真空净油机的设计及选用

1真空净油机的设计及选用摘要：文章简单介绍国内外真空净油机的发展趋势，重点分析国产真空净油机的设计及选用，并对真空净油机的选择提出了一些建议。关键词：真空净油机，设计，选用1、概述在一定的真空度和油温条件下脱气、脱水，并用特定的过滤介质滤除机械杂质，从而使油液得到净化的设备称为真空净油机（以下简称净油机），能高效除去污油中的杂质、水分、气体及水溶性酸碱等，使净化后的油接近或达到国家规定的质量标准，恢复使用性能。目前世界石油资源日益紧张，另一方面现代机械向高性能、大型化发展，对可靠性、无故障寿命、动态性能的要求也越来越高，对润滑油提出了更高的要求。受到污染的润滑油如继续使用，会产生磨蚀、磨损，使油液进一步污染，引起恶性循环，影响设备的工作寿命和可靠性。人们重视净油机的发展，提高污油净化再生的工艺条件，把用过的废油再生回用，对于缓解石油资源紧张，减少环境污染有重要意义；对用油大户而言也是减少消耗、降低成本的途径；对于国家大政方针，建立可持续发展战略，推广新能源和再生能源的开发利用，符合国家循环经济的要求。2、国外净油机的现状及趋势国外净油机的典型产品主要有：美国颇尔（PALL）公司HNP021、HVP2703净油机、THP070高真空变压器油净化设备、日本加滕（KATO）公司KLVC-8AXSO-II30000L/h型全自动净油机、KLVC-AX-IA6000L/h型带电在线滤油机、瑞典HERING公司EOK型净油机、瑞士麦克菲尔（MICAFIL）公司VH061-e型净油机等。美国颇尔（PALL）公司自1946年创立以来以研究流体净化分离技术、开发生产高性能过滤器及过滤系统为主要业务，高性能过滤器及过滤系统年销售额超过15亿美元，在全世界同类型过滤行业居第一位，真空滤油方面拥有多种专利，如油气分离装置、两个真空脱气室、LZ滤芯、高精度渐变孔径滤芯等，适用于变电系统电容器、互感器带电油净化。日本加滕（KATO）公司是全球著名的净油机制造厂，创立于1923年。目前，KLVC系列高真空净油机，流量从100L/h至60000L/h。国内电力系统内的大多数省级送变电公司，大型发电厂和供电公司及变压器制造商在上世纪九十年代就开始直接向加藤公司购买高真空净油机，带电在线滤油技术方面已开创世界先列，并向国内部门提供数十台带电在线滤油的高真空净油机。2我们收集国外净油机的资料的同时也发现国外制造厂家飞速发展的一些共同点：如设有过滤应用技术研究实验室，可即时向用户提供专业水平的技术服务，包括流体及过滤器的检测、系统污染状况的诊断、过滤系统的设计及选择、现代技术的应用（如全自动控制器监测、LCD面板显示器等）以及针对性更强的高效过滤器等，使净油机的使用范围更广阔，清除水、气、污染物的效率更快更高。3、国内净油机的现状及发展目前国内有规模的生产厂家将净油机系列产品逐渐向以下几个方面进行拓展：1）采用大面积多层次油水分离技术，脱水率高，对高含水油的脱水效果尤其显著；2）采用多级滤芯，耐酸碱、耐腐蚀、耐高温，使用寿命长达3年以上；3）采用反冲洗技术，减少因滤网阻塞而进行的人工清洗次数，有效提高工作效率。4）采用多功能配置，使装置同时具有脱气、脱水、破乳、再生、净化五大功能；5）利用先进的系统与控制理论，全过程实现自动控制。综上所述，国内净油机存在系列化水平低、专用品少、质量参差不齐等差距，究其原因是净油机生产厂规模小，重复开发多，产品科技含量不高，较难在国际市场上具备较强的竞争能力，因此通用机械标准化委员会在总结国内外先进技术和经验的基础上，从2006年起开始引导行业开发新产品和具有自主知识产权的产品。目前四川高精净化设备有限公司独立起草完成了JB/T5285-2008真空净油机行业标准，拥有消泡装置、脱气元件两项专利，已成功研制适用于750KV变压器的在线滤油装置。4、国产净油机的设计4.1常规净油机的结构以单级净油机为列，ZJB型净油机主要由真空罐、真空泵、电磁阀、排油泵、电加热器、粗滤器、精滤器、冷凝器等部件组成。