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作者：張毅

     目前在廢油脫水凈化處理上，采用最多的是利用真空減壓加熱方法進(jìn)行油水分離處理。對(duì)于組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的廢油乳狀液，應(yīng)用單一的物理手段難以完成快速有效破乳，只有將2種或2種以上的單元操作通過(guò)優(yōu)化組合來(lái)實(shí)現(xiàn)常規(guī)工藝難以適應(yīng)的分離過(guò)程，這種耦合或集成技術(shù)是乳化油破乳技術(shù)發(fā)展的主流。本文中將著重探討旋流離心場(chǎng)、脈沖電場(chǎng)及真空溫度場(chǎng)三場(chǎng)耦合破乳工藝與裝置設(shè)計(jì)。

1  工藝設(shè)計(jì)與流程

1.1  工藝設(shè)計(jì)

高壓脈沖電場(chǎng)破乳技術(shù)不但能夠建立高壓穩(wěn)定破乳電場(chǎng)，而且與傳統(tǒng)的直流、交流電破乳相比，更加節(jié)省電能。水力旋流器是通過(guò)對(duì)不同密度液體的旋流離心作用，把2種液體分開，是目前應(yīng)用很廣泛的液一液分離設(shè)備，具有體積小、重量輕、操作維修簡(jiǎn)單、流量適應(yīng)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。真空加熱是目前應(yīng)用最廣泛的乳化油破乳脫水方法，能夠?qū)τ鸵哼M(jìn)行深度脫水。因此，提出多場(chǎng)耦合實(shí)現(xiàn)廢潤(rùn)滑油破乳脫水處理工藝，基本設(shè)計(jì)構(gòu)想是：耦合旋流場(chǎng)、脈沖電場(chǎng)及真空溫度場(chǎng)，利用脈沖電場(chǎng)結(jié)聚水滴，旋流場(chǎng)除去大粒徑水滴，真空溫度場(chǎng)除去微小粒徑水滴等特點(diǎn)，通過(guò)合理集成，實(shí)現(xiàn)廢潤(rùn)滑油高效破乳脫水處理。工藝設(shè)計(jì)構(gòu)想如圖1所示。

  在圖1中，高壓脈沖電場(chǎng)能夠很好地完成乳化油中小水滴的聚結(jié)，旋流離心場(chǎng)取代了傳統(tǒng)重力場(chǎng)并極大加快了液滴沉降過(guò)程，使得進(jìn)入真空加熱單元的乳化油含水量達(dá)到較低的水平，為后續(xù)的深度破乳脫水降低了耗時(shí)和能耗。這種多場(chǎng)耦合破乳脫水工藝對(duì)于設(shè)計(jì)研制高效、快速、節(jié)能的廢油破乳脫水裝置以及滿足廢潤(rùn)滑油再生凈化具有重要作用。

1.2工藝流程

  按照工藝設(shè)計(jì)構(gòu)想，考慮到工藝的實(shí)用性和可操作性，三場(chǎng)耦臺(tái)廢油破乳工藝流程如圖2。流程分為2個(gè)環(huán)節(jié)，分別是高壓脈沖電場(chǎng)一旋流離心聯(lián)合破乳脫水環(huán)節(jié)和真空加熱破乳脫水環(huán)節(jié)，在電場(chǎng)一旋流聯(lián)合破乳脫水環(huán)節(jié)，在螺桿泵作用下廢油由進(jìn)油閥通過(guò)粗濾器，可脫去油中部分同體雜質(zhì)（如金屬顆粒、沙粒等）；在水力旋流器中融合脈沖電場(chǎng)，從粗濾器流出的乳化小液滴在電場(chǎng)作用下結(jié)聚變大，在旋流離心作用下迅速完成分離脫水；從旋流器溢流口流出的油液含水量較少，僅用旋流和電場(chǎng)是難以去除的，油液經(jīng)預(yù)處理后進(jìn)人大緩沖罐。此外，經(jīng)旋流器底流口流出的油液含水量較高，進(jìn)入小緩沖罐。在真空加熱環(huán)節(jié)，在負(fù)壓作用F，油液從大真-罐進(jìn)入加熱器，油液中少量水分在真空條件下被迅速氣化，進(jìn)入真空罐，使得油中水蒸汽充分釋放，水蒸汽進(jìn)入玲凝器后冷凝成水．，此外系統(tǒng)還設(shè)置丁內(nèi)循環(huán)功能，增加油液流經(jīng)真空罐的次數(shù)，使油液達(dá)到深度凈化。

