CN101810941A - 复合式油水分离系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合式油水分离系统，其包括依次连接的第一旋流管本体(10)、梯型管本体(30)和第二旋流管本体(20)，所述梯型管本体(30)包括平行设置的下水平管(31)、上水平管(33)以及与所述下水平管(31)、上水平管(33)垂直连通的若干等间隔的垂直管(32)。利用本发明的分离系统进行分离的方法综合运用离心、重力、膨胀复合等多种原理，克服了采用单一原理的分离方法对于不同工况下处理效率偏低的缺点，提高了分离效率，改进了分离技术，减轻了分离器重量。本发明的分离系统适合于陆上油田和海上油田使用，有很好的工业应用前景。

Description

复合式油水分离系统

技术领域

本发明石油化工设备领域，特别是涉及一种应用在陆上及海上采油平台的复合式油水分离系统。

背景技术

当前所采用的分离原理有：重力、离心、过滤、静电、破乳等，初期分离设备，一般均采用一种分离原理进行油水分离，近年来应用多种分离原理结合起来进行分离的设备是发展方向。例如专利CN2569538Y公开了一种高效油水分离器，描述的是一个主要采用重力分离原理的分离装置；中国科学院生态研究中心的发明专利螺旋流道膜油水分离装置(专利公开号：CN1299693.A)，采用了离心原理和膜技术结合起来进行分离的设备和方法；在现实生产中，往往需要对大量的油水混合液进行快速分离，重力原理和膜技术都是有效的分离技术手段，尤其是膜技术特别适用于油水的精细分离，但两种技术的处理速度相对较慢，因此导致设备结构复杂、体积庞大。

专利申请号为200710175999.3的发明公开了一种采用梯型管、螺旋管及重力沉降容器组成的分离系统，利用离心、重力、膨胀复合原理对油气水进行分。该发明结构简单、处理快速、体积适中，但由于螺旋管的旋转半径尺寸限制，产生的离心加速度较低，因此不适用于含油污水的精细分离。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是克服现有油气水分离装置采用单一或复合分离原理在处理速度和精细分离方面的不足，提高分离效率，改进分离技术，减轻分离装置重量。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，提供一种依照本发明实施方式的一种复合式油水分离系统，其包括依次连接的第一旋流管本体、梯型管本体和第二旋流管本体，所述梯型管本体包括平行设置的下水平管、上水平管以及与所述下水平管、上水平管垂直连通的若干等间隔的垂直管；

所述第一旋流管本体的第一水平进液管与管径相同的第一旋流管相切连接，设置于所述第一旋流管顶部的第一旋流管顶部出口连接第一流量控制测量系统，作为第一出油口；

垂直设置于所述第一旋流管底部的第一水平出液口与所述梯型管本体的下水平管的进口连通，下水平管的出口与所述第二旋流管本体的第二水平进液管连接，所述梯型管本体的上水平管的出口连接第二流量控制测量系统作为第二出油口；

所述第二旋流管本体的第二水平进液管与第二旋流管相切连接，设置于所述第二旋流管顶部的第二旋流管顶部出口连接第三流量控制测量系统，作为第三出油口；

垂直设置于所述第二旋流管底部的第二水平出液口连接第四流量控制测量系统，作为出水口。

优选地，在所述第一水平进液管内安装第一导流板，在所述第一水平进液管的内腔形成竖立的拱形，所述第一旋流管的侧壁具有与所述竖立的拱形相同形状的开孔，所述第一水平进液管通过所述第一导流板与第一旋流管以T形接头方式相切连接。

优选地，所述第一水平进液管与所述第一旋流管采用螺旋渐近线方式连通，所述第一水平进液管的出口具有由圆变方的过渡段，连接处呈270°角，连通处的孔截面为矩形。

优选地，在所述第二水平进液管内安装第二导流板，在所述第二水平进液管的内腔形成竖立的拱形，所述第二旋流管的侧壁具有与所述竖立的拱形相同形状的开孔，所述第二水平进液管通过所述第二导流板与第二旋流管以T形接头方式相切连接。

