作者：张毅

     目前在废油脱水净化处理上，采用最多的是利用真空减压加热方法进行油水分离处理。对于组成结构复杂的废油乳状液，应用单一的物理手段难以完成快速有效破乳，只有将2种或2种以上的单元操作通过优化组合来实现常规工艺难以适应的分离过程，这种耦合或集成技术是乳化油破乳技术发展的主流。本文中将着重探讨旋流离心场、脉冲电场及真空温度场三场耦合破乳工艺与装置设计。

1  工艺设计与流程

1.1  工艺设计

高压脉冲电场破乳技术不但能够建立高压稳定破乳电场，而且与传统的直流、交流电破乳相比，更加节省电能。水力旋流器是通过对不同密度液体的旋流离心作用，把2种液体分开，是目前应用很广泛的液一液分离设备，具有体积小、重量轻、操作维修简单、流量适应范围宽等优点。真空加热是目前应用最广泛的乳化油破乳脱水方法，能够对油液进行深度脱水。因此，提出多场耦合实现废润滑油破乳脱水处理工艺，基本设计构想是：耦合旋流场、脉冲电场及真空温度场，利用脉冲电场结聚水滴，旋流场除去大粒径水滴，真空温度场除去微小粒径水滴等特点，通过合理集成，实现废润滑油高效破乳脱水处理。工艺设计构想如图1所示。

  在图1中，高压脉冲电场能够很好地完成乳化油中小水滴的聚结，旋流离心场取代了传统重力场并极大加快了液滴沉降过程，使得进入真空加热单元的乳化油含水量达到较低的水平，为后续的深度破乳脱水降低了耗时和能耗。这种多场耦合破乳脱水工艺对于设计研制高效、快速、节能的废油破乳脱水装置以及满足废润滑油再生净化具有重要作用。

1.2工艺流程

  按照工艺设计构想，考虑到工艺的实用性和可操作性，三场耦台废油破乳工艺流程如图2。流程分为2个环节，分别是高压脉冲电场一旋流离心联合破乳脱水环节和真空加热破乳脱水环节，在电场一旋流联合破乳脱水环节，在螺杆泵作用下废油由进油阀通过粗滤器，可脱去油中部分同体杂质（如金属颗粒、沙粒等）；在水力旋流器中融合脉冲电场，从粗滤器流出的乳化小液滴在电场作用下结聚变大，在旋流离心作用下迅速完成分离脱水；从旋流器溢流口流出的油液含水量较少，仅用旋流和电场是难以去除的，油液经预处理后进人大缓冲罐。此外，经旋流器底流口流出的油液含水量较高，进入小缓冲罐。在真空加热环节，在负压作用F，油液从大真-罐进入加热器，油液中少量水分在真空条件下被迅速气化，进入真空罐，使得油中水蒸汽充分释放，水蒸汽进入玲凝器后冷凝成水．，此外系统还设置丁内循环功能，增加油液流经真空罐的次数，使油液达到深度净化。

2  装置设计与建模

2.1  电场一旋流耦合单元

  利用旋流离心场取代重力场，此单元耦合了旋流离心场和高压脉冲电场，即运用高压脉冲电场在短时间内完成乳状液小水滴的聚结，旋流器离心场在短时间内实现聚结液滴的沉降分离，从整体上提高乳化油破乳脱水效率，实现废油高效快速脱水。

在图3中，该单元主体为双锥段水力旋流器，为了稳定流场设计了切向双入口。考虑到此旋流器属脱水型旋流器，相比脱油型旋流器增大了溢流口直径，可让油相快速流出；同时，增大了旋流器锥段顶角，其目的也是加快油相的流出。溢流管在直管段有伸长量，选用材料为铜材，采用绝缘材料与筒身绝缘，可作为高压电场正极，旋流器直管段可作为高压电场的负极，这样在旋流器直管段可形成高压电场。

  对于旋流器公称直径的选择与设计，其公称直径选为do= 26 mm，依据旋流器常用设计原则，旋流器直段内径设计为di =55 mm。由于溢流管在直管段有伸长量，干扰了流场，在设计时旋流器直管段内径增大到do =70 mm。为了考察2种管径设计的合理性，利用Ansys对2种管径参数的水力旋流器进行了数值仿真，其结果见图4。

  仿真结果表明，在直管段di =55 mm旋流器中，有较多水颗粒从溢流管流出；在d1= 70 mm旋流器中，水颗粒从溢流管中流出的现象并不明显，说明有较好的分离效果。因此，把旋流器直管段设计为d1=70 mm较为合理。