2  裝置設(shè)計(jì)與建模

2.1  電場(chǎng)一旋流耦合單元

  利用旋流離心場(chǎng)取代重力場(chǎng)，此單元耦合了旋流離心場(chǎng)和高壓脈沖電場(chǎng)，即運(yùn)用高壓脈沖電場(chǎng)在短時(shí)間內(nèi)完成乳狀液小水滴的聚結(jié)，旋流器離心場(chǎng)在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)聚結(jié)液滴的沉降分離，從整體上提高乳化油破乳脫水效率，實(shí)現(xiàn)廢油高效快速脫水。

在圖3中，該單元主體為雙錐段水力旋流器，為了穩(wěn)定流場(chǎng)設(shè)計(jì)了切向雙入口�？紤]到此旋流器屬脫水型旋流器，相比脫油型旋流器增大了溢流口直徑，可讓油相快速流出；同時(shí)，增大了旋流器錐段頂角，其目的也是加快油相的流出。溢流管在直管段有伸長(zhǎng)量，選用材料為銅材，采用絕緣材料與筒身絕緣，可作為高壓電場(chǎng)正極，旋流器直管段可作為高壓電場(chǎng)的負(fù)極，這樣在旋流器直管段可形成高壓電場(chǎng)。

  對(duì)于旋流器公稱直徑的選擇與設(shè)計(jì)，其公稱直徑選為do= 26 mm，依據(jù)旋流器常用設(shè)計(jì)原則，旋流器直段內(nèi)徑設(shè)計(jì)為di =55 mm。由于溢流管在直管段有伸長(zhǎng)量，干擾了流場(chǎng)，在設(shè)計(jì)時(shí)旋流器直管段內(nèi)徑增大到do =70 mm。為了考察2種管徑設(shè)計(jì)的合理性，利用Ansys對(duì)2種管徑參數(shù)的水力旋流器進(jìn)行了數(shù)值仿真，其結(jié)果見圖4。

  仿真結(jié)果表明，在直管段di =55 mm旋流器中，有較多水顆粒從溢流管流出；在d1= 70 mm旋流器中，水顆粒從溢流管中流出的現(xiàn)象并不明顯，說(shuō)明有較好的分離效果。因此，把旋流器直管段設(shè)計(jì)為d1=70 mm較為合理。

2.2真空破乳脫水單元

  根據(jù)圖2，乳化廢油經(jīng)電場(chǎng)一旋流耦合單元后，大部分的水從旋流器底流管流出，含水量較少的油從溢流管流出后，在真空單元負(fù)壓的作用下，進(jìn)入真空加熱單元。該單元采用高效型真空分離塔和專用油液霧化器，分離效率比傳統(tǒng)機(jī)型高，分離更徹底，大大提高了真空分離的效果。

  在圖2中，溢流管流出的乳化油由進(jìn)油閥進(jìn)入粗濾器，濾去粗大機(jī)械雜質(zhì)，再經(jīng)進(jìn)油調(diào)節(jié)閥、進(jìn)油電磁閥后進(jìn)入真空分離室。然后經(jīng)循環(huán)油泵升壓后經(jīng)加熱器加熱，油溫逐級(jí)上升，經(jīng)溫控儀控溫后，油液在正壓力的作用下從真空室頂部經(jīng)霧化器將油液形成帶正壓力的油霧罩，可阻止真空分離室內(nèi)油液泡沫的上升，避免了真空泵在運(yùn)行中噴油的現(xiàn)象，達(dá)到了自動(dòng)消泡的目的。經(jīng)霧化后的油液再進(jìn)入高效分離塔，在高效分離塔中油液再形成展開面積擴(kuò)大了很多倍的油膜，油中水分迅速由液態(tài)轉(zhuǎn)變成氣態(tài)，伴隨著從真空分離室底部溢出的氮?dú)猓瑢?duì)油中的水蒸汽進(jìn)行洗滌，把油中的水分從頂部攜帶排除。去掉水分的油液在排油泵的作用下從負(fù)壓油升為正壓經(jīng)單向閥、精濾器從排油口輸出，循環(huán)1次或多次，生成潔凈油液。

2.3三維建模

利用Solidworks對(duì)三場(chǎng)耦合破乳裝置進(jìn)行模型建立，如圖5，這是裝置設(shè)計(jì)與優(yōu)化的重要一環(huán)。裝置結(jié)構(gòu)的整體布局包括組件設(shè)計(jì)與位置、管路設(shè)計(jì)與布局等內(nèi)容，使裝置符合高效性和緊湊性要求。

3裝置試驗(yàn)與分析

3.1裝置參數(shù)與試驗(yàn)

