ALFALAVALS系列凈油機工作原理簡述及典型故障分析

1、ALFA LAVAL S系列凈油機工作原理簡述及典型故障分析作者：耿、李1. S系列凈油機的產(chǎn)生背景：具有120多年歷史的ALFALAVAL公司在自己的業(yè)務領(lǐng)域內(nèi)一直占據(jù)著全球領(lǐng)先的市場 地位，其關(guān)鍵的三大核心技術(shù)之一一一離心分離技術(shù)更是一直走在行業(yè)的前列，其產(chǎn)品廣 泛應用于海運、電力等行業(yè)的燃油、潤滑油處理。隨著燃油加工技術(shù)的提高和經(jīng)濟性的要求，船舶實際補給的燃油質(zhì)量越來越差，其比 重接近甚至達到了傳統(tǒng)凈油機的處理極限值：991 kg/m3lS。我們知道，對于比重不同的燃油，傳統(tǒng)凈油機必須選用正確尺寸的比重 環(huán)來獲得合適的油水界面位置才能達到良好的 分離效果，而隨著燃油比重的增加，僅靠改變

2、比重環(huán)尺寸調(diào)節(jié)界面位置就愈加困難，因為影圖1,界面技雪封踴庠陋咄重的孌北響界面位置的因素除了密度外，還有燃油黏度、 流量和溫度等。當燃油比重超過 960kg/m3時, 界面位置對上述參數(shù)的敏感度就大大增加（如 圖：1 ）。上述任何因素的擾動都可能使界面偏 離正常位置，實際上凈油機這時已經(jīng)難以保證有效凈化了。因此傳統(tǒng)凈油機在處理這部分 燃油時顯得力不從心，從而使高密度燃油的使用受到了限制。在這種情況下，基于 ALCAP技術(shù)（ALCAP的說明見附注）開發(fā)的，擁有多項專利技術(shù) 和最新設(shè)計理念的ALFA LAVAL S系列凈油機應運而生，該機型是 ALFA LAVAL公司新開發(fā) 的可用于燃油和潤滑油凈

3、化的全自動單級碟片式離心分離系統(tǒng)，是主要處理高密度燃油的 新一代產(chǎn)品。而專門處理潤滑油和柴油等低密度油料的是在S凈油機技術(shù)平臺上開發(fā)的 P系列凈油機。S凈油機是第一臺能夠滿足歐洲標準委員會關(guān)于燃油處理技術(shù)標準（CWA 15375）的凈油機！在處理大比重燃油時，它具有傳統(tǒng)凈油機無法比擬的超越性能，很快在全 球范圍內(nèi)得到廣泛應用。2. S凈油機的系統(tǒng)組成及工作原理這里先簡單介紹一下該系統(tǒng)的基本組成和工作原理，以期取得一個比較全面的認識,壓力變送器PTI氣控EXHV1掙油機揑制單元壓力蜚迭養(yǎng)FT4I棺水進口3D熱雜電鉞閾垸 控制關(guān)網(wǎng)水、M*#*if*）'世器PT5井離水世液«湘回油

4、jz二然后就S凈油機主要的技術(shù)改進和革新及一例典型故障作深入討論，希望能對同行的實際 工作起到一點幫助。S凈油機系統(tǒng)的最基本組成包括高速旋轉(zhuǎn)的分離機、 EPC50空制單元和MT50水分傳感 器（電容性）。如圖2:待處理的燃油通過供給泵、加熱器（PI調(diào)節(jié)）、溫度變送器TT1和 TT2、壓力變送器PT1 （檢測當前的溫度和壓力值送至 EPC50及氣控三通閥V1 （未進入實 際分離程序時回流至沉淀柜）進入的凈油機。在系統(tǒng)啟 動時，控制單元 EPC50 在進入分離程序后，氣動三通閥 動作，油料經(jīng)進口管引入分油機， （如圖3）在分離筒內(nèi)燃油中不同 比重的成分由于高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離 心力在水平方向產(chǎn)生分離。

