自动切水器在油罐区的设计与应用分析

胡华贵

（神华榆林能源化工有限公司，陕西榆林 719302）

自动切水器在油罐区的设计与应用分析

胡华贵

（神华榆林能源化工有限公司，陕西榆林 719302）

自动切水器起到自动切水、阻油、提高工作效率、降低劳动强度等作用，具有很强的实用性和可观的经济效益。人工脱水不易脱尽油罐中的水，还易造成带油、跑油等事故的发生。采用自动切水器可以连续、自动地脱去油罐中的水。应用流体力学的基本知识对其工作原理进行理论分析；结合进水管是否采用虹吸安装的形式，对其安装形式、原则、安装方式进行说明；同时结合某煤制油化工企业所采用自动切水器的型号，对其所适用的范围进行探讨，对其操作要点提出几点建议，并对其日常使用、操作和维护所应注意的几点事项进行说明。

切水器；原理；安装；操作要点

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

随着石油化工工业的飞速发展，现代炼油、化工自动化水平也在不断是提高，自动化的应用不仅可以节约人力成本，提高工作效率，降低劳动者的工作强度，更重要的是可以保证设备长期、安全、稳定的运行，减少储罐区中跑、冒、滴、漏等现象，减少事故发生，对环境保护和企业的经济效益都有着显著的效果。油罐区中油罐脱水作业是炼油、化工企业可能发生跑油危险性最大的作业，随着人们环保意识的增强以及国家能源紧缺的现状，安装自动切水器不仅可以避免因为人为的忽视或误操作造成跑油事故的发生；还可以降低劳动强度；同时可以给企业带来可观的经济效益和社会效益。总的来说安装自动切水器有如下几种优点：①减轻操作人员的劳动强度，提高工作效率；②减少因油罐脱水时而发生的油品损失；③减少对环境的污染；④减轻对下游污水处理的除油压力；⑤全天候切水，避免了原料带水或成品带水出厂的质量事故；⑥满足企业QHSE的管理要求；⑦能为企业带来可观的经济、社会效益[1]。例如：某炼油化工企业在运销公司成品罐区安装了60多台自动切水器，不仅减轻了操作人员的劳动强度，更重要的是降低了脱水的含油量从以前2 000mg/L的脱水含油量减少到500mg/L以下，一年从油罐污水中回收油品近千吨，按现行的成品油价格计算可以为企业节省、回收600多万元，经济效益十分可观。

1 自动切水器工作原理、工作过程分析

某煤制油化工企业的商业化运行的煤制油化工装置，其社会效益和经济效益都是非常显著的。作为煤制油化工企业的油品罐区承担着收料、供料、成品油出厂等重大生产任务，怎样才能安全地脱去储油罐中的水分是确保炼油化工装置不冲塔、不发生事故、安全平稳运行、保证成品出厂不出现质量问题的一项非常重要的工作，正确设计、选择并应用切水器是解决此项工作的一个最为有效的途径。

1.1 切水器工作原理

切水器工作原理是利用液体在静止或流速缓慢的状态下利用各组分的密度差异，在重力作用下，较重的组分分离并逐步沉降到底部，再利用不同油品介质与水的密度差产生浮力，并采用杠杆原理，依靠浮筒在油水介质中的浮力差，使浮筒上下运动，通过高灵敏度杠杆系统对获得的浮力差进行倍率放大，实现控制排水阀开启和关闭，从而达到自动运行，并从切水器底部排出，密度较小的油品（含液化气）上浮而被截留下，返回储油罐。

从控制切水方式来分可将自动切水器分为两类：①连机自动控制：利用密度监测仪器通过连机自动控制脱水，如图1；②机械式控制：将密度介于油水之间的浮球（桶）与阀座组合起来是一种对油和水有选择性的“开”和“关”的控制阀，如图2。某煤制油化工企业所选用的切水器均为机械式：液化气罐区选用的型号为YQS-V10-B；其他罐区选用的型号为QS-VXX-Y。其特点是结构简单、配重固定不需调节、安装使用方便、排水量大、回油速度快、自动控制切水、安全可靠等。

图1 WBTS油罐自动切水系统示意图

1.2 切水器工作过程分析

设油的密度为ρ油、水的密度ρ水、油水混合物的密度ρ油、水，同时ρ油<ρ油、水<ρ水。开始进油时油罐和切水器同时充装密度为ρ油、水的油水混合物，设油罐和切水器为两个相互独立的系统，经过t时间的自然沉降分离，油罐底部和切水器底部同时有高度为h1的水层；油罐和切水器顶部为油层。经过Δt时间油罐中水的高度为h+Δh1。此时水的高度将进水管口浸没，由于切水器顶部安装标高低于油罐底部标高及采用虹吸接管的方式，所以进水管此时充满水。