2.2真空破乳脱水单元

  根据图2，乳化废油经电场一旋流耦合单元后，大部分的水从旋流器底流管流出，含水量较少的油从溢流管流出后，在真空单元负压的作用下，进入真空加热单元。该单元采用高效型真空分离塔和专用油液雾化器，分离效率比传统机型高，分离更彻底，大大提高了真空分离的效果。

  在图2中，溢流管流出的乳化油由进油阀进入粗滤器，滤去粗大机械杂质，再经进油调节阀、进油电磁阀后进入真空分离室。然后经循环油泵升压后经加热器加热，油温逐级上升，经温控仪控温后，油液在正压力的作用下从真空室顶部经雾化器将油液形成带正压力的油雾罩，可阻止真空分离室内油液泡沫的上升，避免了真空泵在运行中喷油的现象，达到了自动消泡的目的。经雾化后的油液再进入高效分离塔，在高效分离塔中油液再形成展开面积扩大了很多倍的油膜，油中水分迅速由液态转变成气态，伴随着从真空分离室底部溢出的氮气，对油中的水蒸汽进行洗涤，把油中的水分从顶部携带排除。去掉水分的油液在排油泵的作用下从负压油升为正压经单向阀、精滤器从排油口输出，循环1次或多次，生成洁净油液。

2.3三维建模

利用Solidworks对三场耦合破乳装置进行模型建立，如图5，这是装置设计与优化的重要一环。装置结构的整体布局包括组件设计与位置、管路设计与布局等内容，使装置符合高效性和紧凑性要求。

3装置试验与分析

3.1装置参数与试验

根据脉冲电场、旋流离心场、真空温度场联合破乳脱水工作原理，进行装置三维模型，制造出乳化润滑油三场联合破乳脱水装置，如图6。装置的相关工作性能参数如表1。

  在装置性能测试试验中，采用含水体积分数为15%的46#汽轮机油乳化油作为实验油样。在试验中，装置分别以2种模式对乳化油进行破乳脱水处理。第一种模式：乳化油先进入脉冲电场一旋流脱水耦合单元进行预处理，然后进入真空加热单元进行循环深度破乳脱水处理；第二种模式：乳化油无需预处理，直接进入真空加热单元。为了考察脉冲电场一旋流离心耦合破乳脱水单元及装置的处理能力和有效性，在第一种试验模式下测试了旋流器溢流口和真空加热单元排油口的油液含水率。此外，还对比了2种操作模式下装置的单位能耗和单位耗时。

3.2结果与分析

在2种测试模式下，分别进行了3次实验，并对单位能耗和单位耗时进行了对比，结果见表2。其中，W空为真空处理单位能耗；W多场为多场耦合处理单位能耗；t真空为真空处理单位耗时；t多场为多场耦合处理单位耗时。

  在表2中，乳化油试验油样初始含水体积分数为15%，经脉冲电场一旋流离心耦合单元处理后，使其含水体积分数处在5%~6%，说明此单元具有较好的破乳脱水作用，对于高含水乳化油的预处理是积极有效的。真空装置出油口油液含水体积分数保持在150×10“以下，无论是三场联合破乳脱水，还是传统的真空加热脱水，在经过真空加热单位处理后，油液中含水率均保持在比较小的水平。但是，2种测试模式下，在处理油液达到同一含水率时，其单位耗时和单位能耗差距明显，三场联合破乳比单一真空加热破乳脱水的单位能耗和单位耗时分别降低了80%和80.7%。表2表明，三场耦合破乳脱水装置与单一的真空加热单元处理乳化油，在乳化油的处理效果上是一致的，但是在单位能耗及单位耗时方面，三场耦合破乳脱水装置要优于真空加热单元处理。旋流一脉冲耦合单元处理乳化油润滑油效果明显，对减少后续真空加热单元处理时间贡献较大。

4结论

  (1)利用高压脉冲电场、旋流离心场和真空加热场进行集成耦合，突破原有单一的处理工艺，能够形成一种新型的废油破乳脱水工艺方法。

  (2)废油三场耦合破乳装置能耗及处理时间要比单一的真空加热处理方法有较大优势。

(3)电场一旋流耦合单元对于提高整机的处理效率具有重要作用。

5摘要：通过提出联合旋流离心场、脉冲电场及真空温度场三场耦合破乳脱水的工艺设计构想，设计了电场一旋流耦合破乳单元和真空加热破乳单元联合脱水工艺流程。运用三维建模，优化整体机构布局，设计开发废润滑油三场破乳脱水净化装置。试验结果表明，该装置与传统的净化工艺相比较，具有能耗小、耗时短等特点。