CN104069652A - 低挥发性液体真空脱水方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示的工艺与设备适合低挥发性液体的真空脱水，特别是汽轮机油、齿轮油、液压油等润滑油的真空脱水。本发明的方案是对现有的液体真空脱水工艺作以下改进：采用一种可同时抽液体和气体的排液真空泵，在真空罐的底部或中下部将气体与液体同时抽出真空罐，在真空罐的上部设置冷凝器将水蒸气冷凝成水或冰，由排水装置排出真空罐。

Description

低挥发性液体真空脱水方法与装置

技术领域

本发明申请属于液体的脱水脱气净化技术领域，具体涉及一种用于低挥发性液体的真空脱水方法与装置，特别适用于汽轮机油、齿轮油、液压油等润滑油的真空脱水，也适用于其他类似的低挥发性液体的真空脱水。

背景技术

本文所述的低挥发性液体，是指在正常的真空脱水工作条件下，液体中的水分能较多地蒸发成为水蒸气，而需要真空脱水的液体挥发得较少，在实用性方面可以忽略液体挥发性的情况。

现有的低挥发性液体真空脱水方法如图1所示，一般是将液体从进液口2引入一个真空罐1中，在真空条件下液体中的水蒸气等气体挥发变成气体形成气液混合物，在重力分离作用下，液体聚集在真空罐底部，经真空罐出口3用液体抽送泵8抽出真空罐1；气体聚集在真空罐上部，用真空泵6从真空罐顶部出气口4抽出气体以维持真空罐的负压。通常在真空罐1至真空泵6之间还设有冷凝器5和排水装置7，将水蒸气冷凝成水或冰，冰间断地融化成水，由排水装置7排出真空系统。冷凝器5一方面可以减少水蒸气对真空泵工作的不良影响，另一方面也可以减小真空泵抽气体的体积流量。

冷凝器和排水装置有很多种形式，常见的有冷水冷却、压缩机制冷、半导体制冷，排水装置可以采用微型泵或采用阀门组的不同时开关来实现排水。

上述低挥发性液体的真空脱水工艺，较常见的应用例子是润滑油的真空脱水处理，相应的设备称为真空净油机。

现有真空净油机处理含水量少的变压器油时，因为水分含量低，真空罐内产生的泡沫较少，有较好的效果和可操作性。但是对于大多数汽轮机油、齿轮油、液压油来说，由于通常含水量较大，大量水蒸气的快速析出往往在真空罐内产生大量的泡沫，这些泡沫容易充满整个真空罐，并从真空罐顶部进入真空系统，最后从真空泵6排出而发生“跑油”现象，不仅可能造成油的损失、真空泵的损坏，而且跑油可能造成油的大量流失而造成重大事故。

为了防止泡沫状的油从真空系统抽出，常见的技术方案有在真空室设置泡沫液位检测探头、真空罐进气、降低工作真空度、降低进油流量等方法。其缺点是真空脱水设备更加复杂化，操作麻烦，体积、重量增大，而整体脱水效率、可靠性也降低了。

现有真空滤油机的一个常见问题是，由于真空罐内的负压作用，真空罐底部的油泵工作在容易产生气蚀的条件下，且油中含有气泡，因此油泵的出油流量往往不够，特别是油泵损伤后，可能抽力减小甚至抽不出油，这时油也有可能进入真空系统，出现跑油现象。在处理高粘度、高水分的齿轮油时，泡沫状油向真空罐底部流动更慢，存在排油难的问题。

总之，采用现有真空脱水技术的真空净油机在处理含水量大的油时，存在泡沫油从真空系统跑出的风险、系统较复杂、体积重量大、易发生跑油故障等问题，且很难处理含水较多的高粘度油。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的低挥发性液体真空脱水方法如真空净油机存在如泡沫油跑油风险问题、高粘度的液体如齿轮油的脱水难题、以及真空脱水设备体积大、系统复杂等多方面的技术问题。本发明揭示的方法与装置适合低挥发性液体的真空脱水，特别是汽轮机油、齿轮油、液压油等润滑油的真空脱水。

