CN102417212B - 含油污水处理用旋流气浮分离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含油污水处理用旋流气浮分离装置。所述装置包括旋流气浮组合机构和气液混合机构；所述旋流气浮组合机构包括圆柱筒体和与该圆柱筒体的两端相配合的上封头和下封头；所述圆柱筒体的内壁上连接有底部开口的球碗形集油罩；所述集油罩的下开口端固接有整流筒；所述圆柱筒体的内壁上与所述整流筒的位置相应处设有至少一个旋流导片，所述旋流导片以升角环绕的方式环绕所述整流筒，所述旋流导片与所述整流筒之间设有间距；所述上封头上设有排气口、压力表和出油口；所述下封头上设有出水口，所述出水口与排水管相连通；所述气液混合机构的气液混合物出口与切向入口管相连通，所述切向入口管与所述圆柱筒体相连通，所述切向入口管与所述圆柱筒体的连通处设于近所述旋流导片的起始端。
Description
技术领域
本发明涉及一种含油污水处理用旋流气浮分离装置，适用于含油污水的净化处理，由于其结构紧凑、性能高效，尤其适合海上平台采出水的除油净化。
背景技术
含油污水来源十分广泛，油田开采、石油化工、船舶运输、屠宰与肉食品加工、餐饮业、机械制造和金属压延加工、轻工、化工、油气销售站(库)等行业和场所都会产生大量的含油污水。由于含油量及其特征随工业种类不同而异，同一种工业也因生产工艺流程、设备和工作条件等不同而相差较大，因此含油污水的处理在国内外都受到高度重视。从绝对产生量来看，石油工业是含油污水的最主要来源，从钻井到采油的各个生产环节，都产生大量的含油污水。随着陆上和海洋油气开发活动范围的不断加大，油田采出水的产量也在不断增加，尤其是国内外各大油田相继进入了高含水开采期和三次采油期，不仅使得不少油田采出液的平均含水率已达90％以上，而且含油污水的处理难度也大大增加。
然而，在石油含量减少而伴生采出水不断增加的情况下，含油污水的排放标准却随着环保意识的增强而更加严格。国家环境保护局在1985年1月18日发布了《海洋石油开发工业含油污水排放标准》(GB4914-85)，规定在渤海湾等海域实施一级排放标准，外排含油污水中石油类的最高容许浓度为：月平均值30mg/L、一次容许值45mg/L。国家海洋局于2008年10月19日颁布了最新的《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》，要求从2009年5月1日起，海上石油天然气勘探开发过程中生产排放污水的含油量月均值要少于或等于20mg/L、一次容许值要少于或等于30mg/L(一级标准)。标准的提高也预示着含油污水处理技术所面临挑战的严峻性。由此可见，石油工业上游领域含油污水的处理问题，不仅成为一个环保问题，而且成为了一个生产性问题。
常规油水分离的方法很多，常用的处理方法有自然沉降、离心分离、气浮、粗粒化聚结、过滤、吸附、膜分离等。但是，这些常规单元技术以及各种常规单元处理技术顺序串联组合由于成本过高或处理能力有限，一般已无法满足新的要求，尤其是深水油气开发作业中进行含油污水处理的要求会更高。众所周知，深水平台的费用与自重和其所承载的负荷成正比，因此在平台上采用紧凑型油井产出物处理装置可以节省平台空间、减轻负荷等。实际上，欧美一些海洋石油大国当前在油井产出物分离设备研制开发方面的基本理念就是“内联化(inline)、紧凑化(compact)”。面对含油污水处理所提出的新要求、新理念，近年来出现了将气浮与旋流分离技术集成组合应用的趋势，取得了不少实质性的研究成果。旋流离心分离技术和气浮技术的集成应用，能以更低的成本获得更大的处理能力和更好的处理效果。国外近十年来在气浮与低强度旋流离心力场组合应用方面取得了较大进展，先后出现了一批紧凑型组合处理设备，如挪威Epcon公司的紧凑型气浮装置(CFU)、美国CETCO公司的
