Alfa-laval S系列净油机工作原理及典型故障分析（上）

1、Alfa-laval S系列净油机工作原理及典型故障分析（上）AlfalavalS系列净油机工作原理及典型故障分析(上)中海发展股份有限公司油轮公司耿佳东李成具有120多年历史的ALFALAVAL公司的三大核心技术之一离心分离技术,其产品广泛应用于海运,电力等行业的燃油,润滑油的净化处理,在全球市场中一直走在行业的前列,处于领先地位.传统的离心分油机,在处理不同比重的燃油时,需要选用不同尺寸的比重环才能取得较好的分离效果.对于比重低于960kg/m15的燃油.由于油水界面位置对粘度,流量,温度等的敏感度较小,依靠传统的分油机(purifier),只要选用正确的比重环尺寸即可获得合适的油水界面位

2、置,并取得比较理想的分离效果.随着燃油加工技术的进步和行业的经济性要求.船舶燃油质量越来越差,杂质多,比重增加.若燃油比重超过960kg/m.油水界面位置对上述参数的敏感度就大大增加(见图1),仅靠改变purifier(习惯称为分油机,其实相对clarifier分杂机.称为分水机更合适)比重环尺寸几乎不可能获得合适的油水界面位置.由于分杂机的水处理能力太差,燃油需要经去水处理后才能有效地分杂,为满足燃油净化指标的要求,不得不采用purifier4-clarifier串联方式处理燃油.若燃油比重增加.接近甚至超过传统离心分油机处理能力的比重极限值991kg/m15,比重,粘度,流量和温度等因素对

3、分离效果的影响明显加大.这些不利因素的任何扰动.都可能使油水界面偏离正确位置.传统净油机难以保证有效净化,从而限制了高密度燃油的使用.油水界面位置敏感度互互互薹薹薹歪j透至三二96o99lLOIO图1油水界面位置敏感度随油类比重变化及净油机的适用区ALFALAVAL公司开发出基于ALCAP技术,拥有最新设计理念和多项技术专利的ALFALAVALS系列全自动单级碟片式离心分离净化系统,是第一台能够满足欧洲标准委员会关于燃油处理技术标准(CWA15375)的离心净化系统,可以有效处理比重高达1010kg/m15oC的燃油,具有传统离心分油机无法比拟的性能,很快在全球范围内被广泛采用,主要用于处理高

4、密度燃油.而后,ALFALAVAL公司又在S系列离心分离系统技术平台上向低密度端发展.开发出专门处理低密度的润滑油和柴油等油料的P系列离心分离系统.ALFALAVALS系列净化系统,基于ALCAP概念,其结构和控制系统相对传统净油机做了诸多改进.结构方面,分离筒压盖的锁紧装置,油水界面的确定,排渣排水系统,传动机构等有很大改进,并有多项技术专利;控制系统,控制单元升级为EPC50,并引入分杂机的水分传感器(MT50电容性),水封水及置换水量的精确控制等.S系列净油机通过控制单元EPC50和检测元件MT50及电磁阀,三通转换阀,水气阀组等执行机构,实现对油水界面的调节,燃油的进入与排出,工作水的

5、引入和分离水的排放及排渣等工作环节的控制.lALCAP概念众所周知.传统的离心分油机,可分为分水机和分杂机,各有优缺点:前者水处理能力强,工作中油品损失少,但需要根据燃油比重调节比重环.遇到高比重燃油时无能为力;后者除杂能力强,分水能力差,基本上难以处理含水量高的燃油,而且更重要的是由于分杂机排渣时并不引入置换水,所以无论全空排渣还是部分排渣,其油品损失都很大,经济性差.ALCAP是AlfaLavalClarifierAndPurifier的缩写.顾名思义,基于该技术开发的ALFALAVALS系列离心分离系统将传统分水机,分杂机的技术特点融合为一体,相互取长补短,同时具有分杂机和分水机的技术特

