机械分离系统中油气分离捕集系统的设计

机械分离系统中油气分离捕集系统的设计

油压机械泵从原油中排放的油滴直径约为0.010.8m。这样的小油滴不能完全消除一般的织物网络离离装置或油气分离装置，需要额外的特殊过滤和收集装置。由于油滴的布朗运动,在机械分离系统中,油滴可以通过两种物理途径被清除:一种是彼此之间发生碰撞而合并凝结,形成足够大的颗粒而发生重力沉降;另一种是向各种表面迁移而粘附在物体表面发生扩散沉积而被清除。这两种途径的实现基础在于降低被排出气体的运动能量即降低被排出气体的流动速度,因此为达到良好的清除效果,应当尽量在油雾分离过滤系统内建立粘滞流的流态环境,并给予油滴尽量长的沉降时间来实现油滴的合并凝结与扩散沉积。但是要完全实现被排出气体的流动速度为零也是不现实的,为此在设计时要做到使被排出气体的流动速度尽可能低,在系统中采用高分离效率的机械分离系统。3.5.2降低喷油量与油气分离捕集装置降低油封机械泵的喷油量是解决问题的根本途径,降低喷油量就要尽量降低从排气阀排出的含油气体的流动速度及含油气体冲击油箱内油面的速度,尽量降低从排气阀排出的含油气体的油滴含量,为了降低喷油量就要求对真空泵设计制造的各个环节进行严格的过程控制,尽量减少各种不利的影响因素。随着环保要求的提高,新型旋片泵一般都在泵的出口设置油气分离装置。防止油雾污染工作环境有两种方法:(1)在机械泵的排气口接上管道,并通向室外的油气分离装置。小型泵可用橡胶管,大型泵用金属管道。这种方法适用于大型真空设备,以及机械泵有固定安装位置的情况。(2)在机械泵的排气口上,安装分离油雾的捕集器。油雾分离捕集器可以把真空泵油从被抽气体中分离出来,使泵油重新返回到机械真空泵的油箱中。油雾捕集器的挡油体是用多孔材料制成的,有一定的消声作用,可以减小机械真空泵的排气噪声。油封机械泵的油气分离捕集系统可如图29所示,典型的机械式油气分离捕集装置可采用多级配置,首先在真空泵内配有内置油气分离器,有伞型、S型、单罩型、双罩型及反击式双旋风型等等,可以将排出气体中的大油滴与气体分离。其次是泵外部油气分离器,可以是旋风式分离器或者碰撞罩填料组合结构等等,旋风式分离器一般能够制成大型装置,而碰撞罩填料组合结构一般仅用于小抽速的机械真空泵,碰撞罩可以除去较大的油滴,填料用于收集小油滴。第三级可设置油雾捕集器,可以由烧结的多微孔材料制成,用于捕集剩余的微小油滴。为了回收利用排出的油滴,一般都会设置回油管将分离收集的真空泵油回流至真空泵内循环使用。图30给出了两种油雾分离捕集器的结构简图。这两种油雾分离捕集器均采用过滤分离原理制成的,其主要部件挡油体(过滤元件)是用多孔材科制成的。其中图30(a)所示结构适用于小型机械真空泵,可过滤的油滴直径大约为0.01~0.8μm,这样小的液滴不能用一般的编织网过滤,而是采用特殊纤维制成过滤装置来实现油气分离,其中要有足够小的微孔吸收油雾。过滤元件3是用多孔树脂与玻璃纤维压成片,然后卷成圆筒制成的,置于圆筒形油雾分离器之中,排出的气体由泵出口进入分离器,气体经过过滤元件后,到达过滤器出口时已经得到净化。油在分离器中被收集,收集的油量可由观察窗看到。当过滤元件被堵时,压力将增加。当压力达到1.5×105Pa时,分离器的安全阀打开,此时必须清洗或更换过滤元件。图30(b)所示结构适于大型机械泵,其主要部件有:挡油过滤元件、单向阀及贮油盘。其挡油过滤元件是由玻璃毡及金属网构成的。油封机械真空泵工作时,含有油雾的气流经过挡油体过滤后,气体被排到大气中去;而油雾被过滤元件分离出来变成油,并集聚在贮油盘中。贮油盘下面装有单向阀,此阀由阀片及弹簧构成,弹簧支撑阀片。弹簧弹力很弱,当泵停止排气时,由于阀片的自重或贮油盘的油压力均可以使单向阀打开,油经过单向阀流回到油箱中。泵排气时,由于排气口处的压力大于大气压,因而使单向阀处于关闭状态中,气流只有经过挡油过滤元件才能到大气中去,这样便达到了分离油雾的目的。3.5.3电子油雾净化系统电子油雾净化系统是一种对机械真空泵排气油雾进行净化处理的高效油雾净化设备。电子油雾净化系统的技术关键在于利用了常气压电晕放电技术对油雾进行处理。