4.1.1ZJB型净油机的结构特点1）结构紧凑、体积小、重量轻，使用维护方便；2）真空罐内采用特制脱水、脱气元件，脱水、脱气效率高；3）排油泵自吸性能好，噪声低，工作效率高；4）真空罐内装有液位控制阀，可自动调节流量大小；5）冷凝器采用风冷，节约能源；6）电器控制有安全的联锁装置，操作安全可靠；7）小型整机可放置于移动小车上，搬运方便，适合于野地外和室内作业。34.2ZJB型净油机的工艺流程图4.2.1ZJB型净油机的工作过程工作时，外界油液通过入口阀（1）吸入，进入粗滤器（2）滤除大颗粒杂质，送至加热器（4）,加热至预定温度，进入真空罐（7），通过罐内喷板脱气元件（9），在真空条件下，油中的微量水分蒸发为水蒸汽，油中的微量气体冲破油膜而析出，通过装在罐体上部的管道进入冷凝器（12），绝大部份水蒸汽和油蒸汽补冷凝成水和油液，当存水罐内有存液要放掉时，可打开阀（15）即可。真空罐内油液经脱水、脱气后，沉降在真空罐下部,并由排油泵(19)把油液压向精滤器(21)过滤，经出口阀(24)输送到机外储油容器。真空罐内液位控制阀（8）控制油位，底部的油位达到一定高度，浮漂随油位的升高而升高，液位阀则相应关小，流量减少，直到关闭，反之，随油液的降低，液位阀相应开大，加大流量，从而使真空罐内油液基本保持在一定油位上。精滤器用来过滤油中微粒杂质。当工作压力超过额定压力时，必须清洗或更换滤芯。4.3ZJB型净油机的设计基础4.3.1真空分离的基本原理是利用杂质（如水、轻油、气体）与润滑油的饱和蒸汽压的不同，在真空负压和一定温度下，将杂质除去。4.3.2进出油系统是油液的进入和排出，由进油泵和排油泵组成，小型净油机只需配排油泵。4.3.3真空系统是创造真空环境，在真空负压条件下，真空罐底部会形成大量直径一般在1～5mm左右的气泡，从真空罐底部向上运动，使油液不断翻腾，气泡在到达真空罐上部的过4程中不断破裂，增加了油液与空气的接触面积，而且使水分变成水蒸汽，从而被真空泵抽走。真空系统由真空罐、真空泵、冷凝器、排水系统等组成。4.3.4加热系统是使油液中的油和水达到分离的必要温度。由加热器、温控器等组成。4.3.2过滤系统是过滤油液较小直径的固体颗粒物，由粗滤器、磁性过滤器、精滤器等组成。4.4ZJB型净油机的主要部件确定4.4.1油泵的确定4.4.1.1油泵种类的确定常用的油泵按结构可分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵三种。齿轮泵用于低压系统，对油液污染不敏感；叶片泵输出流量均匀、脉动小、噪声小，但吸油特性不太好、对油液污染敏感；柱塞泵容易得到高精度的配合、泄漏小、容积效率高，和叶片泵一起常用于高压系统中，对油液污染也敏感。因此真空净油机选用齿轮泵作为进、排油泵。4.4.1.2油泵参数的确定1）油泵工作压力的确定：为提高系统的可靠性，延长泵使用寿命，一般真空净油机中油泵的正常工作压力为泵额定压力的70~80%。由于系统在负压条件下运行工作且没有液压缸及液压马达等执行元件即∑p=0，因此油泵的工作压力应不高于0.5MPa。2）油泵工作流量的确定：油泵的流量须大于系统工作时的最大流量。3）油泵电动机功率的确定：一般应使泵的工作参数处在泵的效率曲线的高效区域，常按0.8计，考虑电动机一般允许短时间超载25%再验算其他工况条件下即可确定电动机功率。4.4.2加热器的确定4.4.2.1加热温度的确定正常工作的油温在80℃以下，结合饱和蒸汽压与温度的关系，确定真空度为0.06MPa，此时水的蒸发温度为70℃，而油液能够保持其性能。因此油液需要加热到60~70℃，对于高海拔地区因能达到较低的真空度，需适当提高加热温度。4.4.2.2加热器的计算与选择加热功率决定着油液净化再生的速率，功率太小加热时间增加，会降低净化效率；功率太大则成本增加，而且安装困难。由于油液是热的不良导体，单个加热器的功率容量不能太大，以避免其周围油液过度受热发生变质现象，因此选择适当功率的加热器相当重要。