Автоматизация сепараторной установки

Сепараторные установки предназначены для очистки топлив и масел от механических примесей и воды. Общая функциональная схема такой установки представлена на рисунке 3.1. В цистерне расходного топлива (масла) 9 установлен сигнализатор уровня 7, с помощью которого осуществляется пуск и остановка всех элементов системы. При понижении уровня до определённого значения подаётся сигнал на щит управления, в котором вырабатывается команда на открытие электромагнитного клапана 2 с одновременным запуском электродвигателя насоса 4, включением теплонагревательных элементов (ТЭН) 8 подогревателя 5 и запуском электродвигателя сепаратора 6.

Рисунок 3.1 – Схема автоматизации сепараторной установки

Пуск системы производится в следующей последовательности:

- включается электродвигатель сепаратора и ТЭНы подогревателя;

- одновременно включается сигнализатор времени;

- через 60 – 75 с (в зависимости от вязкости очищаемого нефтепродукта) контакты сигнализатора времени включают электродвигатель насоса 4 и электромагнитный клапан 2. Очищаемая жидкость из цистерны 1 через клапан 2 и фильтр 3 забирается насосом 4 и через подогреватель 5 подаётся к сепаратору 6.

При повышении уровня жидкости в расходной цистерне до верхнего значения происходит отключение всех перечисленных элементов системы. В схеме предусмотрено и ручное управление. Наиболее важно автоматическое управление самоочищающимися сепараторами, которые могут быть с самоочищающимися барабанами и с барабанами соплового типа. В первом случае отсепарированный осадок выгружается из барабана через определённые промежутки времени без остановки сепаратора; во втором – осадок непрерывно выгружается из барабана через сопла, расположенные по периферии на стенке барабана. Большинство топливных и масляных систем судов в основном зарубежной постройки укомплектованы сепараторами с самоочищающимися барабанами шведской фирмы «Лаваль».

Принцип действия сепаратора с самоочищающимися барабанами представлен на рисунке 3.2. При работе сепаратора нижний барабан 1 (рисунок 3.2,а) подвижной поршневой частью 4 прижимается к верхнему барабану 5 за счёт давления воды p1, подводимой в полость А от напорного бака, установленного на высоте 1,5 – 2 м выше сепаратора. Рассмотренное устройство вращается от приводного электродвигателя. Сила от давления воды в полости А нижнего барабана превышает силу, которую создаёт очищаемая жидкость, находящаяся сверху нижнего барабана, из-за разности площадей нижней и верхней сторон барабана. Испарения и утечки воды из полости А непрерывно пополняются, так как она сообщена с напорным баком.

Для опускания барабана во время работы сепаратора прекращается подача воды в полость А (снимается давление p1), а в полость Б подаётся вода под небольшим давлением Р2. Вследствие этого пружинные клапаны 3, расположенные на дне нижнего барабана 1, опускаются, и вода из полости А уходит на слив (рисунок 3.2,б). При понижении давления в полости А подвижная поршневая часть нижнего барабана давлением очищаемой жидкости переместится вниз, и осадок (примеси) под действием центробежных сил выйдет наружу через прорези в стенках барабана. Вода из полости Б частично сливается через верхнее отверстие небольшого диаметра, однако это не влияет на приток воды давлением Р2. Для закрытия барабана подачу воды в полость Б прекращают, и начинают подавать в полость А. В результате этого пружины 2 прижимают клапаны 3 к сёдлам полости А. Давлением воды, заполняющей полость А, подвижная поршневая часть нижнего барабана перемещается вверх, при этом клапаны 3 всё время прижаты к сёдлам, так как в полости Б давление воды Р2 = 0. Уплотнительное кольцо 6 предотвращает возможные утечки воды через прорези нижнего барабана.

Автоматическое управление сепаратором обеспечивает регулирование последовательности операций по выгрузке осадка, закрытию барабана во время запуска сепаратора и его открытию в момент остановки, а также сигнализирует о неисправностях узлов. Однако настройка на требуемую подачу и периодичность разгрузки барабана задаётся вручную с учётом загрязнённости очищаемой жидкости.

Рисунок 3.2 – Схема перемещения нижнего барабана и очистки сепаратора

Функциональная схема программной очистки сепаратора представлена на рисунке 3.3. При работе сепаратора очищаемая жидкость от подогревателя поступает через трёхходовой пневмоклапан ПК в сепаратор, из которого после очистки отводится по трубопроводу в цистерну сепарированной жидкости или в расходную цистерну. Электромагнитные клапаны ЭМК1 – ЭМК4 обеспечивают автоматическое управление вышеописанными операциями. Клапаны приводятся в действие от щита управления, в котором расположен вал с 10 кулачками. Вал вращается от электродвигателя через редуктор с частотой один оборот за 180 с. Периодичность включения вала задаётся вручную часовым механизмом (в зависимости от степени загрязнения очищаемой жидкости) в пределах от 0,5 до 12 часов.

Согласно программе автоматической очистки сепаратора, приведённой на щите управления (в соответствии с рисунком 3.3), операции осуществляются в следующей последовательности. На 5-й секунде обесточивается катушка ЭМК1, вследствие чего пневмоклапан ПК перекрывает подачу очищаемой жидкости на сепаратор и направляет её на рециркуляцию, отключается сигнализатор давления. Сепарируемая жидкость вырабатывается из сепаратора и удаляется в расходную цистерну. На 25-й секунде обесточивается ЭМК3 и получает питание ЭМК4, вследствие чего прекращается подача воды в полость А и начинается подача в полость Б. В результате нижний барабан начинает опускаться, и осадок через открывающиеся прорези барабана удаляется в цистерну отходов сепарации. На 35 секунде ЭМК4 отключается и подача воды в полость Б прекращается. Клапаны 3 (в соответствии с рисунком 3.2) под действием пружин перемещаются к сёдлам, герметизируя полость А. На 50-й секунде получает питание ЭМК3. Вода из бака с давлением P1 через фильтр Ф поступает в полость А и перемещает нижний барабан вверх до конечного положения, которого он достигнет на 120-й секунде. На 105-й секунде включается ЭМК2, через который в сепаратор подаётся промывочная вода под давлением
0,2 – 0.4 МПа, окончательно очищающая внутреннюю полость сепаратора и уходящая в цистерну отходов. На 120-й секунде клапан ЭМК2 закрывается, прекращая подачу промывочной воды, и в это же время получает питание ЭМК1, открывая пневматический клапан ПК подачи сепарируемой жидкости. Сепаратор входит в режим очистки. На 175 секунде включается сигнализатор давления и, если сепаратор работает в нормальном режиме, аварийная защита не срабатывает. На 180 секунде кулачковый вал устанавливается в пусковое положение. Программное устройство вновь подготовлено к следующему циклу работы в режиме очистки.

Рисунок 3.3 – Функциональная схема программной очистки сепаратора

Аварийная защита с исполнительной световой и звуковой сигнализацией срабатывает от сигнализатора давления при понижении давления в трубопроводе очищенной жидкости до 0,08 МПа. Все электромагнитные клапаны обесточиваются, подача очищаемой жидкости прекращается. Цикл очистки в этом случае может быть осуществлён вручную с помощью трёхходовых клапанов КТ1 – КТ3 и проходных запорных клапанов, показанных на рисунке 3.3.

Технология процесса очистки сепараторов других конструкций существенно не отличается от рассмотренной, изменяется количество контролируемых параметров, тип управляемой рабочей среды, способ подачи и выдержки временных интервалов. При использовании микропроцессорной техники габариты программного устройства могут быть значительно уменьшены.