英国Cyclotech公司的DeepSweepTM、英国Opus Maxim公司的紧凑型气浮装置、德国Siemens公司的VorSepTM、法国Veolia Water Solutions & Technologies(VWS)Westgarth公司的CophaseTM等产品都属于此类，但目前国内尚处于起步阶段，有必要研制开发新型高效的紧凑型旋流气浮分离系统来满足国内现状的需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种将旋流和气浮两种油水分离技术有机结合、高效净化处理含油污水的紧凑型旋流气浮分离装置来满足含油污水处理新形势的需要，更好地应对海洋平台上对含油污水处理技术的挑战。
本发明提供的一种含油污水处理用旋流气浮分离装置，其包括旋流气浮组合单元和气液混合机构；所述旋流气浮组合机构包括圆柱筒体和与该圆柱筒体的两端相配合的上封头和下封头；所述圆柱筒体的内壁上连接有底部开口的球碗形集油罩，所述集油罩的下开口端的周向上设有若干个扇形集油口；所述集油罩的下开口端固接有整流筒；所述圆柱筒体的内壁上与所述整流筒的位置相应处设有至少一个旋流导片，所述旋流导片以升角环绕的方式环绕所述整流筒，所述旋流导片与所述整流筒之间设有间距；所述上封头上设有排气口、压力表和出油口；所述出油口上固接有收油管，所述收油管的游离端延伸至所述集油罩的中上部；所述下封头上设有出水口，所述出水口与排水管相连通；所述气液混合机构的气液混合物出口与切向入口管相连通，所述切向入口管与所述圆柱筒体相连通，所述切向入口管与所述圆柱筒体的连通处设于近所述旋流导片的起始端。
上述的含油污水处理用旋流气浮分离装置中，所述整流筒不仅影响着旋流强度并且会为气浮过程提供一个相对平稳的空间。
上述的含油污水处理用旋流气浮分离装置中，所述圆柱筒体的下部可设有至少一个气泡均布器，所述气泡均布器包括进液芯管和与该进液芯管垂直布置且相通的至少一个不锈钢绕丝管，用来实现气浮过程中所需的微细气泡的均匀分布；所述上封头上设有循环气体出口，所述循环气体出口与气体循环回用管路相连通；所述气体循环回用管路的气体出口端与气液循环机构的进气口相连通；所述出水口通过多通阀分别与回流水管路和所述排水管相连通；所述回流水管路的回流水出口与所述气液循环机构的进液口相连通；所述气液循环机构的气液混合物出口与所述进液芯管相连通；所述气液循环机构用于部分处理后出水的回流并向其中注入适量的微细气泡，实现气体和回流水的循环利用。
上述的含油污水处理用旋流气浮分离装置中，所述上封头和下封头均为椭圆形；所述若干个扇形集油口沿所述集油罩的下开口端的周向均匀布置；所述圆柱筒体上设有液位计，以便于观察所述圆柱筒体内的液位情况从而做出适当调节；所述圆柱筒体的中下部设有手孔，便于对所述圆柱筒体的内部进行必要的清理和维护；所述上封头上设有安全阀，用来确保所述装置在安全压力下工作。
上述的含油污水处理用旋流气浮分离装置中，所述气液混合机构为气液混合泵、液-气静态混合器、射流器或微气泡发生器；所述气液循环机构为气液混合泵、离心泵与射流器的组合或离心泵与微气泡发生器的组合；所述气液混合机构所产生的微细气泡粒径与分散小油滴的粒径相近且稳定，为气浮效果提供了保证。
上述的含油污水处理用旋流气浮分离装置中，所述旋流导片的螺旋升角可为5°～15°；所述旋流导片与所述圆柱筒体的相交线在水平面上投影的圆周角可为210°～330°；所述旋流导片与所述整流筒之间的间距可为所述整流筒与所述圆柱筒体的内径差的(0.2～0.35)倍。
上述的含油污水处理用旋流气浮分离装置中，所述旋流气浮组合机构的高度与所述圆柱筒体的直径的比值可为1.6～3.2；所述整流筒与所述圆柱筒体的直径的比值可为0.3～0.7；所述整流筒与所述圆柱筒体的高度的比值可为0.3～0.5。
上述的含油污水处理用旋流气浮分离装置中，所述不锈钢绕丝管的绕丝间隙可为0～0.25mm，但不为0。
上述的含油污水处理用旋流气浮分离装置中，所述圆柱筒体与所述下封头的位置相应的腔体内可设有缓流板；所述缓流板可为水平圆板；所述缓流板的直径可为所述出水口的直径的3～6倍；所述缓流板用来防止涡流对气浮环境产生不良影响。
本发明还提供了一种含油污水处理用旋流气浮分离系统，该分离系统包括若干个上述的含油污水处理用旋流气浮分离装置。
上述的分离系统中，所述若干个分离装置之间为串连连通或并连连通，可根据对处理效果要求的不同和工作流量需求的不同，采用串连或并连的组合方式方式的分离系统。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下优点和效果：