4.4.3真空罐的设计与校核真空罐内蒸发的水分是以微小的气泡形式存在，在温度和真空度条件满足时，蒸发过程同时在液体的表面和内部进行，由于罐内的油液呈运动状态，逸散出液面的气体由真空泵5带走，而没有逸散的气泡夹杂在油液中被排油泵重新带回油箱。常压下，部分水蒸气被重新凝结成水混合于油系统中。因此净油机的公称流量是整个设计的主要参数，结构可采用立式和卧式两种，实践证明真空罐体的容积应为净油机公称流量的3-5倍。真空罐的强度计算包括圆筒的板压、筒体和封头的壁厚的计算及校核。4.4.4真空泵的选用真空泵的选择主要依据泵需要抽掉的气体总量，因真空泵抽气速率决定着真空罐体真空度的大小，选取时还应当考虑抽气速率应大于或等于排油泵排量的1-2倍；且能保证在1-2min内将罐体和管道的气体压力抽到0.06MPa或更低。4.4.5冷凝器的选用冷凝器安装在真空罐后，常见结构采用风冷，结构简单、价格低廉，但冷却效果比水冷式差。冷凝器是保证真空泵抽出的水蒸汽和轻油可以冷凝成为液体，选择冷凝器的主要参数是散热面积。4.4.6过滤器的选用过滤器可以滤除外部混入或者系统运转中产生的固体杂质，使油液保持清洁，保证系统工作的可靠性。4.4.6.1过滤器的分类过滤器的过滤精度用杂质的颗粒大小表示，一般可分为粗过滤器、普通过滤器、精过滤器和超精过滤器四种，分别是：大于100μm为粗过滤器，10～100μm为普通过滤器，5～10μm为精过滤器，1～5μm为超精过滤器。4.4.6.2过滤器的选择选择过滤器时在保证精度的前提下，通油能力越大越好。1)具有足够的通油能力，压力损失小；2)过滤精度满足要求；3)滤芯有足够的强度；4)滤芯抗腐蚀性好，能在规定温度下长期工作；5)滤芯更换，清洗及维护方便。4.4.6.3ZJB型净油机过滤器的选用粗过滤器一只，采用磁性过滤器，过滤精度180μm，精过滤器一只，过滤精度10μm。5净油机的选择如何选择合适的、实用的、高效的油净化装置，关键要考虑以下几点：65.1经济的净油装置。即正确选取处理量、工作压力和温度、加热功率、电机功率等参数。5.2合理的工艺流程。对于汽轮机油一般要求控制的指标为颗粒度和含水量，而抗燃油需要多一项酸值指标，其影响因素有：5.2.1处理固体颗粒杂质效率最高的是适宜的滤芯，滤芯的截污、纳污能力至关重要，直接影响滤材的性能以及滤芯的设计和制作水平。常用净油机的颗粒度控制在NAS8～9级，滤芯可以考虑为5-10μm。双级净油机则可提高到NAS6级，滤芯则考虑为1-3μm。5.2.2水分处理的关键在于每次通过净化装置的脱水率。一般待净化含水量50ppm的油经单级净油机循环三次以上性能指标含水量≤7ppm，双级净油机含水量≤3ppm。5.2.3用于绝缘油处理的净油机系统进油含水量要求不高于50ppm，否则处理效果不佳。5.2.4系统运行出现异常时，如油系统含水量过高或杂质过多时，应先使用板框压力式滤油机等辅助设备进行预处理，否则处理效果不佳。5.3合理的功能组合。5.3.1常规净油机主要采用了强磁分离法（脱除油中的金属微粒）、真空闪蒸分离法（破乳、脱水及脱轻质烃）、压力过滤分离法（除去油中的机械杂质），除此之外，根据分离工程学，还可增加聚结式分离法、吸附分离法等。5.3.2目前已有将真空及聚结两种功能集合于一体的设计，比如四川高精净化设备有限公司GJZ型油净化装置，既解决净油机不能长时间运行的问题，又能够克服含水量过高时真空净油机效果不佳的缺点。5.3.3对于击穿电压或酸值有要求的油净化装置，可在真空系统后增加高分子吸附再生装置脱除酸性物质，处理后击穿电压可达到75kv，油质酸值≤0.03mgKOH/g。5.3.4对于净化清洁度要求NAS16381级时，固体杂质的处理不是使用一个高精度的滤芯，而应该采用不同精度的滤芯逐级过滤的处理方式。5.4装置可配备高品质的部件、智能化的控制系统以及良好的在线运行能力，以保证运行的可靠性和自动保护能力。5.5供货商的服务，包括技术培训、售后服务等方面，至关