黃進(jìn)明，趙慶軍，劉 昕

(中國(guó)衛(wèi)星海上測(cè)控部，江蘇江陰 214431)

某船使用的某型油水分離器在實(shí)際的使用過(guò)程中，逐漸暴露出污油艙容積過(guò)小 (污油艙容積只有6.607 m3)、污油艙污油水分含量過(guò)高等不合理的現(xiàn)象。由于污油具有易揮發(fā)、易燃、易爆等特點(diǎn)，處理不當(dāng)極易導(dǎo)致嚴(yán)重后果。因此，改進(jìn)油水分離器排污油系統(tǒng)，消除污油的安全隱患，達(dá)到排污油的合理化、科學(xué)化，更好地減少環(huán)境污染、保護(hù)船舶安全，變得非常緊迫。

1 油水分離器工作原理、作用

該型油水分離器為全自動(dòng)運(yùn)行設(shè)計(jì)，設(shè)備結(jié)構(gòu)上主要由重力沉淀柜T1、過(guò)濾吸附柜T2和T33個(gè)艙底水分離處理柜組成，該裝置主要由機(jī)械分離法、過(guò)濾分離法、吸附分離法相結(jié)合的方法［1］，經(jīng)過(guò)3級(jí)分離處理后的污油能夠達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)最佳的效果。

如圖1所示，含油艙底水由A點(diǎn)經(jīng)前置油水分離器泵抽吸進(jìn)入第一級(jí)處理柜，進(jìn)入第一級(jí)處理柜的油水，通過(guò)阻滯板式結(jié)構(gòu)流動(dòng)減速，不僅能增加油滴相互碰撞的機(jī)會(huì)，還可使較輕油液向集油室匯聚集中，在此結(jié)構(gòu)中，細(xì)小油滴經(jīng)過(guò)阻滯板聚集成大油滴，并沿著阻滯板上升至集油室。此級(jí)主要是大油滴及乳化油的處理排放，已校驗(yàn)好的油傳感器CT03通過(guò)氣動(dòng)閥實(shí)現(xiàn)污油的自動(dòng)排放。

經(jīng)第一級(jí)處理后的已經(jīng)只含有少量的各種形式污油的艙底水，進(jìn)入第二、三級(jí)過(guò)濾吸附柜，含油污水通過(guò)多孔性過(guò)濾元件，多孔性過(guò)濾元件將油擋住而讓水通過(guò)。同時(shí)，使小油滴聚合成大油滴上浮，除此之外，該多孔性吸附材料能直接吸附含油污的小顆粒而達(dá)到油水分離的目的，此級(jí)中剩余的少量乳化油也能得到徹底的處理，聚集在柜頂?shù)奈塾屯ㄟ^(guò)電磁閥V02、V03實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排放。

經(jīng)上述處理分離后的排出水被取樣至油分濃度計(jì)分析，如油分濃度超過(guò)15 mg/L，排船外電磁閥V04自動(dòng)關(guān)閉，排水通過(guò)電磁閥V05直接回流至艙底 水艙，同時(shí)發(fā)生報(bào)警引起工作人員的注意。

圖1 油水分離器原理圖

2 油水分離器排污油系統(tǒng)現(xiàn)狀

機(jī)艙艙底水的污油來(lái)源主要有:①滑油濾器清潔過(guò)程中，泄漏進(jìn)艙底的滑油;②清洗濾器、零件過(guò)程中廢油，在導(dǎo)入污油艙過(guò)程中由于操作不慎進(jìn)入艙底的燃油;③滑油機(jī)帶泵、滑油備用泵以及滑油預(yù)供油泵在使用過(guò)程中，由于接頭墊片密封原因漏入機(jī)艙的滑油;④油類管道中各接頭、傳感器安裝部位由于密封性差，泄漏入艙底的油;⑤由于管道老化破裂或者人員誤操作引起的其它泄漏油。污油的存在除了給環(huán)保帶來(lái)威脅外，也給機(jī)艙帶來(lái)很大的安全隱患，因此必須按照法律規(guī)定及時(shí)有效地對(duì)含污油艙底水進(jìn)行處理，把仍具有經(jīng)濟(jì)效益的污油收集起來(lái)，把處理合格的艙底水排放到環(huán)境中。