5、油泥、 顆粒等重質(zhì)成分積累在分離筒的最 邊緣，其次是分離出的水，然后是 凈化后的燃油。凈油通過位于分離 盤架頂部具有向心葉片的pari ngdisc （分界盤）泵出，經(jīng)過 PT4壓 力監(jiān)測和MT50水分監(jiān)測，及背壓調(diào) 節(jié)閥等排至日用柜，處理過程中，凈油出分離術(shù)出 通常關(guān)閉井界管（泵水）排沿ft雄面粘看處Ti5153時間內(nèi) 分別檢測油壓、 凈油機轉(zhuǎn)速以 及油溫是否滿 足預設(shè)的條件， 若滿足則允許 啟動分離程序， 否則就發(fā)出相應的報警若 PT4 監(jiān)測到凈油壓力不在設(shè)定的范圍，則發(fā)出報警分離水的排出有兩種方式：1.通過V5閥排出；2.通過排渣連同油泥、殘渣等一起 排出，具體通過何種方式由控制系統(tǒng)決定

6、。殘渣、油泥通過排渣程序排出，排渣按照設(shè)定的時間間隔進行（由參數(shù)Ti68或Pr1設(shè)定，二者同效，修改其中一個另一個自動改變） 。但在一個循環(huán)周期內(nèi)如排水電磁閥 V5 動 作了 5次（Fa28,排水次數(shù)），則分離程序中斷，跳轉(zhuǎn)至 Ti74，增加一次排渣。如排水閥 動作5次之后，MT50檢測到水分沒有降至70以下（即大于Fa27的值），則EPC5C發(fā)出“water drain-INSUFFICIENT ”（排水不足）報警。凈油中水分哪怕微量的增加即說明凈油機分離效率的下降，而EPC50和MT50相結(jié)合保證了分離水的及時排出，因而實現(xiàn)了凈油機高效、可靠的運行。當然，基于ALCAP既念的S 凈油機性能

7、上的超凡表現(xiàn)更離不開其硬件設(shè)計上的重大改進和理念的進步，深入了解其 結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點對我們工作實踐中分析和解決問題有很大的幫助，同時我們也能領(lǐng)略到 ALFA LAVAL研發(fā)人員的智慧結(jié)晶。3. S 系列凈油機性能特點和結(jié)構(gòu)改進眾所周知， 傳統(tǒng)的分水機和分雜機有各自的優(yōu)缺點： 前者水處理能力強、 工作中油品損 失少。但需要根據(jù)燃油比重調(diào)節(jié)比重環(huán)，遇到高比重燃油時無能為力；后者除雜能力強， 分水能力差，特別是含水量高的燃油，基本上難以處理，而且無論全排渣還是部分排渣， 油品損失都很大。而S系列凈油機做到了對二者的取長補短，原理上S系列凈油機可以看作是分水機和分雜機的串聯(lián)，并偏重工作于分雜機模式。但其

8、性能上的表現(xiàn)絕對遠遠大于 一臺分水機和一臺分雜機的簡單串聯(lián)。由于后文引用的參數(shù)較多，在此需簡單介紹一下：參數(shù)分為 Installation parameters （裝置參數(shù)） , Process parameters （程序參數(shù)）和 Factory set parameters （廠方設(shè) 定參數(shù)） 三部分。分別簡寫為： Inxx, Prxx, Faxx （xx 代表數(shù)字）。還有一部分重要的時 序參數(shù)： Tixx ，排在 Factory set parameters 后面，對凈油機的啟動、凈化、排渣及停止 等過程進行控制，三類參數(shù)均可進入設(shè)置界面根據(jù)需要進行更改。S 型凈油機分離水的排出不同于早

9、期的產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)上取消了進出油管上原來的雙向心 輪，改為只有底部一個向心葉輪（排出凈油） ，而上部用于分離水排出的 paring disc （分界盤）被擁有專利技術(shù)的 paring tube （分界管，或作剝離管）取代， paring tube 可以 看做是有固定支點的水平作用半徑可以改變的單葉片向心泵。 在平衡彈簧和流體力的作用 下pari ng tube象“沖浪” 一樣跟蹤在界面處，其向心作用保持排水口一定的壓力PT5 （壓力變送器）。其可變的作用半徑始終大于排油的 paring disc 半徑，因而雖然取消了比重環(huán) 卻仍然能保證有效的油水界面，并且可以自動適應不同比重的油料，大大超越了傳統(tǒng)

