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(qiáng)

（河鋼集團(tuán)邯鋼公司能源中心，河北邯鄲 056015）

1 密封油循環(huán)系統(tǒng)

邯鋼東區(qū)12 萬m3曼型煤氣柜建于2000 年，柜體為正20邊形結(jié)構(gòu)，主要有側(cè)板、柜頂、底板及活塞四部分。活塞底面沿周邊設(shè)有油溝，油溝內(nèi)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(nèi)保持一定油位，使其油壓大于活塞下部?jī)?chǔ)氣壓力來實(shí)現(xiàn)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(gè)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(nèi)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(cè)板上部的預(yù)備油箱內(nèi)。密封油再?gòu)念A(yù)備油箱的溢流孔流入柜內(nèi)，沿側(cè)板內(nèi)壁流入活塞油溝，再經(jīng)過活塞密封機(jī)構(gòu)沿氣柜內(nèi)壁流入氣柜底部油溝。底部油溝→油水分離器→油上升管→預(yù)備油箱→活塞油溝→底部油溝構(gòu)成了氣柜密封油循環(huán)系統(tǒng)。

2 油水分離器及異常現(xiàn)象

2.1 油水分離器設(shè)備結(jié)構(gòu)

油水分離器的主要作用有兩個(gè)：一是對(duì)進(jìn)入油泵站的油水混合物進(jìn)行油、水分離，二是通過油泵將密封油輸送至柜頂?shù)膫溆糜拖洹?/p>

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(jù)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?jī)煞N介質(zhì)的密度差進(jìn)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(shè)有油位調(diào)節(jié)裝置，可人為調(diào)整其高度，油位調(diào)節(jié)裝置的一個(gè)重要功能是調(diào)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(diào)整Ⅰa 艙溢流至Ⅰb 艙油面的高度，就能達(dá)到調(diào)節(jié)柜底油溝的目的。油位調(diào)節(jié)裝置的另一重要功能是實(shí)現(xiàn)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(jīng)由油位調(diào)節(jié)裝置的內(nèi)套管送入Ⅰc 艙，Ⅰa 艙下部的油溢流入油位調(diào)節(jié)裝置的外套管進(jìn)入Ⅰb艙下部后再溢流至油室Ⅱ室。

圖1 油水分離器結(jié)構(gòu)示意圖（1）

圖2 油水分離器結(jié)構(gòu)示意圖（2）（A-A斷面）

圖3 油水分離器結(jié)構(gòu)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(jīng)過水封流入該室，因?yàn)棰馻艙有煤氣壓力。

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

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

Ⅲ室后配有的2 臺(tái)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(tái)油泵啟動(dòng)，如果發(fā)生兩臺(tái)油泵同時(shí)啟動(dòng)，應(yīng)及時(shí)查找原因并進(jìn)行處理。

2.2 異常現(xiàn)象

巡檢發(fā)現(xiàn)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(duì)油水分離器油位調(diào)節(jié)器上、下調(diào)整都沒有效果，隨后將油水分離器進(jìn)油和進(jìn)水閥門暫時(shí)關(guān)閉，該油水分離器暫停運(yùn)行，氣柜保留三個(gè)油泵房運(yùn)行，重點(diǎn)關(guān)注氣柜活塞油位變化情況。

3 原因分析及處理

3.1 油位調(diào)節(jié)裝置工作機(jī)理

如圖2 所示，在Ⅰa 艙排水管的下口內(nèi)、外的同一水平面上取A,B兩點(diǎn)，

A點(diǎn)處的壓力為：PA＝p煤氣+ρWg(h1W+h2W)（1）

B點(diǎn)處的壓力為：PB＝p煤氣+ρVgh1W+ρ0gh2O（2）

在Ⅰa 內(nèi)水面不升高，A、B 處壓力的壓力應(yīng)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(nèi)煤氣壓力，Pa；

ρW——水的密度，取1.0×103kg/m3；

g——重力常數(shù)，取9.8 N/kg；

h1W——A、B 處所在位置以上至Ⅰa 艙內(nèi)油水分界面的水層高度，m；

h2W——Ⅰa內(nèi)油水分界面以上排水管內(nèi)的水層高度，m；

h2O——Ⅰa 內(nèi)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(jiǎn)化整理得：

ρWg h2W＝ρ0gh2O（4）

即h2W＝0.9h2O

因 h2W-h2O＝d （5）

式中：d——排水管內(nèi)徑，為0.04 m。

將式（5）代入式（4），

整理得：h2O=10d，h2W=9d；

所以，在A點(diǎn)和B點(diǎn)壓力平衡時(shí)，Ⅰa艙（油流入艙）的油層高度為h2O定值，其高度為油位調(diào)節(jié)裝置排水管內(nèi)管直徑（0.04 m）的10 倍，與柜底油位的高低無關(guān)。