1、本发明成功实现了旋流和气浮两种油水分离技术的有机结合，对含油污水的处理效率得到极大提高，整个旋流气浮分离系统形式精巧、结构紧凑，性能高效，尤其适合海上平台采出水的除油净化。
2、本发明避免了借助填料层来提高净化效率，也就省去了因填料层堵塞而带来的清理麻烦，能够实现长期稳定运行，且无转动部件，使用安装维护修理简易。
3、本发明对含油污水的含油量、处理量等的适应性较强，具有较高的操作弹性，并且能够适应液面的晃动。
4、本发明实现了气体的循环利用，不仅有利于环保而且提高了气体利用率。
5、本发明利用压力除油，省去了利用外置动设备来除去浮油以及泡沫浮渣。
附图说明
图1为本发明实施例1的旋流气浮分离装置的剖视图。
图2为本发明实施例1的旋流气浮分离装置的上封头的俯视图。
图3为图1中沿A-A线的剖视图。
图4为图1中沿B-B线的剖视图。
图5为图1中沿C-C线的剖视图。
图6为本发明的串连方式的旋流气浮分离系统的结构示意图。
图7为本发明的并连方式的旋流气浮分离系统的结构示意图。
图中各标记如下：1圆柱筒体、2椭圆形上封头、3椭圆形下封头、4集油罩、5集油口、6衬板、7整流筒、8旋流导片、9出油口、10排气口、11压力表、12安全阀、13收油管、14液位计、15手孔、16循环气体出口、17气体循环回用管路、18进液芯管、19不锈钢绕丝管、20缓流板、21出水口、22出水管路、23三通管、24排水管、25回流水管路、26切向入口管、27法兰、28旋流气浮分离装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
实施例1、含油污水处理用旋流气浮分离装置
本实施例提供的含油污水处理用旋流气浮分离装置包括旋流气浮组合机构和气液混合机构；旋流气浮组合机构包括圆柱筒体1和与该圆柱筒体1的两开口端相配合的椭圆形上封头2和椭圆形下封头3；旋流气浮组合机构的高度与圆柱筒体1的直径的比值为2.0；圆柱筒体1的内壁上连接有底部开口的球碗形集油罩4，其通过螺钉固定在圆柱筒体1的内壁上的衬板7上；集油罩4的下开口端的周向上设有均匀布置的多个扇形集油口5，便于收集浮油及泡沫浮渣而且能够适应液面的晃动；集油罩4的下开口端与整流筒7固定连接，整流筒7不仅影响着旋流强度并且会为气浮过程提供一个相对平稳的空间，整流筒7的直径与圆柱筒体1的直径的比值为0.5，整流筒7的高度与圆柱筒体1的高度的比值为0.5；圆柱筒体1与整流筒7的位置相应的内壁上固定有旋流导片8，旋流导片8以螺旋升角为10°的升角环绕的方式环绕整流筒7，呈螺旋环状布置，且与整流筒7的外圆柱面之间设有间距，该间距为整流筒7与圆柱筒体1的内径差的0.2倍，旋流导片8与圆柱筒体1的内壁相交线在水平面上投影的圆周角为270°；圆柱筒体1的下部设有气泡均布器，其包括一个进液芯管18和与其处置布置且相通的5个不锈钢绕丝管19，不锈钢绕丝管19的绕丝间隙为0.2mm，用来实现气浮过程中所需的微细气泡的均匀分布；圆柱筒体1与椭圆形下封头3的位置相应的腔体内设有缓流板20，其为水平圆板，用来防止涡流对气浮环境产生不良影响；椭圆形下封头3上设有出水口21，出水口21通过出水管路22与三通管23相连通，三通管23的一出口与排水管24相连通，另一出口与回流水管路25相连通；回流水管路25的出水口与气液混合泵的进液口相连通，气体循环回用管路17的出气口与气液混合泵的进气口相连通，从而实现气体和回流水的循环利用，气液混合泵的气液混合物出口与进液芯管18的入口端相连通，通过气泡均布器得到含有大量微细气泡的气液混合物；气液混合机构包括气液混合泵，该气液混合泵的气液混合物出口与切向入口管26的入口相连通，切向入口管26通过法兰27与圆柱筒体1相连通，切向入口管26与圆柱筒体1的连接点设于近旋流导片8的起始端处。
