油罐排水阀组原理及运用分析.pdf

2 01 2矩 第 5期 管 技 齐 Pi pe l i n e Te c h n i q u e 2 01 2 No ． 5 油罐排水 阀组原理及运用分析 王 飞 ， 田 瑞 ( 1 ． 陕西延长石油( 集团) 有限责任公司榆林炼油厂， 陕西靖边7 1 8 5 0 0 ； 2 ． 兰州理工大学， 甘肃兰州7 3 0 0 5 0 ) 摘要： 介绍了一种油罐排水阀组， 其克服 了现有手动排水阀控制精度不高、 动作缓慢等缺点， 对油 品节约、 环境保护都起到一定作用。通过浮子的受力模 型， 建立了浮子力学平衡式 ， 得到 了浮子开启力 与浮子的质量及压差力关 系。以油罐及主阀体 为模 型， 分析 了阀组的流量特性 ， 得到 了阀组的流量与 油 、 水的液位 高度的关 系式。通过对 阀组的操作过程 、 安装形式和 维护的详细介绍 ， 为油罐排 水阀组的 选型和使 用提供 了参考依据 。 关键词 ： 油水分 离； 排水阀组； 油罐 中图分类号 ： T E 8 文献标识码 ： A 文章编号： 1 0 0 4— 9 6 1 4 ( 2 0 1 2 ) 0 5— 0 0 2 6— 0 2 App l i c a t i o n o f Co mb i na t o r i a l Dr a i n Va l v e i n Oi l Ta n k s W ANG Fe i ， TI AN Ru i ( 1 ． Yu l i n R e fi n e r y o f S h a n x i Ya n c h a n g P e t r o l e u m ( g r o u p ) C o ． ， L t d ． ， J i n g b i a n 7 1 8 5 0 0 ， C h i n a ； 2 ． L a n z h o u U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， L a n z h o u 7 3 0 0 5 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： A k i n d o f c o mb i n a t o r i a l d r a i n v a l v e o f o i l t a n k i s i n t r o d u c e d ． Di s a d v a n t a g e s i n t h e c o n t r o l p r e c i s i o n a n d s l o w mo v e me n t o f t h e t r a d i t i o n a l mB x l u a l d r a i n v a l v e a l e o v e r c o me ， s o i t p l a y s a d e f i n i t e r o l e i n t h e o i l s a v i n g a n d e n v i r o n me n t al p r o t e c fi o n ． B y u s i n g t h e f o r c e mo d e l o f fl o a t ， t h e me c h a n i c a l b a l an c e f o r mu l a i s s e t u p， a n d t h e r e l a t i o n s h i p of the fl o a t o p e n i n g f o r c e i s f o u n d wi t h t h e q u a l i t y a n d t h e d i ff e r e n t i a l p r e s s u r e ． B y u s i n g t h e mo d e l o f t h e t a n k a n d t h e ma i n b o d y ， t h e fl o w c h a r a c t e r i s t i c s of t h e c o mb i n a t o r i a l d r a i n v alv e i s a n a l y z e d， a n d t h e fl o w r e l a t i o n s h i p i s s e t u p b e t we e n t h e o i l a n d t h e wa t e r l e v e l h e i g h t ． I n o r d e r t o p r o v i d e r e f e r e n c e f o r the s e l e c t i o n a n d u s e of t h e c o mb i n a t o r i a l d r a i n v a l v e ， t h e d e t a i l s o f t h e o p e r a i n g p r o c e s s ， i n s t a l l a t i o n a n d ma i n t e n a n c e a r e i nt r o d uc e d． Ke y wo r d s ： o i l — w a t e r s e p a r a t i o n； c o mb i n a t o r i al d r a i n v alv e； o i l t a n k s 0 引言 大多数油品进罐时都含水分 ， 油品进人储罐静置 后 ， 由于水的密度 比油大 ， 因此 ， 油 中含有 的水将沉降 至罐底 ， 并通过罐底部的排水管排 出 - 2 ] 。 