CN101654149B - 船用油污水叠盘聚集分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船用油污水叠盘聚集分离装置，包括筒体，在所述筒体内至少设置有第一聚集分离器和第二聚焦分离器，该第一聚集分离器和第二聚集分离器分别位于导流孔板的上、下两侧，该导流孔板的周边封闭地固定安装于筒体的内壁上，导流孔板的中间位置设有导流通孔；所述第一聚集分离器的顶端设有顶部盖板，该顶部盖板的周边与筒体内壁间留有间隙；所述第二聚集分离器的底部设有导流盲板，该导流盲板的周边与筒体的内壁间留有间隙；第一聚集分离器和/或第二聚集分离器包括若干相互叠置的波纹分离盘。该分离装置具有结构简单，制造维护方便，油水分离效果理想的优势；特别适用船舶油水的分离中。

Description

船用油污水叠盘聚集分离装置

技术领域

本发明涉及油污水分离处理技术领域，尤其涉及船舶油污水的重力分离装置。

背景技术

随着世界航运事业的快速发展，船舶吨位的迅猛增加，船舶废弃物已成为不可忽视的海洋污染源，尤其是船舶含油压载水、洗舱水以及机舱水等舱底油污水给海洋环保带来了巨大的压力，船舶油污水的排放已成为海洋污染的一个重要因素。为此，国际海事组织和各国政府相继出台了一系列海事法律法规，严格控制船舶污染问题。国际海事组织海上环境保护委员会也将船舶在沿海和特殊区域排放舱底水的含油量不超过15ppm的规定扩大到了所有的海域。因此，船用舱底油污水处理装置成为强制配备执行的船舶污染处理设备。

现有的船用舱底油污水处理分离方法不外乎物理分离、化学分离以及电化分离等三种方法，由于物理分离法具有筒单方便、成本低廉、无二次环境污染等显著优势而得到广泛的应用。重力分离又是物理分离的主要方法。重力分离装置是利用油和水的密度差以及油水的不相溶性，在静止或流动状态下实现油珠、悬浮物与水的分离，分散在水中的油珠在浮力的作用下缓慢地上浮、分层，油珠的聚集上浮以及上浮速度是实现油水高效分离的重要因素。

根据美国哈真(Hazen)提出的浅池理论，颗粒沉降速度与沉淀面积有关，且沉淀分离池身越浅，可被去除的悬浮物颗粒越小，理论上若用水平隔板将总高H分成n层，分离处理能力可以提高n倍。据此，现有的油水重力分离装置大多采用多层水平隔板相隔叠置的结构型式，这种结构能大幅度地提高设备的分离处理能力，减少分离设备所占据的空间；相隔叠置的平板间所形成的油污水横向平行流道，有效地减少了油滴的上浮距离，促使小而分散的油珠聚集并合成大油滴，由于油滴的上浮速度又与油滴直径的平方成正比，因此，油滴直径的增大，上浮速度则大大加快，有利于提高油水分离处理效率。

但在现有平板相隔叠加而构成的油水分离装置中，一方面由于油水流道中的水流流线和过水断面总是恒定的，小而分散的油珠在流动过程中保持不变的移动方向和速度，因而相互碰撞进而聚集的机率并不高；再一方面这种平板结构也使得有限的分离装置空间内，难以达到理想的比表面积，要增加比表面积就必然带来整个空间体积的扩大，这显然对于空间十分宝贵的船舶来说是无法达到的，而比表面积的大小又与油珠的聚集、长大、上浮直接关联。因此，现有的这种平板叠置的结构严重影响着油水分离处理效果。因此，人们又将平板叠置的结构改进成峰谷对置的波纹板结构，这种以波纹板峰谷相对叠置的波纹板结构，在油水分离处理过程中，由于相邻波纹板变间距、变水流流线，过水断面积也是变化的，因此油污水流的交替流动，使油珠间增加了碰撞机率，从而促使小油珠聚集增大，加快油珠的上浮速度，有利于油水分离效果的提升。