上述的含油污水处理用旋流气浮分离装置中，旋流气浮组合机构的高度与圆柱筒体1的直径的比值可在1.6～3.2的范围内进行调节；整流筒7的直径与圆柱筒体1的直径的比值可在0.3～0.7的范围内进行调节，整流筒7的高度与圆柱筒体1的高度的比值可在0.3～0.5的范围内进行调节；旋流导片8的螺旋升角可在5°～15°的范围内进行调节，旋流导片8与整流筒7的外圆柱面之间的间距可为整流筒7与圆柱筒体1的内径差的0.2～0.35倍，旋流导片8与圆柱筒体1的内壁相交线在水平面上投影的圆周角可在210°～330°的范围内进行调节；不锈钢绕丝管19的绕丝间隙可在0～0.25mm的范围内进行调节；集油口5的个数和气泡均布器的个数可根据需要进行调节。
使用上述含油污水处理用旋流气浮分离装置时，首先，含油污水和气体分别以一定的压力和流速、按照8％～25％的体积配比，进入气液混合机构中，在气液混合机构的作用下，气体以微细气泡的形式弥散在含油污水中，微细气泡的粒径与污水中分散相油滴的粒径接近，形成了均匀的气液混合物，进而完成了气液混合过程；其次，气液混合过程完成后，形成的气液混合物沿切向入口管26被输送到旋流气浮组合机构中，经由旋流导片8的导流，在圆柱筒体1与整流筒7之间的腔室形成了一个旋流分离区，一般而言，理想的离心强度范围为(10～40)倍的重力加速度；油滴、微气泡等较轻组分逐渐向整流筒7外壁附近区域迁移，较轻组分迁移的过程中，由于油滴和微小气泡之间的密度差异，微气泡迁移速度和上浮速度较快，从而使二者接触的机会增加，通过二者不断的接触、粘附，形成油滴-微气泡粘附体。同时部分油滴、微气泡、油滴-微气泡粘附体将沿着整流筒7外壁附近区域慢慢上浮，从而在圆柱筒体1的上部初步形成了一个气浮分离区，另一部分油滴及油滴-微细气泡粘附体随水流下降，在旋流离心力场的作用下进入整流筒7内部，整流筒7内部提供了一个相对平稳的气浮环境，油滴-微细气泡粘附体在整流筒7内继续上浮，再次形成一个气浮分离区，两个气浮分离区的油滴-微气泡粘附体在浮力的作用下上升到油气收集区域；通过旋流气浮的组合作用，旋流气浮组合机构内液面上部汇集成一层浮油以及泡沫浮渣，部分泡沫破裂后逸出的气体进入旋流气浮组合机构内的顶部气相空间；由于整个旋流气浮组合机构密闭运行，旋流气浮组合机构内顶部气相空间的压力会从常压逐渐上升，浮油以及泡沫浮渣在压力作用下经收油管13和出油口9连续不断地被清除，通过管线排放到特定的收油容器中；顶部气相空间的部分气体通过循环气体出口16、气体循环回用管路17进入气液混合器中，从而使得在整个紧凑型旋流气浮分离装置稳定运行的情况下，旋流气浮组合机构内的液位也相应保持稳定；较重的水相则沿着旋流气浮组合机构的内壁向下流动，经缓流板20缓流后经底部的出水口21、出水管路22和三通管23流出，大部分通过排水管24流出旋流气浮组合机构外，小部分通过回流水管路25进入气液混合器中；为了进一步增强气浮分离效果，利用气液混合器将来自回流水管路25的回流水与循环气体出口16释放的气体混合，形成含有大量微细气泡的均匀气液混合物，通过位于旋流气浮组合机构下部的气泡均布器释放到旋流气浮组合机构中，并均匀分布在整个旋流气浮组合机构内的下部区域，从而在旋流气浮组合机构中形成了一个完整的气浮强化分离区；总的来看，沿切向入口管26进入的气液混合来流中弥散的微细气泡和由气泡均布器释放的微细气泡为气浮作用的实现提供了有利条件，各机构互相配合共同完成旋流气浮过程；通过调整进入气液循环单元中的回流水量和注气量，可以在一定处理量下获得很高的分离净化效率。
实施例2、含油污水处理用旋流气浮分离系统
本发明提供的紧凑型含油污水处理用旋流气浮分离系统可以根据对处理效果要求的不同和工作流量需求的不同，采用串连连通或并连连通的方式组合。
图6为串连连通的含油污水处理用旋流气浮分离系统的结构示意图，前一个旋流气浮分离装置28(即实施例1中的分离装置)的出水口作为下一个旋流气浮分离装置28的入水口，出油口排出的油汇集到同一管线中，串连连通的方式可以提高紧凑型旋流气浮分离系统的分离效果。
图7为并连连通的含油污水处理用旋流气浮分离系统的结构示意图，两个旋流气浮分离装置28(即实施例1中的分离装置)各自独立进行含油污水的净化处理，出油口排出的油与出水口排出的水分别汇集到同一管线中，并连连通的方式可以提高紧凑型旋流气浮分离系统的处理能力。