本发明对现有的液体真空脱水方法的改进如图2所示，将低挥发性液体从进液口2注入真空罐1，液体中的水蒸气和其他气体挥发形成气液混合物，在重力作用下气液混合物部分分离，在真空罐内形成气液混合物的混合空间21和其上部的气相空间20，采用一种可抽气液混合物的抽送泵22，从气液混合物的混合空间21即真空罐的底部或中下部将气体与液体同时抽出真空罐1，在气相空间设置冷凝器5，将水蒸气冷凝成水或冰(冰需要间断性地融化成水)，通过排水装置7将水排出真空罐1；视情况再对气液混合物的抽送泵22排出的液体进行气液分离、过滤等处理。如果需要处理的液体流量较大，可以将气液混合物的抽出口设在混合空间21的中部，同时在真空罐底部设置抽液泵8将液体抽出，如图3所示。

本项技术的原理是：由于在真空罐1内压力最低的地方是气液混合物的抽送泵22进口附近的位置，因此真空罐内从进液口出来的液体与气体优先向真空罐的出口3运动，气液混合物容易排出，粘度高一些的液体也可以较顺畅地排出，而分配器上方由于不是最低压力位置，泡沫状气液混合物无上升的推动力，因此在真空罐内一定高度的位置可形成无泡沫的空间，即气相空间20。在真空罐内，气体比重很轻，可以自然地或在风扇的作用下上升到冷凝器5附近，气体中的水蒸气可以被冷凝成水或冰，冰通常采用间断性化霜过程融化成水，由排水装置7收集排出真空罐1。

本技术的优势是：可较好地解决类似现有真空净油机的泡沫跑出问题、高粘度液体难排出真空罐的问题；由于采用气液混合物的抽送泵，将油泵与真空泵合二为一，真空脱水设备的体积与重量大大减小，小型真空脱水装置的优势更明显；本技术对自动控制的要求也简单，可靠性高，使用操作简便。

本技术的不足之处是对液体中的水分以外的溶解气体去除率较低。但是实际应用中，除变压器油需要脱水脱气外，一般的润滑油需要脱水而对脱气没有严格的要求，因此本技术适用于大多数实际应用场合。除了润滑油之外，其他低挥发性的液体如果需要脱水，也可以采用本技术。

附图说明

编号说明：

1真空罐                  2真空罐进液口

3真空罐出口              4真空罐顶部出气口

5冷凝器                  6真空泵

7排水装置                8液体抽送泵

20真空罐气相空间         21气液混合物的混合空间

22气液混合物的抽送泵     23风机

图1为现有的一种常见的真空脱气装置的示意图。现有技术均采用真空罐顶部出气口4抽出气体、底部真空罐出口3抽出液体的方式工作。如果水蒸气含量不高，其中的冷凝器5与排水装置7可以省掉，即直接用真空泵6将水蒸气等气体抽走。

图2为采用本技术的一种小流量的真空脱气装置的示意图。液体经进液口2进入真空罐1中后，液体中的气体挥发形成气液混合物，在重力作用下得到部分分离，在真空罐1的中下部成为一个气液混合物的空间21，其中的气体与液体均由真空罐底部的出口3经气液混合物的抽送泵22排出，气体可上升到真空罐上部，气体聚集形成气相空间20，用冷凝器5将气体中的水蒸气冷凝成水或冰，由排水装置7排出真空罐。本工艺适合包括润滑油在内的低挥发性液体的脱水处理，对不易被冷凝的气体去除率较低。

图3为采用本技术的一种较大流量的真空净油机的工艺流程图。由于增加了排油泵8，可减小气液混合物的抽送泵22的液体流量，因此有更强的适应能力，适合液体流量较大的场合。

图4为采用本技术的一种冷凝器5安装在真空罐1外的真空净油机的工艺流程图。该方案采用真空管道系统将气相空间20扩展到真空罐1外，一般需要设置风机23来实现气体的快速循环。