但是单向波纹板式结构，用于船舱底油污水处理分离装置中又存在诸多明显的不足：首先由于航行在海上的船舶总会出现左右摇摆，尤其是在遇有风浪时，船舶最大的摇摆角度可达到45°，也即船舶的单侧可能倾斜22.5°，在这种情况下，单向倾斜波纹板的油水通道中的油污水会出现倒流，斜板上聚集的油层不仅不能在斜板出口上浮，而且会使油珠进一步分散变小，甚至乳化，以至无法借助重力来实现油水分离。同时这样倒流或者顺流，也使得分离装置无法连续不间断地进行工作。还由于船舶空间十分宝贵，油污水分离装置不可能占据太大空间，这就使得油水分离通道的长度变得十分有限，大大制约了油水分离处理效果，甚至无法实现油珠的聚集、分离。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种船用油污水叠盘聚集分离装置，它不仅能有效地促使油珠的聚集变大，油污水分离效果好；而且能在船舶摇摆环境下实现油水的连续分离处理。

为了解决上述技术问题，本发明的船用油污水叠盘聚集分离装置，包括筒体，以及设置于筒体顶部的筒盖，在所述筒体上设置有油污水进入口和分离水排放口，在筒盖上设置有废油排放口，在所述筒体内至少设置有第一聚集分离器和第二聚集分离器，该第一聚集分离器和第二聚集分离器分别位于导流孔板的上、下两侧，该导流孔板的周边封闭地固定安装于筒体的内壁上，导流孔板的中间位置设有导流通孔；所述第一聚集分离器的顶端设有顶部盖板，该顶部盖板的周边与筒体内壁间留有间隙；所述第二聚集分离器的底部设有导流盲板，该导流盲板的周边与筒体的内壁间留有间隙；第一聚集分离器和/或第二聚集分离器包括若干相互叠置的波纹分离盘，该波纹分离盘呈锥盘状且盘面为波纹面，各波纹分离盘以其波纹峰谷相错叠。

采用上述结构后，由于聚集分离器是由呈锥盘状结构的波纹分离盘相互错叠而成，具有盘面锥角的分离盘的盘面在360°的回转方向内均呈倾斜结构，即使在船舶摇摆倾斜的情况下，分离盘间的油污水总是在一定方向上保持顺流状态，使得船舶发生任何方向的摇摆倾斜，该油污水分离装置总保持着正常地、连续工作状况，船舶油污水在任何情况下总能处于高效分离中。同时分离盘面的倾斜结构，又巧妙地将现有的平流沉淀分离结构改变成斜板分离结构，申请人经过反复试验对比，该结构较普通平流式分离结构的分离效果有了成倍的提高，特别对散性油珠的分离去除效果更加显著；这种层叠结构又很好地运用了浅池理论原理，在筒体体积不变的情况下，使分离器的分离处理效果提高了层叠波纹锥盘数的倍数。又由于分离盘的锥盘面呈波纹状结构，相邻分离盘的锥面波纹峰谷相互交错叠置而形成油污水分离通道，该分离通道沿径向具有不同的截面积，其径向(通道长度方向)的截面积从其中心向外侧逐渐变大，或者从外侧向中心逐渐变小，构成波纹盘板的变间距，变水流流线，变过水断面的分离通道结构，在该通道中油污水流呈扩散、收缩状态而交替流动产生了正弦脉动水流，大大增加了油污水中油珠之间了碰撞机率，促使小而分散的油珠聚集变大，加快了油珠的上浮速度，提升油污水的分离效果。还由于采用了多组聚集分离器相邻设置的结构，使得在分离器中的油污水能从一组聚集分离器曲折回转地流至另一组聚集分离器，这样一方面大大延伸了油污水分离通道的长度，从根本上解决了船舶空间狭小而带来的分离通道长度不足的缺陷，既能最大限度地利用船舶空间，又能确保分离器的油水分离效果，确保分离器的高效工作；另一方面这种结构在分离通道延伸长的同时，也大大增加了分离器油水界面的覆盖面积，使得油水分离时间更加充分，油珠聚集、上浮效果更加理想，再一方面，这种结构所形成的曲折油水分离通道，又进一步增加了油珠碰撞聚集的效果，更有效地促进油珠并合长大，加速上浮分离，因此该结构具有十分理想的油水分离效果。同时这种采用波纹状的锥盘分离结构，不仅在设计理念进行了重大的突破，特别适用于船舶的油水分离装置中，而且具有结构简单、制作维护方便的特点。