10、凈油 機處理油料的比重范圍，突破了 991比重的限制，可以凈化比重高達 1010 kg/m3l5S, 和黏度超過700cst50C的燃油，是離心分離技術(shù)上的一大進步，它可以分離出燃油中超 過 85%的 5 微米以上的顆粒，最大限度地去除水分、催化劑粉末等其他微粒，有效減少對 機械設(shè)備的磨損。之所以用 paring tube 取代 paring disc ，除了其界面跟蹤性外，更主要的是單葉片 可以減少運行中水份被長時間攪動產(chǎn)生的熱量，因為用于排水的V5電磁閥只是間歇地打開很短時間，在封閉期間，單葉片的 paring tube 不至于因攪拌導致凈油機頭部“過熱” 。排渣系統(tǒng)做了重大改進并取得國家

11、專利，靠自身變形來啟閉排渣口的柔性排渣盤discharge slide （中央由螺帽固定，四周在水壓作用下可變形的金屬薄盤）取代了早期的活動滑盤。其全置換全空排渣方式號稱油品零損失，具有分雜機無法比擬的經(jīng)濟性。相 同的處理能力下，S系列凈油機產(chǎn)渣減小 為75%這歸功于兩個方面：首先，S凈油機具有 更為緊湊小巧的的分離筒；其次，ALCAP技術(shù)做到了對工作水的精確控制，密封水、置換水、打開水、關(guān)閉水等的進入均受監(jiān)測，過量將觸發(fā)報警或?qū)е聝粲蜋C無法正常工作 。在初次啟動時EPC5C會提出三個問題：1.分離筒是否解體？ 2.是否按照說明手冊正確 安裝？ 3.分離盤是否清潔？如果三個問題均回答為 YES

12、則系統(tǒng)進入有水封水流量校驗過 程的啟動程序，在Ti59時間內(nèi)，系統(tǒng)會計算當前 SV10（水封水、置換水電磁閥）的流量 大小，Ti59為電磁閥SV10的工作水流速計算時間，既定型號（由參數(shù)In4設(shè)定）的凈油機容水量、密封水、置換水等是一定的，在Ti59時間內(nèi)電磁閥SV10進水、計時，當控制系統(tǒng)EPC50收到凈油出口壓力變送器 PT4的壓力（由Fa6設(shè)定）反饋，表明分離筒內(nèi)已經(jīng)滿 水，系統(tǒng)便可計算出SV10的水流速，并儲存在參數(shù)In32里），由此來確定Ti63 （密封水 時間）和 Ti72 （置換水時間）的初步數(shù)值，然后每次排渣后在 Ti65 內(nèi)若檢測到凈油中含 有過量水份， 則控制系統(tǒng)自動修正

13、Ti72 （置換水時間） 數(shù)值，以減小下次排渣的置換水量。 如果問題回答均為NO則程序跳過水封水校驗過程，直接從 Ti60開始，V10的流量參考上 一次的儲存值?；贏LCA我術(shù)的S系列凈油機由MT5C型水份（電容性）變送器時刻全流量地檢測凈 油中的水份，經(jīng)過排渣后新的循環(huán)開始時刻水份含量最低， 所以在 Ti67 時間內(nèi)系統(tǒng)檢測凈 油中水份并儲存作為參考值，此后水份升高超過參考值允許范圍說明分離效率的降低，則 控制系統(tǒng)觸發(fā)V5電磁閥動作，排出過量的水份，使油水界面外移，當水分含量低于70（由 Fa27設(shè)定）時，V5閥關(guān)閉，從而得以維持S系列凈油機的高效率運行。但在一個分離程序 內(nèi)，這種排水不超

14、過 5 次。擁有專利技術(shù)的彈簧卡環(huán)取代了早期的螺紋鎖環(huán)，這項技術(shù)稱為 centrilock （不銹鋼 材料的彈簧卡環(huán)取代原碳鋼 螺紋鎖環(huán)，），減少了部件間磨損，且使凈油機拆裝變得輕輕松 松，不再需要大榔頭和 笨重的專用工具 。S 系列凈油機對所有的重要參數(shù)實行有效監(jiān)控，從而保證凈油機可靠安全的運行。每 次排渣后以及兩次排渣的中間時刻都會進行分離筒密封性實驗，嚴防“跑冒滴漏” 。此外， 幾乎每一個重要程序，如排渣是否成功、置換水的引入、供油閥 V1的打開與關(guān)閉、放水閥 V5的泄放等，EPC50控制系統(tǒng)都必須在特定的時間內(nèi)收到反饋信號，否則發(fā)出相應的報警。4. S 凈油機結(jié)構(gòu)上的其他改變和重要缺陷