图2 QS-VXX-Y型油罐自动切水器示意图

图3 水平管（不带回油管的安装）安装示意图

由于压力差的存在及各组分密度的差异，切水器中的油品连续不断地通过回油管进入油罐的上部油层（由于采用的是虹吸接管的方式所以油不能从进水管回流入油罐中）。水不断地被存在脱水器中，当水达到一定高度时，对于不同型号的切水器有着不同的控制过程。①对于WBTS型号切水器：上感应器测到水的液面由微机控制打开脱水出口阀门，进行脱水。当油的液面达到下感应器的位置时由微机控制关闭脱水出口阀门。②对于某煤制油化工企业选用的QS-VXX-Y型和YQS-V10-B型：当水达到一定液位时，浮球（桶）因为浮力上浮，带动机构打开脱水出口阀门排水。当水的液位下降到一定高度时，油水混合物或油品所产生浮力不足以浮起浮球（桶）。浮球（桶）下降恢复原位，带动机构关闭脱水出口阀门。如此循环达到自动切水的目的。上述两种型号的切水器工作原理基本相同，但控制方式有所差别。

2 适用范围

1）由理论分析得知，只要当油品的密度ρ油小于水的密度ρ水时，都可以采用自动切水器进行自动脱水作业；

2）当油品的密度和水的密度较为接近时、油品黏度较大时，不易采取机械式自动切水器，因为ρ油与ρ水之间的差值很小时切水器的配重不易调节；

3）对于易形成油包水（W/O）或水包油（O/W）乳化物的石油及石油产品一般不采用，但可以配合破乳装置同时使用；

4）自动切水器较适合于轻质油品及液化气的自动脱水作业。

3 设计安装及应中的注意事项

3.1 设计安装注意事项

正确设计安装自动切水器是保证切水器正常工作的前提，如不能正确地设计安装切水器就有可能起不到自动切水的作用，也不利于正常、方便、安全的操作，自动切水器核心的杠杆系统应选择高灵敏度杠杆系统，保证系统的运行灵敏度和可靠度。

（1）在设计选择自动切水器之前，应充分考虑油品的性质，油水密度差较小、存在油水乳化、杂质较多建议不采用自动切水器；

（2）自动切水器的设计选择应与储罐的设计一并开展，根据不同型式的切水器，设计储罐的排水及回油型式；

（3）安装前，应仔细检查产品的外观和切水阀等主要部件是否有碰撞，以及对产品性能是否有影响，如有上述情况应和厂家联系更换；

（4）安装时应根据油品介质的密度由厂家负责调整配重，以确保切水器正常、高效的工作；

（5）切水器进水管分虹吸安装和平直安装；虹吸安装可以直接从罐壁接入，达到完全切水的目的。平直安装为了保证罐壁的强度及更好地脱尽罐中的水，应采用在罐内加设积水坑并将进水管接入积水坑内。在此建议采用虹吸安装，某煤制油化工企业除球罐外其余全部为直接接在油罐排水管上的虹吸安装方式；

（6）对于采用虹吸安装方式的切水器一定要设有回油管，否则由于油水密度差异及U形弯的存在就起不到回油的作用；

（7）对于采用平直安装的切水器可以不设回油管，设计时储油罐与切水器连接管不能太细，建议设计DN150及以上，连接管必须保证储罐侧比切水器侧要略高，严禁出现接管储罐侧比切水器侧低的情况，严禁出现上袋、下袋配管，如果出现上述情况将会出现不能回油的情况，但仍建议设计加设回油管；

（8）切水器设计安装时，切水器的安装顶部标高必须低于油罐罐底（积水坑）的标高，否则存在油罐底部存水，脱水不干净的现象；

（9）回油管的安装高度必须高于进水管；高差应不小于200mm，回油管不能太细需保证DN50以上，否则不能很好地进行回油；

（10）在切水器进口法兰和油罐排水之间、回油管上分别安装一个小的手动阀，以备检查之用，能够将切水器安全切出；

（11）根据油品的油质，可以在切水器进水口上增加安装过滤器；

（12）切水器应放在平整坚固的平台上；

（13）在设计储罐时，为了保证储罐内的水脱除干净，同时保证切水器的工作效率，建议储油罐设计集水坑；

（14）在北方寒冷地区或油品易冻凝时，设计必须考虑伴热保温措施，考虑到油品的易燃易爆特性不建议选择电伴热，最宜选择热水伴热，特殊要求可以选择蒸汽，但蒸汽尽量选择压力较低的等级，防止切水器的存水及油品沸腾。