本发明的优先实施方式，在所述第二聚集分离器底侧的导流盲板的下侧设置有第三聚集分离器，该第三聚集分离器的底部设有底部导流孔板，该底部导流孔板的周边封闭地固定安装于筒体的内壁上，底部导流孔板的中间位置设有导流通孔；该第三聚集分离器包括若干相互叠置的波纹分离盘，该波纹分离盘呈锥盘状且盘面为波纹面，各波纹分离盘以其波纹峰谷相错叠。在第二聚集分离器的下侧再增设第三聚集分离器，又进一步延长了油水分离通道的长度，增加油水分离时间，使油水分离路径更加曲折回转，故而油水中油珠的碰撞机率进一步增加，油珠更加易于聚集变大，油水分离效果得到进一步提升。

本发明进一步实施方式，波纹分离盘的盘面锥角β＝15°～30°。采用该盘面锥角的角度范围后，既能适应在船舶摇摆环境下连续工作，又能通过这种斜板结构增强油水分离效果。

本发明又一优先实施方式，相邻的两波纹分离盘的波纹峰谷相错叠而构成沿径向布置的油污水通道，该油污水通道的最大高度为9mm～25mm。各波纹分离盘以其盘面的波纹峰谷相互交错叠置，从而在相互错开对置的谷峰间形成径向的油污水分离通道；过小的通道高度虽能在一定容积条件下具有较大的比表面积，但很容易形成油滴和气泡在通道中的堵塞，反而使整个分离装置的工作效率下降；过大的通道高度尺寸又会占用过大的空间，且使分离效率下降，不利于节省有限的船舱空间，同时由于该油污水通道沿周向(通道宽度方向)的高度是从零到最大再至零变化的。该油污水流道的最大高度应控制为9mm～25mm范围内具有理想的综合分离处理效果。

本发明的优选实施方式，所述筒体顶部设置有筒盖，该筒盖呈球冠状结构，废油排放口设置于呈球冠状的筒盖上。球冠状筒盖结构，使得分离的油品在球冠内得到进一步的聚集纯化，排出油品纯度更高，甚至可以回用；同时，这种球冠状结构在排放油品时，也有利于油品呈单一净品的排出，防止排放过程中油与水的再度混杂。

本发明的优选实施方式，所述波纹分离盘的波纹锥盘板材包括盘板基材，以及覆于该盘板基材上的疏油层。波纹锥盘板材采用基材涂覆疏油层的结构，加速了聚集油滴沿板面上浮速度，且在板面不留任何油迹；尤其是板面表层的疏油材料还有效地防止增大油滴在分离通道内的留滞，而形成的分离通道堵塞，确保了分离装置的高效工作。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明船用油污水叠盘聚集分离装置作进一步详细的说明。

图1是本发明船用油污水叠盘聚集分离装置一种具体实施方式的外形结构图；

图2是本发明船用油污水叠盘聚集分离装置另一种具体实施方式的剖视结构示意图；

图3是图2所示结构的工作流程示意图；

图4是本发明船用油污水叠盘聚集分离装置又一种具体实施方式剖视结构示意图；

图5是图4所示结构的工作流程示意图；

图6是本发明中聚集分离器的主视结构示意图；

图7是图6所示聚集分离器结构的俯视结构示意图；

图8是本发明中聚集分离器的波纹分离盘的主视结构示意图；

图9是图8所示结构的俯视结构示意图。

具体实施方式

图1所示的船用油污水叠盘聚集分离装置，筒体1呈圆柱状，材料采用优质碳素钢；与筒体1相互焊接的筒底板8为圆板结构，其上设有若干安装螺孔。在该筒底板8上设置有污泥排放口9，该排放口9用于排放沉淀于筒底的污泥、颗粒杂质等，以保持筒体内的相对洁净。筒体1的顶部通过连接法兰6连接安装有筒盖5，该筒盖5呈球冠状结构，废油排放口3设于该呈球冠状结构的筒盖5上。当然筒体1除采用圆柱筒状结构以外，还可以采用其它形状，此时该筒盖5则应采用与筒体1对应的其他具有弧形结构的筒盖。在筒体1的筒身上还设有油污水进入口2和分离水排放口7，油污水进入口2位于筒身的上部位置，但其位置低于废油排放口3，而分离水排放口7则位于筒身的下部位置。在筒盖5的顶端位置还设置有吊环4。