6、性.在原理上,该系统可以看作是分水机和分杂机的串联并偏重于分杂机模式.既有良好的分水性能.又有超强的除杂能力,大大提高了综合分离性能,不但能够处理比重高达1010kg/m的燃料油.而且可以分离出燃油中超过85%的5微米以上的颗粒,做到最大限度地去除水分,催化剂粉末以及其他微粒,是离心分离技术的一大进步.其突出的优点是:?兼有分水机和分杂机的性能.?取消了比重环.油水界面由分界管和水分变送器MT50及排水电磁阀V5联合控制,能够自适应不同比重的燃油.超越了传统分杂机处理燃油比重极限值(0.991kg/m15C).?监测并自动调节,精确控制工作水(密封水,置换水)量,当水分变送器感受到净油中水分增

7、加,即表Alfalavals系列净油机lT作原理及典型故障分析耿佳东李成明净油机对水份和对固体颗粒的分离效率明显下降,EPC50控制单元会及时发出排水指令,从而维持净油机高效运行.?拥有更为紧凑小巧的分离筒,再加上对工作水的精确控制,具有全置换全排空的排渣方式,每个工作循环大大减少了油品损失和工作水消耗,号称油品零损失:处理相同排渣量的置换用水量减小75%,具有分杂机无法比拟的经济性.2ALFALAVALS系列净油机相对于传统净油机的改进ALFAIJAvALS系列净油机相对于传统净油机的改进,主要有排除分离水技术,工作水和排渣技术,采用不锈钢弹簧卡环取代原碳钢螺纹锁环来锁紧分离筒上盖,皮带传动

8、取代蜗轮蜗杆传动等.其中排出分离水技术创立全新理念?,彻底解决了离心分离最大的难题不能分离比重接近甚至超过水的油料.2.1全新的排出分离水技术众所周知,离心分离主要利用不同物质比重不同的性质.在高速旋转的分离筒内形成分界面.传统分油机.用比重环确定分界面的位置.若分离比重接近甚至超过水的油料,比重环就很难确定分界面的位置.(1)分界管(paringtube,见图2)图2分界管是S系列净油机中变化很大的部件.分界管和转动臂通过螺钉连接成一个整体并可以绕C所在的轴转动,功用是给分离水加压,一旦排水阀V5开启即排出分离水.它取代了图3所示原来的”进,出VI管”上部用于排水的分界盘(paringdis

9、c).整个分界管可以看作是能够绕以C所在轴线转动的,水平作用半径可变的单叶片向心泵,沿箭头A方向转动.叶片有效半径减小,反向则为增大.沿A向高速旋转的分离水进入分界管,在管内动能转化为压力能再反向沿箭头B的方向进入到中空的C轴内下行,再图3通过”进,出口管”内的腔室结构上行至出口排出.分界管进口保持与油水分界面一致,像冲浪板浮在波浪上.(2)水分变送器MT50和EPC50ALFALAVALS系列净油机取消了比重环,改用水分变送器MTSO持续检测净油中的水分含量并与设定值比较后发出信号,控制分离水排出只有净化后的燃油中水分超标,才排出分离水.MT50是电容性检测器全程监测净油中的水分含量.其检测

10、原理是利用矿物油与水的介电常数的不同.一般地.矿物油的介电常数为24.而淡水为80.MT50将检测油流的水分含量数据发至EPC50.EPC50根据MT50发来的数据,判断其含水量:?达到允许值上限,打开排水电磁阀排放分离水.?达到或超过Fa23的设定的水分含量上限.发出TransducerValueHigh(变送值高)报警.若MT50的探测值持续偏高且经多次排水还不能有效降低,有两种可能:燃油确实含有大量的水分;或水分变送器MT50被导电性杂质严重污染,会产生比较大的检测误差,进而导致分油机无法正常运行,必须人工清洗变送器.一般情况下.EPC50控制系统能够消除MT50被导电性杂质污染引起的误