具体实施方式

实施本技术涉及到两个新部件：一个是安装在真空罐气相空间的冷凝器5(通常包含排水装置7)，一个是排液真空泵22。

本项技术采用的冷凝器应该具有以下性能：1、冷凝器的温度应该比油的温度低一些，温差越大，脱水效果越好，但如果结冰则需要间断化霜排水；2、冷凝下来的水需收集在一起；3、冷凝器带有的排水装置可以将水排出到真空罐外；4、最好带有风机，促进水蒸汽等气体快速地流动到冷凝器的冷却表面，提高脱水速度；5、冷凝部分适合在真空罐内的真空环境下工作。为了满足以上条件，采用冷水冷却、压缩机制冷、半导体制冷等工艺中的一种或多种组合，推荐使用压缩机制冷或半导体制冷，与用冷却水直接冷却相比，可以获得较大的温差。在某些情况下，可以用需要脱水处理的液体带走制冷设备的热量。

排水装置7与冷凝器5关系密切，也可以把它看作是冷凝器的一部分，可以采用微型水泵抽送或阀门组不同时间地开关切换等方法，只要选型合理，结构合适，这些技术都可以满足使用要求。冷凝器5安装在气相空间20内，具体位置可以在真空罐1内，也可以安装在真空罐外面，如图4所示，由管路系统与真空罐1相连，即用管道系统扩展了气相空间20，通常需加风机23以促进气体循环。

图4所示的外置冷凝器5的未冷凝的气体返回真空罐1的位置可以有多种变化，效果也略有不同，可根据具体应用条件优选。除了用管道系统扩展气相空间外，在真空罐内设置隔板，也可以形成更有效的气体循环回路，达到类似的效果。

适合本项技术的气液混合物的抽送泵22，可在现有有油真空泵的基础上，通过结构与参数的改进来实现的。理论上说，包括旋片真空泵、螺杆真空泵、罗茨真空泵、爪式、液环真空泵在内的大多数使用油甚至不用油的真空泵，都可以抽送少量的液体，对本项技术来说都是可用的，但具体的型式、参数与结构，需要根据具体应用条件进行优化改进，以满足抽真空与抽液体同步进行、且长期稳定运行的要求。如果需要脱水的是低粘度的液体，采用液环真空泵基本可满足使用要求。另外，一些容积式油泵，如齿轮泵、转子泵、叶片泵、螺杆泵等，经过一定的改进或参数优选，也可以满足同时抽一定量的气体的需要。

本技术在实际应用中，一些工作参数如真空罐内的压力、温度、进液流量，气体循环流量等，在实用时往往需要采用自动控制装置进行监测、控制，才能取得比较理想的脱水效果。

本技术实用时还需要一些其他的部件才能构成完整的脱水处理系统，如监测仪表、管道阀门、过滤器、加热器、自动控制与调节系统、机器框架与外壳等，由于与现有的普通技术没有明显的区别，且这些部件的种类、型式与结构非常多，可形成多种组合，在这里不作列举与讨论。

以下进一步以采用本技术的真空滤油机进行举例说明。

一台在线工作的真空滤油机，用于处理容积为500L的46号润滑油，运行油温度一般在50℃左右，需要的油处理流量为5L/min，因温度已经比较合适，无需设置加热器，其工艺流程为：从待处理油箱来的油经过阀门管道进入一个粗过滤器，然后进入真空罐。真空罐底部用气液混合物的抽送泵22抽出，进入一个上部有一定容积空间的过滤器。过滤器内的气体又溶解到油中，油经过滤后由管道与阀门返回待处理油箱。

由于本例中需要处理的油流量较小，在真空罐上部设置冷凝器，其中的冷凝器采用半导体制冷片，由控制器自动控温，使冷凝表面维持在0-10摄氏度。排水装置采用双阀门切换操作。

采用改进的液环真空泵作为气液混合物的抽送泵22，电机功率1.5kW，重约25kg。

其他部分，包括粗过滤器、真空罐、精细过滤器、管道系统、控制箱、机架，合计为60kg，重量比市场上最轻便的真空滤油机还轻。测试期间，实际脱水速度与进油含水量有较大关系，可达到20g/h。

归纳起来，本发明提供一种低挥发性液体的真空脱水方法，包括下列步骤：

(a)将低挥发性液体注入真空罐1，液体中的水蒸气和其他气体挥发形成气液混合物，在重力作用下气液混合物部分分离，真空罐1由此分为一个所述气液混合物的混合空间21和一个与该混合空间21相连通的气相空间20；

