中的游离水以及乳化水在通过滤芯进行破乳后，将油液中微小的、游离的乳化水聚结成为较大的水滴，由于重力作用下沉至储水罐内。

2.3 分离系统

通过聚结滤芯后的油液将进入位于上方的分离滤芯，在此之前，由于重力作用，油液中较大的水珠已在重力的作用下沉降到容器的下面。但是仍有尺寸较小的水珠在惯性的作用下随同油液向上直到分离滤芯处。分离滤芯由特殊的疏水材料制成，在油液通过分离滤芯时，水珠被挡在滤芯的外面，油液则进入滤芯并最终从出液口排出。挡在滤芯外面的水珠经过相互聚集，尺寸逐渐增大，进而由于重力原因而沉降到容器下部的储水罐中。

2.4 排水系统

分离出来的水分储存在储水罐中，油水界面可以被界面计测量出来，当界面高度达到设定的上限数值时，储水罐下部的电磁阀就会开启，积水通过放水口排出。

3 试验结果

聚结分离式净油机样机研制成功后，对其进行了一系列相关的试验项目，包括：8 h运行试验、0.7 MPa的高压密封性试验、噪声试验、0.5 MPa的压力试验、-0.07 MPa的真空压力试验、自动排水试验、48 h的连续运行试验等。试验结果表明：该样机能有效地清除油液中的颗粒杂质及乳化水、游离水，最高可处理的水含量可达15%。经过过滤脱水后的油液,油液中水含量可低至100 mg/kg。能破除介质中的全部油水乳化结构,根据所选滤芯的型号,可将介质的清洁度稳定地控制在设计要求状态。其具有过滤精度高、纳污容量大、滤芯使用寿命长、脱水效率高的优点。不需要抽真空和高速离心，能耗低、操作使用方便，费用低。另外，根据用户的要求进行防爆设计，大大提高了产品的可靠性和性能。

4 结束语

基于非均相液-液聚结分离理论，研制了一套适合于船舶使用的新型聚结分离式净油机样机。该装置可破除介质中的油水乳化结构，效率较高，单位体积处理能力要比离心分离机高50%以上，不仅能满足精密过滤及高效脱水的要求，而且在可靠性方面也有较强的保障。今后可以对其系统进一步改进，从而扩大净油机的适用范围，布局和结构尺寸还可进一步优化。该装置推广应用前景较好，具有很大的发展潜力。

[1] 周景东．一种新型油水分离装置的研制与应用[J]．工业用水与废水，2009(2)：76-80．

[2] 李成．一种高效污油水处理装置[J]．中国修船，1999(6)：16-17．

[3] 吴晓阳．船舶油水分离器的使用与维护分析[J]．装备制造技术，2015(4)：31-33．

[4] 许永信．船用立式油水分离器分离性能的数值模拟与分析[D].大连：大连海事大学，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，湖南宁乡人，高级工程师，大学本科，主要从事装备维修管理工作。

U664

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.04.008

2016-04-06