油水分離器在運(yùn)行中，Ⅰa 艙內(nèi)水面會(huì)因冷凝水不斷增多而升高時(shí)，（2）式中ρVgh1W的增加，B 點(diǎn)的壓力就大于A點(diǎn)的壓力，PB＞PA水就從管外流入管內(nèi)，水通過排水管溢流入Ⅰc 艙，排出油水分離器。當(dāng)h1W增高的水量被排出后，PB＝PA。所以Ⅰa艙（油流入艙）的油位調(diào)節(jié)器內(nèi)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(dāng)Ⅰc 艙排水口有大量的油流出時(shí)，排除油位調(diào)節(jié)器內(nèi)套管發(fā)生腐蝕產(chǎn)生漏點(diǎn)的可能。若發(fā)生腐蝕，會(huì)在排水中夾帶密封油，且泄漏量不會(huì)太大。油水分離器內(nèi)部應(yīng)是原有的壓力平衡發(fā)生了異常變化，現(xiàn)結(jié)合上述的油位調(diào)節(jié)裝置工作機(jī)理對(duì)異常原因進(jìn)一步分析。

造成排水口大量密封油流出，應(yīng)是B 點(diǎn)的壓力PB遠(yuǎn)大于A 點(diǎn)的壓力PA，并且無法再建立壓力平衡，造成B 點(diǎn)處介質(zhì)持續(xù)流向A 點(diǎn)，Ⅰa 艙內(nèi)的水被排凈后，緊接就有大量的油排出時(shí)。

結(jié)合圖2、式（1）、式（2），只有A 點(diǎn)壓力少了煤氣壓力這一部分，

A點(diǎn)處的壓力為：

PA＝ρWg(h1W+h2W)＝ρWg h1W+ρWg h2W

B點(diǎn)處的壓力為：

PB＝p煤氣+ρWgh1W+ρ0gh2O

會(huì)造成PB＞PA

油位調(diào)節(jié)裝置排水管內(nèi)套管頂部氣孔與油水分離器上部的煤氣相通，一旦氣孔發(fā)生堵塞，A點(diǎn)處的壓力就變?yōu)椋篜A＝ρWg (h1W+h2W)＝ρWg h1W+ρWg h2W。A 的壓力持續(xù)小于B 點(diǎn)的壓力，造成Ⅰa 內(nèi)的油夾雜著煤氣源源不斷的通過內(nèi)套管流入Ⅰc艙。

邯鋼12 萬m3曼型煤氣柜儲(chǔ)存的焦?fàn)t煤氣是經(jīng)過氧化鐵干式脫硫塔處理后的。煤氣充柜流量較大時(shí)，會(huì)夾帶氧化鐵脫硫劑進(jìn)入氣柜，脫硫劑經(jīng)水長(zhǎng)時(shí)間浸泡后造成冷凝水含雜質(zhì)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(diào)節(jié)器封蓋上對(duì)應(yīng)套管氣孔部位有絲堵，可在關(guān)閉油水分離器進(jìn)油、進(jìn)水閥門后，打開此絲堵，對(duì)氣孔進(jìn)行檢查疏通。經(jīng)過對(duì)12 萬m3氣柜油水分離器上的內(nèi)套管氣孔的檢查，發(fā)現(xiàn)氣孔存在堵塞現(xiàn)象。對(duì)氣孔進(jìn)行了疏通處理后，油水分離器排水恢復(fù)正常。

4 結(jié)語

為避免再出現(xiàn)類似現(xiàn)象，規(guī)定對(duì)氣柜的4 個(gè)油水分離器內(nèi)套管上的氣孔半年檢查疏通一次。為減少冷凝水中的雜質(zhì)，增加了脫硫塔內(nèi)部不銹鋼絲網(wǎng)目數(shù)，以減少煤氣夾帶脫硫劑進(jìn)入氣柜，并對(duì)氣柜底部油溝的水定期更換。