根據(jù)脈沖電場(chǎng)、旋流離心場(chǎng)、真空溫度場(chǎng)聯(lián)合破乳脫水工作原理，進(jìn)行裝置三維模型，制造出乳化潤(rùn)滑油三場(chǎng)聯(lián)合破乳脫水裝置，如圖6。裝置的相關(guān)工作性能參數(shù)如表1。

  在裝置性能測(cè)試試驗(yàn)中，采用含水體積分?jǐn)?shù)為15%的46#汽輪機(jī)油乳化油作為實(shí)驗(yàn)油樣。在試驗(yàn)中，裝置分別以2種模式對(duì)乳化油進(jìn)行破乳脫水處理。第一種模式：乳化油先進(jìn)入脈沖電場(chǎng)一旋流脫水耦合單元進(jìn)行預(yù)處理，然后進(jìn)入真空加熱單元進(jìn)行循環(huán)深度破乳脫水處理；第二種模式：乳化油無(wú)需預(yù)處理，直接進(jìn)入真空加熱單元。為了考察脈沖電場(chǎng)一旋流離心耦合破乳脫水單元及裝置的處理能力和有效性，在第一種試驗(yàn)?zāi)Ｊ较聹y(cè)試了旋流器溢流口和真空加熱單元排油口的油液含水率。此外，還對(duì)比了2種操作模式下裝置的單位能耗和單位耗時(shí)。

3.2結(jié)果與分析

在2種測(cè)試模式下，分別進(jìn)行了3次實(shí)驗(yàn)，并對(duì)單位能耗和單位耗時(shí)進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果見表2。其中，W空為真空處理單位能耗；W多場(chǎng)為多場(chǎng)耦合處理單位能耗；t真空為真空處理單位耗時(shí)；t多場(chǎng)為多場(chǎng)耦合處理單位耗時(shí)。

  在表2中，乳化油試驗(yàn)油樣初始含水體積分?jǐn)?shù)為15%，經(jīng)脈沖電場(chǎng)一旋流離心耦合單元處理后，使其含水體積分?jǐn)?shù)處在5%~6%，說(shuō)明此單元具有較好的破乳脫水作用，對(duì)于高含水乳化油的預(yù)處理是積極有效的。真空裝置出油口油液含水體積分?jǐn)?shù)保持在150×10“以下，無(wú)論是三場(chǎng)聯(lián)合破乳脫水，還是傳統(tǒng)的真空加熱脫水，在經(jīng)過(guò)真空加熱單位處理后，油液中含水率均保持在比較小的水平。但是，2種測(cè)試模式下，在處理油液達(dá)到同一含水率時(shí)，其單位耗時(shí)和單位能耗差距明顯，三場(chǎng)聯(lián)合破乳比單一真空加熱破乳脫水的單位能耗和單位耗時(shí)分別降低了80%和80.7%。表2表明，三場(chǎng)耦合破乳脫水裝置與單一的真空加熱單元處理乳化油，在乳化油的處理效果上是一致的，但是在單位能耗及單位耗時(shí)方面，三場(chǎng)耦合破乳脫水裝置要優(yōu)于真空加熱單元處理。旋流一脈沖耦合單元處理乳化油潤(rùn)滑油效果明顯，對(duì)減少后續(xù)真空加熱單元處理時(shí)間貢獻(xiàn)較大。

4結(jié)論

  (1)利用高壓脈沖電場(chǎng)、旋流離心場(chǎng)和真空加熱場(chǎng)進(jìn)行集成耦合，突破原有單一的處理工藝，能夠形成一種新型的廢油破乳脫水工藝方法。

  (2)廢油三場(chǎng)耦合破乳裝置能耗及處理時(shí)間要比單一的真空加熱處理方法有較大優(yōu)勢(shì)。

(3)電場(chǎng)一旋流耦合單元對(duì)于提高整機(jī)的處理效率具有重要作用。

5摘要：通過(guò)提出聯(lián)合旋流離心場(chǎng)、脈沖電場(chǎng)及真空溫度場(chǎng)三場(chǎng)耦合破乳脫水的工藝設(shè)計(jì)構(gòu)想，設(shè)計(jì)了電場(chǎng)一旋流耦合破乳單元和真空加熱破乳單元聯(lián)合脫水工藝流程。運(yùn)用三維建模，優(yōu)化整體機(jī)構(gòu)布局，設(shè)計(jì)開發(fā)廢潤(rùn)滑油三場(chǎng)破乳脫水凈化裝置。試驗(yàn)結(jié)果表明，該裝置與傳統(tǒng)的凈化工藝相比較，具有能耗小、耗時(shí)短等特點(diǎn)。