15、：S 凈油機采用皮帶傳動取代了蝸輪蝸桿傳動，立軸底部更加緊湊、簡化。立軸在結(jié)構(gòu) 上有較大改變，底部設(shè)計有一油泵，下軸承采用自對中式滾柱軸承，立軸的皮帶輪轂（ spindle pulley ）上有 4 個孔作為對上軸承潤滑的油霧通道。上軸承為單列滾珠軸承， 緊靠上軸承裝有 1 個離心式油霧風扇。在高速旋轉(zhuǎn)時，油霧風扇通過輪轂通道抽吸底部油 室的油霧供給上軸承潤滑。也即，上軸承不是飛濺或壓力注油潤滑，而是氣霧潤滑！氣霧 油分濃度的大小直接影響到上軸承的潤滑和散熱。筆者工作中曾多次遇到上軸承因缺油而 損壞的現(xiàn)象，最嚴重的一次由于上軸承燒融，導致分離盆與立軸的配合錐面金屬粘結(jié)而無 法拆解（如圖 3粗實

16、線所示部分），由于新船出廠不久，所以整機吊出返廠保修。究其原因，關(guān)鍵是僅靠離心風扇抽吸的油霧本來就很難保證上軸承得到充分的潤滑和 冷卻，再加上其他可能的異常情況，如：風扇變形，降低了油霧抽吸效果；油泵油孔堵塞； 立軸對中不良和分離筒不平衡造成軸承負荷增加等，更易造成該軸承的損壞。ALFALAVAL也認識到了其設(shè)計上的缺陷，采取了一定的補救措施。如發(fā)布技術(shù)通告建 議縮短備用凈油機的停用時間，若停機超過 30天，啟動前要求拆解分油機，人工對上軸承 加油預潤滑。 實際工作中我們往往采用更為保守的措施， 每隔 10天或一周將兩臺機器交替 使用，或?qū)溆脵C啟動運轉(zhuǎn)，使其達到正常轉(zhuǎn)速運行幾分鐘，讓上軸承得

17、到一定的油霧潤 滑，這樣可以免去人工潤滑需解體凈油機的麻煩。 另一方面，部分船舶已經(jīng)收到 ALFALAVAL 免費配送的改進后的皮帶輪轂（ spindle pulley ，將油霧通道增加為 9 孔），供替換， 目的 是改善軸承的潤滑條件 。工作中發(fā)現(xiàn)，相對于早期產(chǎn)品，立軸上軸承是該型凈油機最易出現(xiàn)損壞性故障的部 件，其帶來的問題遠不止損壞一只軸承這么簡單，往往同時會造成與其相鄰的油霧風扇的 損壞。更有甚者，由于該軸承燒融、 粘結(jié) ，立軸必將突然降速或停轉(zhuǎn)，而高速運轉(zhuǎn)的分離 筒組件因強大的慣性力無法立即停止，從而導致分離盤底盤（bowl body）與立軸在配合錐 面處發(fā)生滑動摩擦而粘著（ 圖 3

18、 所示部位） ，皮帶燒壞等。為避免此類故障的發(fā)生，管理者 應密切關(guān)注運行凈油機的震動狀況和聲響，任何震動和異響都可能造成軸承過載，帶來嚴 重后果。另外，定期檢查更滑滑油，保證滑油清潔，油質(zhì)良好也是十分必要的工作。5. S凈油機配水機構(gòu)的改進和故障分析：工作水對維持凈油機的正常運行起著極其重要的作用，也是解決許多問題的關(guān)鍵。有典型一例：某VLCC航行于中東-國內(nèi)航線，配S855凈油機2臺，在某航次開航前No.2 凈油機因本體故障 （正是上述提到的立軸錐面粘著） 整個轉(zhuǎn)動組件拆下進廠，故接下來的 航次里只有一臺F0凈油機。某日在印度洋海域，No.lFO凈油機突然發(fā)出OIL LEAKINGORM B