优选地，所述第二水平进液管与所述第二旋流管采用螺旋渐近线方式连通，所述第二水平进液管的出口具有由圆变方的过渡段，连接处呈270°角，连通处的孔截面为矩形。

优选地，所述梯型管本体的垂直管的管径小于下水平管和上水平管的管径。

优选地，所述第一水平出液口的管径小于所述第一旋流管的管径，所述第二水平出液口的管径小于所述第二旋流管的管径。

优选地，所述第一流量控制测量系统包括由管线依次连接的止回阀、电动阀、流量计、压力调节阀和压力变送器；

所述第二流量控制测量系统包括由管线依次连接的止回阀、电动阀和压力变送器；

所述第三流量控制测量系统包括由管线依次连接的止回阀、电动阀、流量计、压力调节阀以及压力变送器；

所述第四流量控制测量系统包括由管线依次连接的压力变送器、电动阀门、止回阀、流量计以及缓冲罐。

(三)有益效果

本发明的油水分离系统，采用旋流管、梯型管组合式分离构件，各部分构件可以方便地进行组合以应对各种工况；在空间占用上明显优于传统的重力沉降分离设备，在重量上可以减轻50％以上；利用本发明的分离系统进行分离的方法综合运用离心、重力、膨胀复合等多种原理，克服了采用单一原理的分离方法对于不同工况下处理效率偏低的缺点，提高了分离效率，改进了分离技术，减轻了分离器重量。本发明的分离系统适合于陆上油田和海上油田使用，有很好的工业应用前景。

附图说明

图1是依据本发明实施方式的复合式油水分离系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明的用于陆上处理站及海上采油平台的复合式油水分离系统，主要包括第一旋流管本体10、第二旋流管本体20、梯型管30，以及与之配套的测量与控制系统。

所述梯型管本体30包括平行设置的下水平管31、上水平管33以及与所述下水平管31、上水平管33垂直连通的3-10根等间隔的垂直管32；垂直管32的管径小于上、下水平管，其接口方式类似于异径三通；

所述第一旋流管本体10的第一水平进液管11与管径相同的第一旋流管12相切连接，设置于所述第一旋流管12顶部的第一旋流管顶部出口13连接第一流量控制测量系统40，作为第一出油口连接到其它容器；

垂直设置于所述第一旋流管12底部的第一水平出液口14经球阀75和压力变送器71后与所述梯型管本体30的下水平管31的进口连通，下水平管31的出口经球阀105和压力变送器101后与所述第二旋流管本体20的第二水平进液管21连接，所述梯型管本体30的上水平管33的出口连接第二流量控制测量系统50作为第二出油口与其它容器连接；

所述第二旋流管本体20的第二水平进液管21与第二旋流管22相切连接，设置于所述第二旋流管22顶部的第二旋流管顶部出口23连接第三流量控制测量系统60，作为第三出油口与其它容器连接；

垂直设置于所述第二旋流管22底部的第二水平出液口24连接第四流量控制测量系统90，作为出水口具有对外排放功能。

其中，来液管经压送器81后，与第一旋流管本体10的第一进液管11连接，其管径与第一旋流管12管径相同，两者垂直交，类似T形三通；在第一进液管11中安装有第一导流板15，其目的是逐渐减小流道横截面积，达到加速流体的目的；第一导流板15最终与第一旋流管12侧壁连接，与第一进液管11内腔形成竖立的拱形，按此形状在第一旋流管12的侧壁开孔，因此第一进液管11与第一旋流管12由此孔进行连通，液体可以通过此孔切向进入第一旋流管12内部，切向入口面积为管道面积的10％；第一旋流管12在顶部中央设有出口13，其管径小于第一旋流管12，出口13与第一流量控制测量系统40连接后，继续连接至重力沉降罐；第一旋流管12在底部设有第一水平出液口14，两者垂直连接，第一水平出液口14的管径小于第一旋流管12，要保证两管内壁相切，液体可以通过两者间的连接孔由第一旋流管12底部切身流出至第一水平出液口14。第一水平进液管11与第一旋流管12的第二种连接方法是采用螺旋渐近线方式，第一水平进液管11入口有个由圆变方的过渡，然后经过270°角度后与第一旋流管12连接，两者相通的孔截面为矩形。

第一水平出液口14出口连接电动阀715、压力变送器711，由系统对第一水平出液口14的流量和压力进行监控；球阀75和压力变送器71之间安装有一过渡段78，用来连接左右边不同的管径。

梯型管30的下水平管31的一端连接压力变送器71，另外一端连接电动阀105、压力变送器101后，与第二旋流管20连接；上水平管33的一端是盲端，另外一端经第二流量控制测量系统50后，连接至重力沉降罐。