11、差,即净油机每次排渣后,下一个分离程序开始的前60秒(Ti67,排渣后达到最低水分的稳定时间.也叫参考时间.此时净油中含水量最低).检测当时的水分含量并储存作为参考值(即每排渣一次.参考值将自动刷新).分离过程中,EPC50始终检测的,实际是净化后燃油的水分含量相对于参考值的变化.允许的变化范围称为触发范围,一般为高出参考值0.02%.水分变送器MT50,在ALCAP概念里占有重要地航海技术2010年第5期位,是维持S系列净油机高效运行的重要保障.(3)排水机构的两种工作状态当净油中水分含量不超标,EPC50保持排水电磁阀关闭不排水.此时,分离水以D轴线为轴,沿箭头A的方向高速旋转.水对叶片开

12、口的冲击作用使分界管沿A向转动(半径减小),而平衡弹簧的作用使分界管往相反(半径增大)方向转动.二者共同作用达到平衡,保持分界管进口始终处于分离水的内表面.当排出的净油水分含量超标,说明油水界面已经接近分离片碟架的外边缘,有水分进入碟片的狭小空间.则EPC50开启排水电磁阀,分离水在分界管的泵压作用下排出.从而油水界面外移远离分离片碟架.当排出的净油中水分有效降低后,EPC50关闭排水电磁阀v5,排水机构恢复工作状态.?控制单元EPC50,水分变送器MT50以及能随分离水表面转动的分界管等联合作用,实现了分离水的有效排出和油水界面的调节.所以不再需要比重环,并且能够自动适应不同比重的油料.从而

13、使得S系列净油机的处理能力大大超越了传统净油机所能承受的油料比重范围.这是S系列净油机高效运行的关键.?分界管取代”进,出口管”结构中的原来排水的分界盘(paringdisc),避免了净油机头部”过热”.S系列净油机在运行中,排水电磁阀V5只是根据EPC50的指令间歇地打开,时间很短,大多时间保持关闭状态.若仍然采用传统的分界盘(完整的向心轮)排出分离水.排水电磁阀V5关闭期间长时间”闷泵”会产生大量的热.而分界管可以看作是从向心轮中取出的一个完整的单叶片空间,并将这个空间缩小为一只具有叶轮弧形的细小管状,既满足了排水的需要,又大大减少了封闭期间因搅拌产生的热量.ALFALAVAL拥有分界管的

14、技术专利.?分界管虽然是一根细小的管子,但具有向心叶片的功能.在高速旋转的液体中能保持足够的压力,当排水电磁阀V5打开时,足以排出分离水.2.2工作水和Centrishoot排渣技术传统的分油机,依靠刚性排渣盆(dischargeslide)的上下滑动关开排渣口:分别由两个电磁阀(v15和V16阀)控制工作水分两路进入配水盘来打开和关闭排渣盆.ALFALAVALS系列分油机,对排渣系统做了重大改进,采用可变形的柔性金属排渣盘取代了早期的活动滑盘.柔性排渣盘的中央由螺帽固定,其四周的薄壁结构在水压作用下可变形,排渣就是通过排渣盆的柔性变形来启闭排渣口.这种称为centrishoot的排渣技术持有

15、国家专利.S系列净油机的配水机构也有很大改进:?控制滑盘(operatingslide)的上移复位不再使用弹簧,而是室4中的工作水压力(见图3);?用于开关盆的工作水,虽然分别由V15和V16两个电磁阀控制,但阀后两路合二为一,经同一管路进入配水盘(operatingwaterring),V15和V16两个电磁阀控制进入配水机构的水量不同,分别起到开盆和关盆的作用(见图4).operatmgwaternng图4S系列净油机工作之前,配水机构必须先获得一个初始状态即系统启动时,无论是有水流量校验的启动还是无水流量校验的启动,净油机转速,油温,油压等参数满足预定范围后,系统必须先执行一次排渣动作,