19、OWL分離盤跑油）報警，然后轉(zhuǎn)速快速下降直到低于 Fall （分離機最低轉(zhuǎn)速設(shè)定）而自動 停車，多次重新起動均是如此！日用柜的存量只能維持消耗 1 0多個小時，這段時間內(nèi)必須 恢復凈油機的運行。最后查明其實故障原因非常簡單，但由于沒有理性的分析和對本機型 工作水的深刻認識，解決這個問題時走了很大的彎路：花費 1 0多小時，整臺機器被反反復 復拆解了好幾遍，幾乎所有的易損件、密封件包括摩擦片、皮帶、軸承等都先后做了更換， 但始終沒有解決問題。在凈油機第一次拆檢后，輪機長曾抽出V16（關(guān)閉水）閥的節(jié)流板，發(fā)現(xiàn)小孔堵塞但沒有清通， 而是隨手與 No.2 凈油機的節(jié)流板對換了一下， 但對換后故障現(xiàn) 象

20、依然如故！所以大家便沒有再從關(guān)閉水方面考慮，以致后來做了很多冤枉工作。此時日用柜油位低到了極限，大家也實在束手無策了，不得不考慮主機停車，將存油維持輔機發(fā)電。正在此時，筆者將兩臺凈油機的V16 （關(guān)閉水）閥節(jié)流板抽出做了對比，頓時恍然大悟！對比發(fā)現(xiàn)No.2的節(jié)流孔（約4mm至少比No.1 （約1.5-2mm）大一倍，No.1 的節(jié)流板因為堵塞造成關(guān)閉水不足，當然分離盆無法關(guān)閉，而換用的No.2的節(jié)流板因為節(jié)流孔異常變大（中間帶孔的非金屬材料嵌入節(jié)流板中，這個小孔由于沖刷或別的原因明顯變大）造成關(guān)閉水過量，在 Ti62 （關(guān)閉水進入時間）時間內(nèi)分離盆關(guān)閉后 又因關(guān)閉水過量 而再次打開！所以兩種截

21、然相反的原因產(chǎn)生了完全相同的故障結(jié)果， （后來想到No.2凈油 機進廠前也有同樣的故障現(xiàn)象還沒有解決，現(xiàn)在也清楚原因了） 。將堵塞的No.1節(jié)流板清 通后裝復，凈油機運行完全正常！分析：產(chǎn)生這種“過猶不及”的現(xiàn)象是 S系列凈油機配水系統(tǒng)的特殊性決定的。眾所 周知，早期的ALFA LAVAL爭油機開、關(guān)盆工作水分別由 V15 V16電磁閥控制，分兩路進 入配水盤。S凈油機的工作水雖然也分別由 V15 V16電磁閥控制，但在閥后兩路水合二為 一，即通過同一根管系進入配水盤，至于是開盆還是關(guān)盆，完全由“流量”決定！因為兩 個電磁閥的節(jié)流孔徑不同，V15（打開水）孔徑約4mm短時大流量，起開盆作用；V

22、16（關(guān) 閉水）孔徑約1.5mm長時小流量，起關(guān)盆作用。opaatiue water 啤4中充滿水。（參考圖4）否則，后續(xù)的水流量校驗或者燃油凈化程序在系統(tǒng)啟動 之初，無論是有水 圭寸水校驗的啟動還 是無校驗的啟動， 電磁閥V15都分別 在Ti56和Ti60內(nèi) 有35秒的打開時 間，這是很關(guān)鍵的 一步，主要目的有 兩個：一是為后面 的關(guān)閉動作提供必 要的工作水，即空間都無從談起。二是清空分離筒（如果上次是失電等非正常停止，會造成分離筒內(nèi)留有殘油）。 經(jīng)Ti61 （15秒，工作水泄放時間）穩(wěn)定之后的狀態(tài)是空間3通過通道10放空，空間5中的水通過nozzle （噴嘴）放空，operating sl

23、ide（控制滑盤）在水靜壓力（空間 4）的作用下上移，則 valve plug （閥塞） 關(guān)閉泄放口 10，discharge slide（排渣盤） 處于自由狀態(tài)，排渣口開啟。關(guān)盆工作水流量?。ú粫M入6或少量進入但被泄放），路徑如下：V16（小流量）-1 2 3，由于分離筒的高速運轉(zhuǎn)，室 3中的水產(chǎn)生很大的靜壓力，迫使 discharge slide排渣盤）周邊變形上移，關(guān)閉排渣口，從而完成關(guān)盆動作而開盆水的流量很大， 空間 1中的水界面內(nèi)移， 除了進入 2、3外，過量水的路徑： V15 f 1f 6 4 5,在5處，一部分水會通過nozzle （噴嘴）泄放，但供水量大于泄放，故空 間 5 虛線之外仍然充滿水，虛線以內(nèi)的