曼型煤气柜油水分离器排水异常问题分析及处理

赵忠东，高延哲，马志强

（河钢集团邯钢公司能源中心，河北邯郸 056015）

1 密封油循环系统

邯钢东区12 万m³曼型煤气柜建于2000 年，柜体为正20边形结构，主要有侧板、柜顶、底板及活塞四部分。活塞底面沿周边设有油沟，油沟内配置由滑板、帆布、木块和压紧弹簧组成的密封装置，密封油在油沟内保持一定油位，使其油压大于活塞下部储气压力来实现活塞与柜壁间的密封。气柜配有4座油水分离器，油水分离器由多个室舱和油泵组成，具有油水分离和输送密封油的功能。密封油从煤气柜的底部油沟流入油水分离器，在室舱内脱除油中的冷凝水后，被油泵通过油上升管压送至煤气柜侧板上部的预备油箱内。密封油再从预备油箱的溢流孔流入柜内，沿侧板内壁流入活塞油沟，再经过活塞密封机构沿气柜内壁流入气柜底部油沟。底部油沟→油水分离器→油上升管→预备油箱→活塞油沟→底部油沟构成了气柜密封油循环系统。

2 油水分离器及异常现象

2.1 油水分离器设备结构

油水分离器的主要作用有两个：一是对进入油泵站的油水混合物进行油、水分离，二是通过油泵将密封油输送至柜顶的备用油箱。

如图1～图3 所示，油水分离器的室舱分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三室，其中Ⅰ室又根据功能分为Ⅰa、Ⅰb、Ⅰc舱。

Ⅰa 舱（油流入舱）：此舱具有煤气压力。油水混合物自底部油沟流入Ⅰa 舱，依靠两种介质的密度差进行分离，密封油在上层，水在下层。

Ⅰb 舱（分离舱）：该室仍具有煤气压力。该舱设有油位调节装置，可人为调整其高度，油位调节装置的一个重要功能是调整柜底油沟油位。由于油流入室的油面与底部油沟的油面为同一水平高度，所以调整Ⅰa 舱溢流至Ⅰb 舱油面的高度，就能达到调节柜底油沟的目的。油位调节装置的另一重要功能是实现油水分送。油和水的流入路径见图2，从Ⅰa 舱分离的油和水分别流入Ⅰb 舱，Ⅰa 舱下部的水经由油位调节装置的内套管送入Ⅰc 舱，Ⅰa 舱下部的油溢流入油位调节装置的外套管进入Ⅰb舱下部后再溢流至油室Ⅱ室。

图1 油水分离器结构示意图（1）

图2 油水分离器结构示意图（2）（A-A断面）

图3 油水分离器结构示意图（3）（俯视）

Ⅰc 舱（水舱）：从Ⅰa 舱和Ⅱ室来的水流入此舱。从Ⅰa 舱来的水要经过水封流入该室，因为Ⅰa舱有煤气压力。

Ⅱ室（油室）：来自Ⅰb 舱的油经过油封进入Ⅱ室，该室也具有油水分离的作用，分离出来的水经过水封管后导入Ⅰc舱，

Ⅲ室（浮子室）：从Ⅱ室来的油进入浮子室，此室内有浮子浮漂，向外传送油位高度信号。

Ⅲ室后配有的2 台油泵、管路、阀门，将密封油从油水分离器送至气柜柜顶备用油箱。正常情况下，只能一台油泵启动，如果发生两台油泵同时启动，应及时查找原因并进行处理。

2.2 异常现象

巡检发现12 万m³气柜3#油水分离器排水中夹杂油花，后来出油量增多，并伴有煤气逸出。对油水分离器油位调节器上、下调整都没有效果，随后将油水分离器进油和进水阀门暂时关闭，该油水分离器暂停运行，气柜保留三个油泵房运行，重点关注气柜活塞油位变化情况。