某型污油水分離器分離出來(lái)的污油含水量較高，含水量常常達(dá)到75%，另外，如圖1在油水分離器B點(diǎn)污油口能流入污油艙的污油只有6.607 m3，存污油的能力較弱，使污油艙發(fā)生滿艙的概率變大。在2009年初，甚至發(fā)生過(guò)一次滿艙溢流的事故，幸好值班人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)，才避免了污油大量外泄的嚴(yán)重后果。發(fā)生污油艙滿的事故后，為避免污油艙滿，該排污油系統(tǒng)通過(guò)不讓B點(diǎn)流回污油艙的方法，將管路中B點(diǎn)出口的法蘭打開(kāi)，讓分離出來(lái)的污油直接流入艙底水艙，這種方法導(dǎo)致了機(jī)艙環(huán)境的再次污染，延長(zhǎng)了油水分離裝置的使用時(shí)間，并且增加了機(jī)艙的安全隱患，因此此方法只能作為暫時(shí)的應(yīng)急方法，為徹底消除隱患，必須對(duì)污油水分離器排污油系統(tǒng)進(jìn)行改造。

3 排污油系統(tǒng)的改進(jìn)

污油水分離器污排油系統(tǒng)的改造主要遵循原則是經(jīng)濟(jì)實(shí)用、綜合治理，經(jīng)過(guò)論證分析，主要綜合應(yīng)用了加裝雙電極分離柜和增加備用污油艙兩種可行性方案，對(duì)污油水分離器排污油系統(tǒng)進(jìn)行了綜合改造。

3.1 加裝雙電極分離柜

針對(duì)原污油水分離裝置處理后的污油中含水量過(guò)高的問(wèn)題，采用增加一雙電極分離柜對(duì)原油水分離裝置處理后的污油進(jìn)行再次分離，使污油中油的含量增加到80%以上。

如圖2所示，設(shè)計(jì)獨(dú)立的分離柜，由雙電極式檢測(cè)器［2］來(lái)實(shí)現(xiàn)從B點(diǎn)排出污油的再次精確分離，其具體工作原理如圖3:在原系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加1個(gè)獨(dú)立的分離柜，分離柜上設(shè)有2個(gè)檢測(cè)電極X1和X2分別置于油水分界面控制范圍的上限和下限位置，且分離柜的筒體接地。根據(jù)油、水溶液導(dǎo)電性質(zhì)不同的原理，通過(guò)檢測(cè)油水分界面的高低位置，來(lái)控制排油閥、排水閥的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。

圖2 分離柜系統(tǒng)示意圖

圖3 控制箱電路原理圖

當(dāng)油水分界面高于電極X1時(shí)，電極X1和X2都浸在水溶液中，由于水中含有氯離子、鈉離子、鉀離子等導(dǎo)電離子，電極X1和X2對(duì)地均成通路，所以晶體管Q2導(dǎo)通、Q1截止，繼電器K1斷電不動(dòng)作，電磁閥V42斷電關(guān)閉，不能進(jìn)行排油，由于晶體管Q2導(dǎo)通，繼電器K2動(dòng)作，常開(kāi)觸頭K21閉合，電控氣動(dòng)排水閥V43打開(kāi)向艙底水艙排水，同時(shí)指示燈H3亮。

當(dāng)油水分界面低于電極X1、高于電極X2時(shí)，X1浸在油中，油幾乎是不導(dǎo)電的，所以X1對(duì)地處于斷路狀態(tài)，電極X2浸在水中，是一種電解質(zhì)溶液，能夠?qū)щ姡姌OX2對(duì)地成通路，所以晶體管Q2導(dǎo)通、Q1截止，繼電器K1斷電不動(dòng)作，電磁閥V42斷電關(guān)閉，不能進(jìn)行排油。此時(shí)由于晶體管Q2導(dǎo)通，繼電器K2動(dòng)作，常開(kāi)觸頭K21閉合，電控氣動(dòng)排水閥V43打開(kāi)向艙底水艙排水，同時(shí)指示燈H3亮。

當(dāng)油水分界面低于電極X2時(shí)，電極X1、X2均處于油溶液中，由于油幾乎是不導(dǎo)電的，所以此時(shí)電極X1和X2對(duì)地均為斷路，晶體管Q2截止、Q1導(dǎo)通，繼電器K1通電動(dòng)作，其常閉觸頭K11斷開(kāi)，常開(kāi)觸頭K12閉合，電磁閥V42通電打開(kāi)，開(kāi)始向污油艙排油，同時(shí)指示燈H2亮;繼電器K2不動(dòng)作，電控氣動(dòng)排水閥V43不排水，同時(shí)指示燈H3熄滅。