目前 ， 石化 行业中油罐脱水大部分采用人工操作 ， 具有对油水 的 分离无法做到精 确控制 ， 动作缓慢 ， 排 出水 的含油量 高等缺点 j 。采用几种阀组合的形式排出积存罐底 的水分 ， 克服了手动排水阀的缺点 ， 对油品节约 、 环境 保护都起到一定作用。 1 阀组结构原理分析 阀组 主要 由隔离 阀 、 通 气采样 阀、 平 衡 阀、 排 水 阀、 手动油泵 、 管路等组成 ( 如图 1所示 ) 。其 中， 隔 离阀安装在阀组 人 口处， 用于探测水中的油 品， 以便 及时阻止油品流入主阀体 中； 主阀体上装有 1个通气 采样 阀和 1 个平衡 阀， 分别用于释放空气和平衡浮子 收稿 日期 ： 2 0 1 2—0 6—0 4 收修改稿 日期 ： 2 0 1 2— 0 6—2 0 两端的压力 ； 手动油泵用于把主阀体 中残 留的油品打 回到油罐 中； 排水阀用于排放主阀体中的水。 图 1阀 组 结构 图 2 阀组工作特性分析 2 ． 1 浮子开启力的计算 浮子是关 闭主阀体 的关 键件 ， 排 水之前 ， 浮子位 于阀座之上 。当有水进入主阀体时 ， 浮子开始受 到浮 力的作用。当浮力大 于等于浮子与浮杆重力及压差 力之和时 ， 浮子上升 。上浮一段距离后浮杆顶到阀盖 第 5期 王飞等： 油罐排水阀组原理及运用分析 2 7 上方 ， 浮子停 止运动 ， 形 成平衡关系。主 阀体示 意图 见 图 2 。 图 2主 阀体示 意图 浮子上浮的平衡式 ： F=F l +G+ ／ ( 1 ) 式 中： F为浮子所受浮力 ， N； G为浮子与 浮杆重力之 和 ， N； F 为压差力 ， N 为阀盖给浮杆的力 ， N ． T2 F 1 = p g h ( 2 ) 式 中： d为浮予直径 ， m； h为浮子高度 ， m； p为水 的密 度 ， k g ／ m ． 浮子所需开启力 ： F ≥F 1 +G ( 3 ) 由式( 2 ) 及式( 3 ) 可知， 浮子开启力与浮子 的质量 及压差力有关， 应合理选择浮子的外形尺寸及材料， 避免浮子因浮力太小或压差力太大开启缓慢 ， 甚至出 现无法浮起的现象 。 2 ． 2阀组的流量特性分析 现 以油罐及 主阀体为模型 ( 如图 3所示 ) 分析 阀 组的流量特性。 图 3阀组 模 型 图 由于截面 1—1 处液体流动缓慢 ， 故忽略此处的动 能 ， 以截面 2—2为基准面， 列 1—1与 2—2截面的能 量方程 J ： 2 2 P l + P 2 = P 2 + + ． 2 ( 4 ) P 1 = p l g 日l ( 5 ) 式中 ： p 为截面 1 —1处压力 ， P a ； p 为截面 2—2处压 力 ， P a ； p 为石油的相对密度 ， k g ／ m 。 ； p ：为水的密度 ， k g ／ m ； ： 为突然缩小阻力系数； H 为石油的液位高 度 ， m； 为水 的液位高度 ， m； v ： 为 2— 2处流速 ， m ／ s ． 以 2— 2和 3—3截面列能量方程 ： p 2 + ： 十 ． 1 + ( 2 + 3 )一 P 2 g N ” 3 p 2 +下=下十 下。 ‘ 十 下 ‘ 十 ‘ 一 ( 6 ) 式中： 为突然扩大阻力系数 ； 。为 3—3处流速 ， m ／ s ； ， 为 9 O 。 弯管阻力系数 ； 为截面 2— 2与截面 3— 3中心垂直距离 ， m． 由连续性方程可知 ： 2A 2 ： v 3 A 3 ( 7 ) Q= v 3 A ( 8 ) 式中： Q为阀组的流量； 4 为截面 2— 2面积 ， m ； ， 为 截面 3— 3面积 ， m ． 把式( 4 ) 、 式( 5 ) 、 式 ( 7 ) 、 式( 8 ) 代入式( 6 ) 化简变 形可得 ： 。 + + ( Z g A + ) p 2 ＼ 2 z g A 3 7 令 K = 镟 + 萨 式 ( 92 g A 2 g A ) 可 化 ”|lD2 ⋯ ⋯ ⋯ 简为 Q = ~ — H a —+ H 2 + H 3 ( 10 ) 由式( 1 0 ) 可看出 ： 阀组 的流量与油 、 水 的液位 高 度有关 。因此 ， 在阀组选型时 ， 应根 据油罐 的大小及 油品的质量选择合适 的阀组。若选择 的阀组流量过 大 ， 容易造成资源浪费 ； 若选择的阀组流量过小 ， 则有 可能使阀组 内件受到剧烈 冲击 以致损坏 ， 导致油品泄 漏的严重后果。 3阀组的运用分析 3 ． 1阀组的操作 工作时， 首先 应该估 计排 水量 及所需 的排 水 时 间， 然后全开人 口处 的隔离 阀( 如图 4所示 ) ， 把上一 次排水时留下的石油产 品转移到油箱 或者 指定 的其 他容器之 中； 打开通气采样 阀排 出空气 ； 接着快 速打 开平衡 阀， 使分离 阀浮子 两边 的压力平衡 ； 最后 打开 排水阀开始排水 。 当油罐 中水排完时 ， 会有一部分油 品进入隔离阀 中， 隔离 阀探测 到油 品后 会立 即关 闭。但 由于滞后 性 ， 仍然会 有一部分油 品通过隔离阀进入 主阀体 中， 这时浮子就对油品进行了密封 ， 保证( 下转第4 9页)