3 原因分析及处理

3.1 油位调节装置工作机理

如图2 所示，在Ⅰa 舱排水管的下口内、外的同一水平面上取A,B两点，

A点处的压力为：PA＝p煤气+ρWg(h1W+h2W)（1）

B点处的压力为：PB＝p煤气+ρVgh1W+ρ0gh2O（2）

在Ⅰa 内水面不升高，A、B 处压力的压力应相等，PA=PB，就有：

p煤气+ρWg(h1W+h2W)=p煤气+ρVgh1W+ρ0gh2O（3）

式中：p煤气——柜内煤气压力，Pa；

ρW——水的密度，取1.0×103kg/m³；

g——重力常数，取9.8 N/kg；

h1W——A、B 处所在位置以上至Ⅰa 舱内油水分界面的水层高度，m；

h2W——Ⅰa内油水分界面以上排水管内的水层高度，m；

h2O——Ⅰa 内油水分界面以上排水管外的油层高度，m；

ρ0——密封油的密度，取0.9×103kg/m³。

式（3）简化整理得：

ρWg h2W＝ρ0gh2O（4）

即h2W＝0.9h2O

因 h2W-h2O＝d （5）

式中：d——排水管内径，为0.04 m。

将式（5）代入式（4），

整理得：h2O=10d，h2W=9d；

所以，在A点和B点压力平衡时，Ⅰa舱（油流入舱）的油层高度为h2O定值，其高度为油位调节装置排水管内管直径（0.04 m）的10 倍，与柜底油位的高低无关。

油水分离器在运行中，Ⅰa 舱内水面会因冷凝水不断增多而升高时，（2）式中ρVgh1W的增加，B 点的压力就大于A点的压力，PB＞PA水就从管外流入管内，水通过排水管溢流入Ⅰc 舱，排出油水分离器。当h1W增高的水量被排出后，PB＝PA。所以Ⅰa舱（油流入舱）的油位调节器内套管最底部以上的水层高度h1W也为定值。

3.2 异常原因分析

初步分析判断，当Ⅰc 舱排水口有大量的油流出时，排除油位调节器内套管发生腐蚀产生漏点的可能。若发生腐蚀，会在排水中夹带密封油，且泄漏量不会太大。油水分离器内部应是原有的压力平衡发生了异常变化，现结合上述的油位调节装置工作机理对异常原因进一步分析。

造成排水口大量密封油流出，应是B 点的压力PB远大于A 点的压力PA，并且无法再建立压力平衡，造成B 点处介质持续流向A 点，Ⅰa 舱内的水被排净后，紧接就有大量的油排出时。

结合图2、式（1）、式（2），只有A 点压力少了煤气压力这一部分，

A点处的压力为：

PA＝ρWg(h1W+h2W)＝ρWg h1W+ρWg h2W

B点处的压力为：

PB＝p煤气+ρWgh1W+ρ0gh2O

会造成PB＞PA

油位调节装置排水管内套管顶部气孔与油水分离器上部的煤气相通，一旦气孔发生堵塞，A点处的压力就变为：PA＝ρWg (h1W+h2W)＝ρWg h1W+ρWg h2W。A 的压力持续小于B 点的压力，造成Ⅰa 内的油夹杂着煤气源源不断的通过内套管流入Ⅰc舱。

邯钢12 万m³曼型煤气柜储存的焦炉煤气是经过氧化铁干式脱硫塔处理后的。煤气充柜流量较大时，会夹带氧化铁脱硫剂进入气柜，脱硫剂经水长时间浸泡后造成冷凝水含杂质较多，久而久之造成气孔堵塞。

3.3 处理措施

一般的油水分离器在Ia 舱油位调节器封盖上对应套管气孔部位有丝堵，可在关闭油水分离器进油、进水阀门后，打开此丝堵，对气孔进行检查疏通。经过对12 万m³气柜油水分离器上的内套管气孔的检查，发现气孔存在堵塞现象。对气孔进行了疏通处理后，油水分离器排水恢复正常。

4 结语

为避免再出现类似现象，规定对气柜的4 个油水分离器内套管上的气孔半年检查疏通一次。为减少冷凝水中的杂质，增加了脱硫塔内部不锈钢丝网目数，以减少煤气夹带脱硫剂进入气柜，并对气柜底部油沟的水定期更换。