在图2所示的船用油污水叠盘聚集分离装置中，其筒体1及其设于其上的油污水进入口2、废油排放口3、筒盖5、分离水排放口7和污泥排放口9采用如图1所示的实施方式。如图2示筒体1通过连接法兰6与筒盖5固定连接，筒体1和筒盖5所形成的筒腔大体可分为静置分离腔和流道分离腔；筒体1的上部以及其上具有球冠状的筒盖6构成静置分离腔，筒体1下方内则设有由聚集分离器所构成的波纹叠盘油污水流道分离腔。在筒体1的筒腔内从上至下依次相邻地设置有第一聚集分离器12和第二聚集分离器15两组聚集分离器，该两组聚集分离器分别位于导流孔板14的上、下两侧；导流孔板14呈圆盘状结构，其导流孔板14的中间位置设置有导流通孔，以便使油污水从第一聚集分离器12流入第二聚集分离器15。导流孔板14的周边通过筒内的焊接支撑圈封闭地固定安装于筒体1的内壁上，以阻挡油污水从第一聚集分离器12的外侧和筒体内壁间进入筒体的下部空间，而引导油污水汇集后从导流孔板14的导流通孔进入第二聚集分离器15。

在第一聚集分离器12的顶端部设有顶部盖板11，该顶部盖板11呈平底圆盘状结构，其周边与筒体1的内壁间留间隙，以迫使油污水从第一聚集分离器12的外侧周面均匀地沿径向进入其波纹分离盘19间的油污水分离通道，而后再汇集到位于其中间的导流通孔内。该顶部盖板11则通过支撑螺杆13与导流孔板14固定支撑连接。

在第二聚集分离器15的底部固定地设有导流盲板16，该导流盲板16也呈平底圆盘状结构，它通过位于中间导流通孔内的连接螺杆与导流孔板14及顶部盖板11相互固定连接。导流盲板16阻挡从聚集分离器中间导流通孔流入的油污水继续沿该通孔流出，而迫使其均匀上倾地沿径向进入第二聚集分离器15的波纹分离盘19构成的油水分离通道。经两组聚集分离器分离的分离水已经相当洁净，它沿第二聚集分离器的周边间隙进入到筒体1的底腔，最终经分离水排放口7排出。

第一聚集分离器12和第二聚集分离器15均由若干波纹分离盘19相互层叠而构成，如图6所示，各波纹分离盘19呈中间带有导流通孔的锥盘状结构，且该锥盘的盘面为波纹面。各波纹分离盘19以其盘面的波纹峰谷相互交错叠置，从而在相互错开对置的谷峰间形成径向分离通道，该径向的分离通道其截面积从其中间向外侧逐渐变大，或者从外侧向中间逐渐变小。

图3则示出了图2所示结构的油水分离工作示意图。从油污水进入口2进入到筒体上腔的油污水，在顶部盖板11的导引作用下，均匀地沿筒体内壁的周边间隙均匀地流入到第一聚集分离器12的各个波纹盘形成的分离通道内。在该分离器的分离通道中，由于油污水是从外侧倾斜向下地流动，且分离通道在此方向上其截面积是从大逐渐变小的。因而一方面油污水中的油珠上浮方向与水流方向是逆向的，从而大大增加了油珠间的相互碰撞聚并的机会，而碰撞机会的增多又加速了油珠的变大。另一方面分离通道中的油污水受变截面分离通道的收缩挤压作用又进一步增加了油珠的碰撞机率，也加快了油珠的聚集变大。根据油滴上浮速度与油滴直径平方成正方的理论，油滴直径加大则会大大加快油滴上浮分离速度，从而实现油与水的高效分离。经实际使用和分析对比证明，油污水中的油珠大部分在第一聚集分离器得到分离。