第二旋流管本体20的第二进液管21的管直径与第二旋流管22管径相同，两者垂直相交，类似T形三通；在第二进液管21中安装有第二导流板25，其目的是逐渐减小流道横截面积，达到加速流体的目的。第二导流板25最终与第二旋流管22侧壁连接，与第二进液管21内腔形成竖立的拱形，按此形状在第二旋流管22侧壁开孔，因此第二进液管21与第二旋流管22由此孔进行连通，液体可以通过此孔切向进入第二旋流管22内部，切向入口面积为管道面积的10％；第二旋流管22在顶部中央设有出口23，其管径小于第二旋流管22，出口23与第三流量控制测控系统60连接后，继续连接至重力沉降罐。第二旋流管22在底部设有第二水平出液口24，两者垂直连接，第二水平出液口24的管径小于第二旋流管22，要保证两管内壁相切，液体可以通过两者间的连接孔由第二旋流管22底部切身流出至第二水平出液口24；第二水平出液口24出口连接第四流量控制测量系统90后，经缓冲罐99，通向大海或其它排放地。第二水平进液管21与第二旋流管22的第二种连接方法是采用螺旋渐近线方式，第二水平进液管21入口有个由圆变方的过渡，然后经过270°角度后与第二旋流管22连接，两者相通的孔截面为矩形。

第一流量控制测量系统40由止回阀46、电动阀45、流量计44、压力调节阀43、压力变送器41及管线组成，用来调节第一旋流管12的顶部出口流量，按入口流量的相应比例控制，从旋流管顶部排出的液体，保证分离后的大部分高含油液体经此方向排出；

第二流量控制测量系统50由止回阀56、电动阀55、压力变送器51及管线组成，用来梯型管上水平管33的出口流量，按梯形管30的入口流量的相应比例控制，保证经梯型管分离后的大部分高含油液体经此方向排出；

第三流量控制测量系统60由止回阀66、电动阀门65、流量计64、压力调节阀63、压力变送器61及管线组成，用来调节第二旋流管22的顶部出口流量，按入口流量的相应比例控制，从旋流管顶部排出的液体，保证分离后的大部分高含油液体经此方向排出；

第四流量控制测量系统90由压力变送器91、电动阀门95、止回阀96、流量计94、缓冲罐99及管线组成，用来调节第二旋流管22的顶部出口流量，按入口流量的相应比例控制旋流管底部排出的液体量，保证分离后的大部分达废水经此方向排出；

来液口取样阀82、第一旋流管底口取样阀72以及排水管线取样阀92的功能是可以接取对应管线中的流体样品，便于随时检测分离效率等参数。

实施例1

在上述技术方案中，水平进液管11管径为400mm，旋流管12管径同为400mm，水平进液管11与旋流管12的连接方式为T形直接连通时，水平进液管11的长度为2000mm，导流板与水平进液管11轴线的夹角为11°，并且垂直地面，水平进液管11距旋流管12上出口13距离为800mm，旋流管12总长为3200mm，旋流管12底部的水平出口14距旋流管12底部750mm，沿旋流管12内壁切向引出，水平出口14的管径为300mm，长度为500mm，水平进液管11流向与底部出口14流向一致。水平进液管11与旋流管12的连接方式为螺旋渐近线方式时，其曲线公式为r＝200exp(0.1472θ)，θ的取值范围0-3/2π，入口长度为700mm，横截面为矩形，在此之前应设置一个由圆变方的过渡段。

实施例2

在上述技术方案中，水平进液管21管径为300mm，旋流管22管径同为300mm，21与22的连接方式为T形直接连通时，水平进液管21的长度为1500mm，导流板与水平进液管21轴线的夹角为11°，并且垂直地面，水平进液管21距旋流管22上出口23距离为800mm，旋流管22总长为3200mm，旋流管22底部的水平出口24距旋流管22底部750mm，沿旋流管22内壁切向引出，水平出口24的管径为200mm，长度为500mm，水平进液管21的入口流向与底部出口24流向一致。水平进液管21与旋流管22的连接方式为螺旋渐近线方式时，其曲线公式为r＝150exp(0.1472θ)，θ的取值范围0-3/2π，入口长度为700mm，横截面为矩形，在此之前应设置一个由圆变方的过渡段。