16、(Ti60时间内,电磁阀V15打开3秒).这是很关键的一步,目的有二:?清空分离筒(如果上次是失电,应急等非正常停止,会造成分离筒内留有残油).?为后面的关闭动作提供必要的工作水,即空间4中充满水(见图4),否则后续的水流量校验或者燃油净化程序都无法进行.经工作水泄放时间(Ti61,15秒)之后稳定的状态是:空间3通过通道lO放空,空间5中的水通过nozzle(喷嘴)放空,operatingslide(控制滑盘)在水静压力(空间4)的作用下上移,则valveplug(阀塞)关闭泄放El10,dischargeslide(渣盘)处于自由状态,排渣口开启.(1)关盆(见图4)V16孑L径1.52m

17、m,特点是流量小(约2.8L/min),开启时间长(约l5秒).?V16开启后,工作水次第经过室l和室2到达室3.由于V16阀流量比较小,工作水不会进入室6或少量进入但被nozzle及时泄放:?V16开启持续时间长,有足够工作水进入室3,在室3中工作水因分离筒高速运转形成很大静压力.迫使dischargeslide(柔性排渣盘)周边变形上移,关闭排渣口,完成关盆动作.(2)开盆(见图4)V15孔径约4mm,特点是流量大(约11L/min),短时打开,约3秒.Alfalavals系列净油机工作原理及典型故障分析耿佳东李成V15开启后:?大量工作水进入室1使其水界面内移,除了进入室2和室3外,还经

18、室6和室4进入室5:?室5,部分水通过喷嘴(nozzle)泄放,虚线以内的过量水从1l孑L泄放,由于供水量大于喷嘴nozzle)的泄放.空间5虚线外的空间始终充满水:?控制滑盘(operatingslide),同时受室4和室5的水压作用.但因向下的受力面积大于向上的面积而下移:?valveplug(阀塞),随控制滑盘下移,打开泄放口10,室3中的水通过泄放1:310被泄放:?柔性排渣盘(dischargeslide),因失去室3内水压的支撑在自身弹性和离心力的作用下复位下移,打开排渣口:?分离筒的内容物,呈”喷射式”全部排出,此即为全空排渣:?由于V15的打开时间仅约3秒.空间5的水很快通过n

19、ozzle(喷嘴)排空,在室4的静压力作用下,控制滑盘(operatingslide)再次上移,关闭泄放口10,为下一个循环的关盆程序做准备.从以上分析可以看出.起关盆作用的V16阀水量过小固然无法关闭排渣盆.相反地,如果该水流量过大.同样会导致排渣盆无法关闭.这种”过犹不及”的现象来自S净油机配水系统的特殊性.下面的典型事例,就是因为没有理性分析和深刻认识本机型工作水原理,在排除故障时走了很多弯路.某VLCC.配ALFALAVAL$855净油机2台.某航次,N0.2净油机因本体故障(属S净油机设计缺陷,下文详述)转动组件整体进厂,故该航次只有No.1FO净油机可用.航行途中.No.1FO净油

20、机突然发出分离筒跑油(OILLEAKINGFROMBOWL)报警,然后自动减速停车.多次重启均是如此!查找原因时,轮机员做了大量的”冤枉”工作,始终没有查明原因.期间轮机长曾与答案擦肩而过第一次拆检净油机试用失败后,他曾抽出V16阀(关闭水)的节流板,发现节流孔堵塞,但末清通,而是随手换上N0.2FO净油机V16阀的节流板,其后故障依旧!l0多小时的检修,故障排除毫无进展.因燃油日用柜原因主机正要停止时,笔者抽出两台净油机的V16阀(关闭水)的节流板对比,顿时恍然大悟!对比发现:?No.1FO净油机V16阀(关闭水)的原节流孔,孔径约1.5-2mm(为正常值),但因节流孔堵塞,关闭水不足,无法关闭排渣盆,导致分离筒跑油.?而轮机长换用的No.2净油机V16阀(关闭水)的节流板,由于冲刷,腐蚀或其他原因导致节流TL(节流板中嵌有带小孔的橡皮材料上的小孔)异常增大至约4raN1,大幅超出正常值,造成关闭水过量,在Ti62时间(关闭水进入)内进入的关闭水流量明显增加,大到有水进入室5(图3所示)