经第一聚集分离器12分离作用后，大部油珠已上浮分离，此时油污水在导流孔板14的引导下经其中间导流通孔进入到第二聚集分离器15进行进一步的分离。此时油污水实际上是从中间倾斜向上地沿径向流动的，且分离通道在水流流线方向其截面积是从小逐渐变大的。故而油污水中的油珠上浮方向与水流方向是同方向的，分离通道中的油污水呈扩张状态，两者的共同作用有效增加着油珠的碰撞机会。经第二聚集分离器15分离后的分离水沿筒体1周壁间隙流至筒体1的下部空腔，再经分离水排入口7排出。

从上述的分离工作过程可以看出，油污水中的油珠上浮方向和水流方向是从逆向，再到同向的；波纹分离盘19的截面积则是从大逐渐变小，再从小逐渐变大。在这种流向的逆向、同向，水流的收缩、扩张交替进行的脉动过程中，油珠的碰撞机率得到了最大限度的提高，有效地加快了油珠的聚集变大速度，加快了油珠的上浮和分离效率。

在图4所示的船用油污水叠盘聚集分离装置中，除筒体内的聚集分离器的组数及与之相关的安装方式有所不同之外，其他结构与图2所示结构相同。在图4所示结构中，在第二聚集分离器15底侧位置设有导流盲板16，该导流盲板16呈平底圆盘状结构，其周边与筒体1的内壁间留有间隙，以便阻挡水流经分离器的中间通道流入第三聚集分离器17，而迫使其从第三聚集分离器17的外侧向其中间动。第三聚集分离器17位于导流盲板16的下侧面，第三聚集分离器17的底部设有底部导流孔板18，该底部导流孔板18呈中间带有导流通孔的圆盘状结构，以便将第三聚集分离器17进一步分离的分离水经其中间导流通孔流入筒体1的下部腔室内。该底部导流孔板18的周边通过焊接方式封闭地固定安装于筒体1的内壁上，阻挡分离水从筒体内壁处向筒体下部腔室流动。

图5示出了图4所示结构的油水分离器工作示意图。经第二聚集分离器15分离后，分离水在导流盲板16的引导下，从筒体1内壁间隙处沿周向进入到第三聚集分离器17中。此时分离水是从分离器的外侧倾斜向下地流动，且此时的分离通道在流动方向上其截面各是从大变小的，分离水中的油珠上浮方向与水流方向呈逆向运动。因此，图4所示的分离装置包含了叁组分离器，在分离过程中油珠的上浮方向和水流方向依次经逆向——同向——逆向的过程，流经的分离器分离通道则依次进行了从大变小——小变大——大变小的交替过程，这种过水断面交替变化、上浮流动方向的交替变化、水流状态的收缩——扩张——收缩的交替脉动中，油珠的碰撞机率大为增加，油珠上浮速度大大加快，油水分离效果得到了极大的增强。

图6、图7示出了一组聚集分离器的示意结构(以第一聚集分离器为例)。该结构的聚集分离器包括有若干相互层叠的波纹分离盘19，各波纹分离盘19呈中间带有导流通孔20的圆锥形盘状结构，且该锥盘的盘面呈波纹面，该盘面波纹沿盘面的周向延伸。相邻分离盘的锥面波纹峰谷相互交错叠置而形成油污水分离通道，该分离通道沿径向具有不同的截面积，其径向(通道长度方向)的截面积从其中心向外侧逐渐变大，其周向(通道宽度方向)的通道高度则是从零到最大再至零变化的，且通道的最大高度控制为9mm～25mm范围内。在分离器的外周边可以设置有若干根支撑耳21，以便实现对分离器的固定支撑。在该结构的分离器中，由于采用了波纹盘结构，各波纹管分离盘19相互连接十分稳固，且不需要其他固定件，其相互间的间距或分离通道的截面尺寸取决于自身的波纹结构尺寸。