综上所述，含油污水与微细气泡的气液混合物从旋流气浮组合机构上部的切向入口进入，在旋流气浮组合机构内形成旋流；气液混合物中微细气泡在径向迁移的同时向上浮升，对旋流气浮组合机构中的含油污水进行气浮处理；气液循环机构产生的气液混合物进入罐下部的气泡均布器释放，进一步强化了气浮作用；经过旋流与气浮作用的有机结合，可以得到充分的除油净化效果。
本发明实施例提出的含油污水处理用紧凑型旋流气浮分离装置，不仅可以用于油田含油污水和石油化工含油污水的处理过程，而且还可用于日常生活中的含油污水以及其他工业生产过程含油污水的处理过程，如机械加工厂乳化液废水、钢铁厂废水、合成橡胶废水和食品加工废水等；甚至还可以用于市政给水处理以去除其中的悬浮物。
以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域技术人员依据申请文件公开的技术理念，对本发明实施例进行的各种改动或变型，都并未脱离本发明的精神实质和涵盖范围。
Claims (10)
1.一种含油污水处理用旋流气浮分离装置，其特征在于：所述分离装置包括旋流气浮组合机构和气液混合机构；
所述旋流气浮组合机构包括圆柱筒体和与该圆柱筒体的两端相配合的上封头和下封头；所述圆柱筒体的内壁上连接有底部开口的球碗形集油罩，所述集油罩的下开口端的周向上设有若干个扇形集油口；所述集油罩的下开口端固接有整流筒；所述圆柱筒体的内壁上与所述整流筒的位置相应处设有至少一个旋流导片，所述旋流导片以升角环绕的方式环绕所述整流筒，所述旋流导片与所述整流筒之间设有间距；所述上封头上设有排气口、压力表和出油口；所述出油口上固接有收油管，所述收油管的游离端延伸至所述集油罩的中上部；所述下封头上设有出水口，所述出水口与排水管相连通；
所述气液混合机构的气液混合物出口与切向入口管相连通，所述切向入口管与所述圆柱筒体相连通，所述切向入口管与所述圆柱筒体的连通处设于近所述旋流导片的起始端。
2.根据权利要求1所述的分离装置，其特征在于：所述圆柱筒体的下部设有至少一个气泡均布器，所述气泡均布器包括进液芯管和与该进液芯管垂直布置且相通的至少一个不锈钢绕丝管；所述上封头上设有循环气体出口，所述循环气体出口与气体循环回用管路相连通；所述气体循环回用管路的气体出口端与气液循环机构的进气口相连通；所述出水口通过多通阀分别与回流水管路和所述排水管相连通；所述回流水管路的回流水出口与所述气液循环机构的进液口相连通；所述气液循环机构的气液混合物出口与所述进液芯管相连通。
3.根据权利要求1或2所述的分离装置，其特征在于：所述上封头和下封头均为椭圆形；所述若干个扇形集油口沿所述集油罩的下开口端的周向均匀布置；所述圆柱筒体上设有液位计；所述圆柱筒体的中下部设有手孔；所述上封头上设有安全阀。
4.根据权利要求3所述的分离装置，其特征在于：所述气液混合机构为气液混合泵、液-气静态混合器、射流器或微气泡发生器；所述气液循环机构为气液混合泵、离心泵与射流器的组合或离心泵与微气泡发生器的组合。
5.根据权利要求4所述的分离装置，其特征在于：所述旋流导片的螺旋升角为5°～15°；所述旋流导片与所述圆柱筒体的相交线在水平面上投影的圆周角为210°～330°；所述旋流导片与所述整流筒之间的间距为所述整流筒与所述圆柱筒体的内径差的0.2～0.35倍。
6.根据权利要求5所述的分离装置，其特征在于：所述旋流气浮组合机构的高度与所述圆柱筒体的直径的比值为1.6～3.2；所述整流筒与所述圆柱筒体的直径的比值为0.3～0.7；所述整流筒与所述圆柱筒体的高度的比值为0.3～0.5。
7.根据权利要求6所述的分离装置，其特征在于：所述不锈钢绕丝管的绕丝间隙为0～0.25mm，但不为0。
8.根据权利要求7所述的分离装置，其特征在于：所述圆柱筒体与所述下封头的位置相应的腔体内设有缓流板；所述缓流板为水平圆板；所述缓流板的直径为所述出水口的直径的3～6倍。
9.一种含油污水处理用旋流气浮分离系统，其特征在于：所述分离系统包括若干个权利要求1-8中任一所述的含油污水处理用旋流气浮分离装置。
10.根据权利要求9所述的分离系统，其特征在于：所述若干个分离装置之间为串连连通或并连连通。
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