隨著污油的排出，油水分界面又會(huì)逐漸上升，當(dāng)油水分界面接觸或超過(guò)電極X2時(shí)，X2對(duì)地構(gòu)成通路，但因?yàn)镵1是斷開(kāi)的，所以Q2保持截止、Q1保持導(dǎo)通狀態(tài)，繼續(xù)排油，直到油水分界面升高到電極X1時(shí)，X1對(duì)地構(gòu)成通路，使晶體管Q2導(dǎo)通、Q1截止，繼電器K1斷電，其常閉觸點(diǎn)K11閉合、常開(kāi)觸頭K12斷開(kāi)，電磁閥V42斷電關(guān)閉停止排油，指示燈H2熄滅，以后重復(fù)上述動(dòng)作。Ts是應(yīng)急排泄閥按鈕，在應(yīng)急的情況下可手動(dòng)操作此按鈕令排水電磁閥通電動(dòng)作向艙底水排水，便于放殘清洗用;其中V41為污油進(jìn)口截止閥，V42為污油排出口電磁閥，V44為安全閥，V45為系統(tǒng)放氣閥，在系統(tǒng)開(kāi)始工作前應(yīng)打開(kāi)V45把分離瓶中的氣體排出。

經(jīng)過(guò)上述設(shè)計(jì)柜的工作原理可知，加裝獨(dú)立分離桶有效地減少了原系統(tǒng)存在的污油含水量過(guò)高的問(wèn)題，一方面節(jié)約了污油艙寶貴的容積、減少了污染;另一方面，由于污油純度提高，增加了利用的價(jià)值，可以帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 增加備用污油艙

原油水分離器排污油系統(tǒng)的另外一個(gè)主要不足是污油艙容積較小，存放的污油較少，為克服這個(gè)缺點(diǎn)，應(yīng)該增大污油艙的容積，但污油艙的容積在船舶建造時(shí)就已經(jīng)確定，因此不能進(jìn)行改動(dòng)，否則會(huì)影響船舶的強(qiáng)度［3］，而只能在原污油艙基礎(chǔ)上尋找其它艙室作為備用。

圖4為主機(jī)艙各艙的布置圖，主機(jī)艙共有各類艙室13個(gè)，其中1#、2#為滑油循環(huán)艙，1#、2#滑油儲(chǔ)存艙為主機(jī)專用艙，其對(duì)油質(zhì)要求較高，不能它用。滑油泄放艙、燃油泄放艙和溢流艙中的油比較干凈，可以進(jìn)行再利用，因此該3個(gè)艙均不能作為污油艙的備用。燃油、滑油油渣艙是分油機(jī)排渣專用艙，在海上分油機(jī)是24 h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，屬于關(guān)鍵輔助設(shè)備，其設(shè)計(jì)只能滿足分油機(jī)的需要，且油渣艙離油水分離裝置較遠(yuǎn)，因此不宜把其改造成污油艙備用艙。分離艙容積16.67 m3，在船舶設(shè)計(jì)時(shí)分離艙作為分油機(jī)分離油源頭之一，其儲(chǔ)存的往往是設(shè)備清洗油、渣，油含量較高，但都是污油，在實(shí)際使用中，為延長(zhǎng)分油機(jī)的壽命，往往不對(duì)分離艙中的油進(jìn)行分離。由于分離艙存儲(chǔ)的是污油，且分離艙容積較大，單個(gè)分離艙容積達(dá)到16.67 m3，綜合考慮主機(jī)艙的實(shí)際概況，選取分離艙作為污油艙的備用。

圖4 主機(jī)艙各艙布置圖

具體的改造方案如圖5所示，把1#、2#分離艙和污油艙并聯(lián)，由于2#分離艙距離污油艙近，把其作為污油艙的第一備用艙，1#分離艙作為第二備用艙，在正常狀況下分離柜出來(lái)的污油通過(guò)截止閥V46進(jìn)入污油艙，當(dāng)污油艙存滿時(shí)打開(kāi)截止閥V47、關(guān)閉閥V46，分離柜出來(lái)的污油進(jìn)入2#分離艙，如果2#分離艙存滿，應(yīng)打開(kāi)截止閥V48、關(guān)閉閥V46和V47，此時(shí)分離柜排出的污油進(jìn)入1#分離艙。通過(guò)上述改造，船舶潛在的污油存儲(chǔ)能力將達(dá)到39.95 m3，能充分滿足該船存儲(chǔ)污油的需要。

圖5 油水分離系統(tǒng)改造圖

4 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，加裝雙電極控制的分離柜和增加備用油艙的改進(jìn)方案具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、操作保養(yǎng)方便等優(yōu)點(diǎn)，能較好地消除原污油水分離器排污油系統(tǒng)污油艙容積小、污油中含水量高的缺點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，對(duì)存在類似情況的船舶具有一定的借鑒意義。

［1］牛國(guó)新，王育欣，姜國(guó)強(qiáng).油水分離控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用 ［J］.裝備制造技術(shù)，2008(3):48，59.

［2］張宗杰.動(dòng)力機(jī)械及其系統(tǒng)電子控制［M］.武漢:華中科技大學(xué)出版社，2009.

［3］楊澤宇.輪機(jī)自動(dòng)化［M］.哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社，2006.