图8、图9示出了分离器中单只波纹分离盘19的结构示意图。波纹分离盘19的盘面锥角β为20°，当然根据介质分离条件、具体工作状况，该盘面锥角β可以在15°～30°之间进行优选。上述的盘面锥角β为盘面倾斜母线与水平线间的夹角。该波纹分离盘19的盘板材料由盘板基材以及覆于该基材上的疏油层构成，本实施例中，盘板基材以钢板为材料，盘板基材上的疏油层涂层材料为现有的疏水油纳米材料，也可以采用聚4氧化乙烯等相应的疏油材料。

上述举出了本发明的一些常用实施方式，但本发明并不局限于此，在不违背本发明基本原理的情况下，还可以作出许多的改进和变换。如：分离装置中除采用两组或叁组聚集分离器，还可以采用一组聚集分离器，或四组以上的聚集分离器，其组数应当根据分离介质情况以及实际工作条件等因素而确定。在多组的分离器中，至少有一组分离器采用相叠的波纹分离盘结构，而其他分离器可以是平板或斜板或锥形板等其他的结构型式。筒体1也不限于圆柱筒状结构还可以是矩形柜状、椭圆筒状等其他几何结构的筒状。在筒体1上还可以增设加热装置，以便一定条件下提升油水温度，利于油水分离。等等。因此，只要采用了波纹分离盘相叠而成的分离器结构，均视为落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种船用油污水叠盘聚集分离装置，包括筒体(1)，以及设置于筒体(1)顶部的筒盖(5)，在所述筒体(1)上设置有油污水进入口(2)和分离水排放口(7)，在筒盖(5)上设置有废油排放口(3)，其特征在于：在所述筒体(1)内至少设置有第一聚集分离器(12)和第二聚集分离器(15)，该第一聚集分离器(12)和第二聚集分离器(15)分别位于导流孔板(14)的上、下两侧，该导流孔板(14)的周边封闭地固定安装于筒体(1)的内壁上，导流孔板(14)的中间位置设有导流通孔；所述第一聚集分离器(12)的顶端设有顶部盖板(11)，该顶部盖板(11)的周边与筒体(1)内壁间留有间隙；所述第二聚集分离器(15)的底部设有导流盲板(16)，该导流盲板(16)的周边与筒体(1)的内壁间留有间隙；第一聚集分离器(12)和/或第二聚集分离器(15)包括若干相互叠置的波纹分离盘(19)，该波纹分离盘(19)呈锥盘状且盘面为波纹面，各波纹分离盘(19)以其波纹峰谷相错叠。

2.根据权利要求1所述的船用油污水叠盘聚集分离装置，其特征在于：在所述第二聚集分离器(15)底侧的导流盲板(16)的下侧设置有第三聚集分离器(17)，该第三聚集分离器(17)的底部设有底部导流孔板(18)，该底部导流孔板(18)的周边封闭地固定安装于筒体(1)的内壁上，底部导流孔板(18)的中间位置设有导流通孔；该第三聚集分离器(17)包括若干相互叠置的波纹分离盘(19)，该波纹分离盘(19)呈锥盘状且盘面为波纹面，各波纹分离盘(19)以其波纹峰谷相错叠。 

3.根据权利要求1或2所述的船用油污水叠盘聚集分离装置，其特征在于：所述波纹分离盘(19)的波纹沿盘面周向延伸，该波纹分离盘(19)的中间设有通孔。

4.根据权利要求3所述的船用油污水叠盘聚集分离装置，其特征在于：所述波纹分离盘(19)的盘面锥角β＝15°～30°。

5.根据权利要求1、2或4所述的船用油污水叠盘聚集分离装置，其特征在于：相邻的两波纹分离盘(19)的波纹峰谷相错叠而构成沿径向布置的油污水通道，该油污水通道的最大高度为9mm～25mm。

6.根据权利要求1或2所述的船用油污水叠盘聚集分离装置，其特征在于：所述筒盖(5)呈球冠状结构。

7.根据权利要求1、2或4所述的船用油污水叠盘聚集分离装置，其特征在于：所述波纹分离盘(19)包括盘板基材，以及覆于该盘板基材上的疏油层。

8.根据权利要求7所述的船用油污水叠盘聚集分离装置，其特征在于：所述波纹分离盘(19)的盘板基材为钢板，覆于盘板基材上的疏油层材料为疏油疏水纳米材料或聚4氧化乙烯涂层材料。 

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