(b)将所述气相空间20内的水蒸汽冷凝成：

液态水，间断或连续地从真空罐内排出；和/或

固态冰，间断地将冰融化后从真空罐内排出；

(c)将所述的气液混合物从混合空间抽到真空罐外，并由此维持真空罐内处于负压状态，有时需要自动控制装置来保持适宜的真空度。

更好，在步骤(b)中还增加一个气体循环回路，使水蒸气快速向冷凝器流动。

可选地，所述的气体循环回路使用一条与真空罐气相空间相连通的真空管道，通过对气流的合理导流加速水蒸气向冷凝器的流动，提高脱水速度。

更好，在步骤(b)中使用一个风机，通过增强气相空间的内气体流动来提高脱水速度。

可选地，在步骤(b)中使用的冷凝器在制冷时产生的热量由所述的低挥发性液体带走。

更好，从混合空间将一部分液体用泵抽出，以提高对低挥发性液体的处理流量。

显然，采用仪表与自动控制系统控制运行参数在合适的范围，可提高脱水速度。

Claims (11)

1.一种低挥发性液体的真空脱水装置，由真空罐、冷凝器、排水装置、气液混合物的抽送泵组成，其特征是，其中的真空罐设有进液口、连接气液混合物的抽送泵的出口，真空罐内有一个液体进入真空罐后形成的气液混合物的混合空间和一个在该混合空间上部且相通的气相空间，气液混合物经真空罐的出口由气液混合物的抽送泵排出，部分气体进入气相空间，气相空间中的水蒸气被设置在气相空间的冷凝器冷却成液体或固体后，间断或连续地由排水装置排出真空罐。

2.如权利要求1所述的低挥发性液体的真空脱水装置，其特征是，在真空罐的底部还连有一个液体抽出泵。

3.如权利要求1或2所述的低挥发性液体的真空脱水装置，其特征是，所述气相空间还包括一条与真空罐相连通的能产生气体循环的真空气体回路，所述的冷凝器位于真空气体回路内。

4.如权利要求1、2或3所述的低挥发性液体的真空脱水装置，其特征是，在所述气相空间中设有风机，用于提高所述真空罐内气体交换的速度。

5.如权利要求1至4任一项所述的低挥发性液体的真空脱水装置，其特征是，所述的冷凝器采用冷水冷却、压缩机制冷、半导体制冷中的一种或多种组合，所述冷凝器制冷时产生的热量由所述的低挥发性液体带走。

6.一种低挥发性液体的真空脱水方法，包括下列步骤：

(a)将低挥发性液体注入真空罐，液体中的水蒸气和其他气体挥发形成气液混合物，在重力作用下气液混合物部分分离，真空罐由此分为一个所述气液混合物的混合空间和一个与该混合空间相连通的气相空间；

(b)将所述气相空间内的水蒸汽冷凝成：

液态水，间断或连续地从真空罐内排出；和/或

固态冰，间断地将冰融化后从真空罐内排出；

(c)将所述的气液混合物从混合空间抽到真空罐外，并由此维持真空罐内处于负压状态。

7.如权利要求6所述的低挥发性液体的真空脱水方法，其特征是，在步骤(b)中还增加一个气体循环回路，使水蒸气快速向冷凝器流动。

8.如权利要求7所述的低挥发性液体的真空脱水方法，其特征是，所述的气体循环回路使用一条与真空罐气相空间相连通的真空管道，通过对气流的合理导流加速水蒸气向冷凝器的流动，提高脱水速度。

9.如权利要求6、7或8所述的低挥发性液体的真空脱水方法，其特征是，在步骤(b)中使用一个风机，通过增强气相空间的内气体流动来提高脱水速度。

10.如权利要求6至9任一项所述的低挥发性液体的真空脱水方法，其特征是，在步骤(b)中使用的冷凝器在制冷时产生的热量由所述的低挥发性液体带走。

11.如权利要求6至11任一项所述的低挥发性液体的真空脱水方法，其特征是，从混合空间将一部分液体用泵抽出，以提高对低挥发性液体的处理流量。