3.2 切水器的应用及注意的事项

正确使用切水器，懂得使用中的注意事项，做好切水器维护保养工作。

（1）切水器安装完毕后，关闭出水阀门用水进行排空，使用时打开回油管和进水管上的阀门，水进入桶体，水位升高，对于机械式脱水器有如下过程：浮球（桶）上升，阀门自动打开，开始排水直至罐中积水全部切完，油开始进入桶体，浮球（桶）下降，使阀门自动关闭停止排水，以此往复循环达到自动切水的目的。

（2）安装完毕后，投用时也可以在进油的同时打开回油管和进水管上的阀门，排空的同时进行脱水作业。

（3）对液化气储罐用水进行排空后，使用时打开回油管和进水管上的阀门即可。当用氮气进行置换密封，投用时在进料的同时打开回油管和进水管上的阀门即可；脱水过程如上所述。

（4）在寒冷地区使用应增加伴热线进行保温，当切水器盘管在加热时不允许关闭切水器进水口和回油管上的阀门；

（5）定期检查配重，保证浮球运行正常；

（6）由于石油及石油产品的水中可能含有铁锈等杂质，时间一长会积聚在切水器的底部，影响阀门的开关性能，一般要求3个月后，打开排污阀门排污；

（7）调整好浮球在停止脱水时的位置，保证脱水器底部存有部分明水，形成水封，特别是针对液化气，防止脱水带油带气；

（8）特殊情况还应该要经常排污以保证切水阀的正常工作。

4 操作要点

WBTS型切水器能连机自动控制切水，且装有低油液面感应系统，当油面达到低油液面感应器时系统强制关闭脱水出口阀门，从而阻止了因油界面感应器失灵而造成跑油事故的发生；同时还可以采用多台切水器集中控制，进一步提高了工作效率。某煤制油化工企业采用的自动切水器为机械自动控制型，不易采取连机和集中控制，具有一定的风险性，为了把自动切水作业事故风险降到最低，建议采取以下几点操作来弥补机械式自动切水的不足：①正规操作，经常维护和保养切水器，使其具有长期安全、稳定可靠的工作性能。②巡检时应仔细检查切水器是否有破坏和损伤，如果有异常现象应立即关闭阀门停止作业。③脱水前应先让储油罐有充分的时间实现油水分离，然后人工检水尺确定水的高度估计脱水所需的时间，打开切水器进行脱水作业。为了确保安全，在脱水过程中操作人员不得离开现场。④脱水完毕后必须关闭脱水出口阀门，从而保证因切水器在突然损坏而失去控制功能的情况下不至于发生跑油事故。⑤正常使用操作中应根据油罐水的含量，人工开启脱水出口阀门进行脱水作业，当脱水完毕而罐内暂时又不再进油时应关闭脱水出口阀门；⑥对液化气罐进行脱水作业时建议采用人工与切水器相结合的办法。当水位达到一定高度时人工开启脱水出口阀门进行脱水，当水的界面降低到一定值时关闭切水器脱水出口阀门，这样即能避免因人为的忽视或误操作造成液化气的泄漏，又能降低劳动强度。

5 切水器检查内容

按照切水器的工作环境进行月度、年度检查；年度检查每年进行一次全面的检查，切水器投用第一年必须进行首次全面的检查；如果发现严重的缺陷应向厂家提出更换。切水器的检查应包括如下几项：①波纹管和弹簧是否腐蚀；②所有法兰的密封部位，是否有渗漏；③浮球（桶）上是否残留有丰厚油垢；④在输油前，检查油罐是否还有积水；⑤切水流量是否正常、切水是否带油；⑥当水排净，油进入时、切水器切水阀门是否能关闭。

6 结语

正确地选择设计以及合理地安装切水器是关系到今后其能否正常、有效运行的一项重要工作。正确地理解切水器的工作原理和操作中应该注意的事项，是切水器能否正确、安全使用的前提；同时也为今后切水器的维修、增设安装提供较为科学、可靠的依据，只有这样才能使切水器发挥其应有的功效，达到预期的使用效果。

[1] 夏宝良.油罐自动切水器安装问题的探讨[J].金陵科技，2003，（4）：29-31.

[2] 袁恩熙.工程流体力学[M].北京：石油工业出版社，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

胡华贵（1983—），男，江西上饶人，工程师，主要从事化工水处理及储运工作。