实施例3

在上述技术方案中，梯型管30的上水平管33与下水平管31的管径均为400mm。为便于连接第一旋流管的底部水平出液口14(其管径为300mm)，在压力变送器71和球阀75间有一个过渡段78，作为半径过渡；垂直管32的管径为300mm，高度1500mm，间距2000m，共8根，垂直管32与水平管的连接采用垂直T型连接。下水平管31一端连接第一旋流管的底部出口14，另外一端连接第二旋流管水平进液口21。上水平管33来液方向一端是盲端，另外一端连接一组测控系统后连接至其它容器。

实施例4

在上述实施例基础上组建成的一套油水多相分离系统，日处理液量为10万桶，由测控系统40、50、60、90组成闭环控制系统，保证第一旋流管及第二旋流管顶部排出的流量控制在入口流量的10％左右，梯型管33排放的流量控制在第二进液口21入口流量的5％左右，第二旋流管底口24直接外排的液量控制在第二进液口21入口流量的5％左右；来液中含油浓度在100-10000ppm范围内，此系统处理后的废水中含油率小于20ppm。

利用上述各实施例的复合式油水分离装置进行油水分离的方法包括以下步骤：

1.含油浓度在10％以下的污水，以150m³/h的流量，通过压力变送器81后，从第一旋流器的第一水平进液管11进入本分离系统；在入口前安装压力变送器81，用来采集入口压力信号；

2.通过第一水平进液管11的导流和缩口，油水两相混合物逐渐加速，最后切向射入方式进入第一旋流管12内部，在旋流管内形成高速旋转的流体，油水两相在离心力做用下，快速分离，密度较油大的水相富集在旋流管内壁，而旋流管中心区域富集油相；

3.通过监测和调节电动阀45、流量计44、压力调节阀43、压力变送器41，控制从第一旋流管顶部出口13的流量为第一水平进液管11入口流量的10％左右，使得旋流管中心的油柱在出口13处达到最佳排放效果；

4.从第一旋流管顶部出口13处排的高含油污水输送至其它油水分离设备进行最后的分离，例如：重力沉降罐；设置在电动阀45与顶部出口13之间的止回阀46为了防止液体回流；

5.通过第一次旋流分离，含油浓度降低后的污水从第一旋流管底部出口14以切向方式引出；

6.引出后通过电动阀75和压力变送器71的测量和控制，控制底部出口流量和压力，使得第一旋流管工作在最佳工况，并为后续的梯型管分离调整工作参数；

7.在梯型管下水平管31中流动的油水混合物流速降到0.15m/s左右，在流动过程中，逐渐形成分层流动；

8.在重力和浮力作用下，较轻的油团不断通过垂直管32，向上水平管33汇聚，而在上水平管33流动的水有一部分沉降到下水平管31中；

9.在上水平管33中聚集的高含油污水，通过管线被引入其它油水分离设备进行最后的分离，例如：重力沉降罐；

10.电动阀55、压力变送器51的控制下，上水平管33出口流量被控制在第一水平进液管11总入口流量的10-20％左右；设置在电动阀55与上水平管33之间的止回阀56为了防止液体回流；

11.经过再次脱油处理后的污水经过电动阀105和压力变送器101进入第二旋流管的第二水平进液管21，流体在第二水平进液管21内被逐渐加速并以切线引入方式引入旋流管22；在旋流管内形成高速旋转的流体，油水两相在离心力做用下，快速分离，密度比油大的水相富集在旋流管内壁附近，而旋流管中心区域富集油相；

12.通过监测和调节电动阀门65、流量计64、压力调节阀63、压力变送器61，控制从第二旋流管顶部出口23的流量为第二水平进液管21入口流量的10％左右，使得旋流管中心的油柱从第二旋流管顶部出口23处达到最佳排放效果；

13.从第二旋流管顶部出口23处排出的高含油污水输送至其它油水分离设备进行最后的分离，例如：重力沉降罐；设置在电动阀门65与第二旋流管顶部出口23之间的止回阀66为了防止液体回流；

14.通过第二次旋流分离，含油浓度降低后的污水从第二旋流管底部出口24以切向方式引出，经压力变送器91、电动阀95、流量计94、缓冲罐99后直接排放，在电动阀95与流量计94之间安装有止回阀96，防止液体反向流动；

