技术领域

[01] 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

[02] 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。

[03] 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 1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—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 。

[04] 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。

[05] 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。

[06] 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。

[07] 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。

[08] 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。

[09] 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

[10] 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。

[11] 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。 [12] 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。

[13] 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。 但是实际应用中，、除变压器油需要脱水脱气 外， 一般 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

[15] 编号说明：

1 真空罐

3 真空罐出口

5 冷凝器

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

[16] 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。

[17] 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。

[18] 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。

[19] 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

[20] 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。

[21] 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。

[22] 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鑊 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。

[23] 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， 可才 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。

[24] 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。

[25] 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。

[26] 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。

[27] 以下进一步以采用本技术的真空滤油机进行举 例说明。

[28] 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 °C左右， 需要的油处理流量为 5 L/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。

[29] 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。 [30] 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。

[31] 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。

[32] 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。

[33] 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。

[34] 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。

[35] 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。

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

[37] 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。

[38] 显然， 采用仪表与自动控制系统控制运行参数， 可提高脱水速度。