其基本方法是根据气溶胶的分化原理,采用两步法来净化油雾,首先利用冷却装置减低含有油滴气体的体积及运动能量,从而增加分子间的吸引力,再利用机械分离系统分离出较大油滴,然后利用高电压形成高压静电场,在大气压力下通过高电压电晕放电作用将气流中的较小油滴颗粒加以炭化捕集。系统的净化流程如图31所示,一般来说电子油雾净化系统的本体压力损失不会大于200Pa,因此并不是所有的系统内必须配置抽风机,只有在某些排气阻力太大的系统上才需要设置。油雾被排出油封机械泵后,首先经过机械分离系统产生分化,此过程为物理作用过程,油雾中的油滴不发生化学变化。机械分离系统的核心在于迷宫分离系统,有时也辅助以吸附过滤系统。分离系统根据其每阶段构成的运动状态,采用多种形状、多层分离板进行拦截处理。在减弱油滴的运动能量后将其拦截在分离板的表面。由于油滴的运动为布朗运动,油滴会自动扩散至整个机械分离系统表面,在通过分离系统的不等规则的间隙后,较大的油滴就会从气流中脱离出来,吸附在分离板表面上产生沉积。经过机械分离系统处理过的油雾被转入高压静电场多级发生器中,多级发生器在28~30kV的电压作用下产生高压静电场(在工作时静电场产生紫光,由于紫光中含有紫外线,用户尽量不要长时间注视紫光)。通过脉冲、监控、自动保护电路产生强有力的瞬间吸放及高电压电晕放电,空气中的氧气(O2)经过静电场时被荷电,从而被碰撞分离后产生臭氧(O3),在电场力的作用下臭氧及油雾朝集尘极运动,当经过静电场的尖端放电处时,油雾中的油滴就被臭氧的极强氧化作用所裂解而产生炭化,同时在整个静电场中炭化的粉末也带有电荷,在电场力的作用下使炭化粉末朝下一级的静电场的集尘极运动,进行进一步的催化、氧化并彻底分解,从而被吸附、收集,在此过程中,油雾中的油滴被裂解炭化,油滴的化学性质发生了根本变化。其次,空气中的氧气被高压电晕放电氧化而产生的臭氧本身具有杀菌、消毒的作用,因此在一定程度上经过油雾净化系统处理的气体会被杀菌消毒,在一定程度上这种消毒作用会给用户带来工作环境上的净化,用户使用时最终会得到干净清洁的空气。对于液滴气溶胶,当液滴上的电荷数增加而使得电荷相互排斥的力大于液滴的表面张力时,液滴在此作用下则会破裂,形成更小的液滴。因此一般来说,在油雾净化系统电场内的油滴直径要小于0.1μm。对于小于0.1μm的粒子,由于单极性离子扩散而产生的油滴及炭化粉末扩散带电为荷电的主要形式。因此如何使带电油滴及炭化粉末与系统产生的臭氧发生充分混合后产生充分碳化就成为了关键因素。提高系统的后级净化效率的关键也在于此,因此在设计上应保证能产生足够浓度的臭氧并保证带电油滴及炭化粉末与臭氧的混合比。3.5.3.2电子油雾净化系统的应用特点(1)由于电子油雾净化系统的原理为常气压电晕放电技术,所以当设计结构定型后,净化系统在一定时间段内只能对一定量的油雾进行处理,也就是说在一定时间段内,净化系统并不能无限制地进行净化处理,因此在实际使用时为达到良好的效果,系统应当配合以重力油气分离装置,如旋风分离器等,尽量不要单独使用电子油雾净化系统来处理油雾(参见图31)。这时重力油气分离装置起油气分离预处理的作用,电子油雾净化系统仅仅当作油雾捕集器使用,在实际应用过程中二者配合使用后对油雾的去除效率可以达到令人满意的水平。(2)同大多数机电一体化设备一样,电子油雾净化装置同样需要进行周期性的清洗维护,否则油雾净化的效果会大大降低。一般来说净化装置应当每二个月清洗一次,主要为检查器件及清洗油污;另一方面,如果用户使用油气分离装置预先去除大部分的油滴,则进入电子油雾净化系统的油滴可相应减少,净化系统的处理负荷也大大减轻,显而易见在这种情况下,维护的时间间隔可以大大延长。(3)电子油雾净化装置也有它的适用范围与适用场合。在高压静电场内存在电晕放电过程,在某些情况(例如绝缘失效)下极有可能会转化产生火花放电,此时如果被排出气体为易燃易爆气体,则火花放电极有可能会导致易燃易爆气体产生起燃或爆炸,因此此系统不适合在存在易燃易爆气体的场合应用,用户在选型时应当特别注意到这一点。3.6在泵内,泵腔内拉伤泵腔及转动元件,导致泵极限真空机械真空泵如果在运行中遇到如下情况,则造会成泵的损坏:(1)在泵的运行过程中油中混入大量的水,使泵的润滑和密封性能变坏,入口真空度上不去。如果继续运行会使泵温升得很高,拉伤泵腔及泵腔内的转动元件,甚至卡死。(2)一些粉尘状杂质