经过本系统处理后的外排污水含油率小于20ppm，达到国家污水排放标准。

由以上实施例可以看出，本发明的油水分离系统，采用旋流管、梯型管组合式分离构件，各部分构件可以方便地进行组合以应对各种工况；在空间占用上明显优于传统的重力沉降分离设备，在重量上可以减轻50％以上；利用本发明的分离系统进行分离的方法综合运用离心、重力、膨胀复合等多种原理，克服了采用单一原理的分离方法对于不同工况下处理效率偏低的缺点，提高了分离效率，改进了分离技术，减轻了分离器重量。本发明的分离系统适合于陆上油田和海上油田使用，有很好的工业应用前景。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种复合式油水分离系统，其特征在于，所述分离系统包括依次连接的第一旋流管本体(10)、梯型管本体(30)和第二旋流管本体(20)，所述梯型管本体(30)包括平行设置的下水平管(31)、上水平管(33)以及与所述下水平管(31)、上水平管(33)垂直连通的若干等间隔的垂直管(32)；

所述第一旋流管本体(10)的第一水平进液管(11)与管径相同的第一旋流管(12)相切连接，设置于所述第一旋流管(12)顶部的第一旋流管顶部出口(13)连接第一流量控制测量系统(40)，作为第一出油口；

垂直设置于所述第一旋流管(12)底部的第一水平出液口(14)与所述梯型管本体(30)的下水平管(31)的进口连通，下水平管(31)的出口与所述第二旋流管本体(20)的第二水平进液管(21)连接，所述梯型管本体(30)的上水平管(33)的出口连接第二流量控制测量系统(50)作为第二出油口；

所述第二旋流管本体(20)的第二水平进液管(21)与第二旋流管(22)相切连接，设置于所述第二旋流管(22)顶部的第二旋流管顶部出口(23)连接第三流量控制测量系统(60)，作为第三出油口；

垂直设置于所述第二旋流管(22)底部的第二水平出液口(24)连接第四流量控制测量系统(90)后，作为出水口。

2.如权利要求1所述的复合式油水分离系统，其特征在于，在所述第一水平进液管(11)内安装第一导流板(15)，在所述第一水平进液管(11)的内腔形成竖立的拱形，所述第一旋流管(12)的侧壁具有与所述竖立的拱形相同形状的开孔，所述第一水平进液管(11)通过所述第一导流板(15)与第一旋流管(12)以T形接头方式相切连接。

3.如权利要求1所述的复合式油水分离系统，其特征在于，所述第一水平进液管(11)与所述第一旋流管(12)采用螺旋渐近线方式连通，所述第一水平进液管(11)的出口具有由圆变方的过渡段，连接处呈270°角，连通处的孔截面为矩形。

4.如权利要求1所述的复合式油水分离系统，其特征在于，在所述第二水平进液管(21)内安装第二导流板(25)，在所述第二水平进液管(21)的内腔形成竖立的拱形，所述第二旋流管(22)的侧壁具有与所述竖立的拱形相同形状的开孔，所述第二水平进液管(21)通过所述第二导流板(25)与第二旋流管(22)以T形接头方式相切连接。

5.如权利要求1所述的复合式油水分离系统，其特征在于，所述第二水平进液管(21)与所述第二旋流管(22)采用螺旋渐近线方式连通，所述第二水平进液管(21)的出口具有由圆变方的过渡段，连接处呈270°角，连通处的孔截面为矩形。

6.如权利要求1-5任一项所述的复合式油水分离系统，其特征在于，所述梯型管本体(30)的垂直管(32)的管径小于下水平管(31)和上水平管(33)的管径。

7.如权利要求6所述的复合式油水分离系统，其特征在于，所述第一水平出液口(14)的管径小于所述第一旋流管(12)的管径，所述第二水平出液口(24)的管径小于所述第二旋流管(22)的管径。

8.如权利要求1所述的复合式油水分离系统，其特征在于，所述第一流量控制测量系统(40)包括由管线依次连接的止回阀(46)、电动阀(45)、流量计(44)、压力调节阀(43)和压力变送器(41)；

所述第二流量控制测量系统(50)包括由管线依次连接的止回阀(56)、电动阀(55)和压力变送器(51)；

所述第三流量控制测量系统(60)包括由管线依次连接的止回阀(66)、电动阀(65)、流量计(64)、压力调节阀(63)以及压力变送器(61)；

所述第四流量控制测量系统(90)包括由管线依次连接的压力变送器(91)、电动阀门(95)、止回阀(96)、流量计(94)以及缓冲罐(99)。

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