CN104474741B - 一种取向并聚液液分离器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种取向并聚液液分离器；分离设备包括筒体(5)、梯形入口孔箱(3)、整流板组(4)和聚结板组(7)；其特征在于：聚结板组(7)为波纹板填料，波纹板通过拉杆定距管(14)和环箍(15)固定支撑；波纹板与水平轴线成45°排布。梯形入口孔箱相对于传统孔箱式有所改进，在减小来流对设备分离流场的冲击的同时，重力消能和水洗作用方面较好，可以有效地实现预分离。聚结板组波纹曲线采用周期谐波，可以使流体流动状态为层流与周期性谐波脉动流之间转换，有利于液滴的碰撞凝聚；在结构上采用多层斜波纹式复合聚结板，以增加油滴的脱除效率。

Description

一种取向并聚液液分离器
技术领域
本发明涉及一种取向并聚液液分离器，属于工业上互不相溶，且具有密度差的液—液分离器，特别适用于具有不同比重的液体例如油与水彼此混合同时在它们之间形成界面。
背景技术
含油废水来自石油工业中石油和油品的加工、提炼、储存及运输；机械制造加工过程中产生的冷却润滑液、轧钢水等；运输工业中机车废水、铁路机务段的洗油罐废水等。食品工业、纺织工业及其它制造业的废水中也都含有大量的油。目前大部分油田油井中采出的原油含水量过高，总采出液量成倍增长，原油处理成本居高不下，同时高粘稠油的开采也造成原油乳化严重很难分离，现有仅靠重力作用对油水进行分离处理的设备已经无法满足实际需求，必须对其进行改造以适应生产要求。与此同时含油废水是一种对水资源、生态平衡和人类健康危害极大的污染源。随着现实生活中含油污水问题的日益严重，如何有效的去除污水中油的问题越来越得到科技工作者的重视和关注。
重力式液液分离器是油田地面工程中重要的工艺设备之一。以往的大部分重力式分离设备内部结构过于简单造成体积过大，且由于设计上的局限性和施工中的误差，不但存在严重的短路流，使设备的大部分空间未能充分的利用，而且一些设备还存在返混现象，导致相当部分的液流未经充分处理就排出罐体，使之难以有良好的分离效果。
重力式液液分离器的入口结构如传统的挡板式、离心式、孔箱式可以有效吸收进入设备液流的动能，减小来流对设备分离流场的冲击，但是重力消能和水洗作用方面较小，无法实现有效地预分离。
传统分离器加入聚结板组可以有助于分散相的液滴聚结成大的液滴，增加沉降速率。但是聚结板组本身也会带来一些问题。
第一、由于聚结板组自身的原因，如耐热性差、耐冲击能力弱等，会使生产过程中聚结板组发生碎裂，部分碎片会随着油流进入出油、出水阀等，堵塞设备出口，因此使分离效率大幅度下降。
第二、聚结板组的加入会加大流体流动的阻力降，阻力降过大会影响分离效率同时造成附加成本的增加。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构合理、处理效果好的油水分离器。目前重力式液液分离器内部各构件的设计要实现更合理化且能够利用现有控制技术，以保证分离器能够长期、安全、稳定、高效的运行。
本发明的技术方案如下：
一种取向并聚液液分离器，分离设备包括筒体(5)、梯形入口孔箱(3)、整流板组(4)和聚结板组(7)；其特征在于：聚结板组(7)为波纹板填料，波纹板通过拉杆定距管(14)和环箍(15)固定支撑；波纹板与水平轴线成45°排布。
所述的分离器，梯形入口孔箱(3)，是由六块板焊接成梯形结构，板上设置有小孔，开孔率为20％～30％。
所述的分离器，整流板组(4)为田字板布置，采用内密外疏的栅格形式。
与进液管1相连的梯形入口孔箱3，融合了传统下孔箱式的结构优点并做了一定的改进，由六块板拼装焊接而成，外部形状为梯形，呈渐扩形，液盒前端尺寸较小，之后逐渐变大，其盖板开有一定数量的小孔；
整流板组4为田字板布置，采用内密外疏型栅格，即栅格大小由筒体中心线处向外至筒体壁面逐渐递增，边缘部分孔隙面积至少为中心线部分的2倍，长度100～200mm。
本发明有以下优点：
梯形入口孔箱相对于传统孔箱式有所改进，在减小来流对设备分离流场的冲击的同时，重力消能和水洗作用方面较好，可以有效地实现预分离。
整流板组采用内密外疏的栅格结构，考虑了流体在管内的流动形式，即无论是层流还是湍流，在管道的任意截面上，流体质点的速度沿管径而变，管壁处速度为零，离开管壁后速度渐增，到管中心处速度最大。所以这种结构可以减小同一截面中心流体与管壁流体的速度差，使流体动能更加趋于均匀化。
聚结板组波纹曲线采用周期谐波，可以使流体流动状态为层流与周期性谐波脉动流之间转换，有利于液滴的碰撞凝聚；在结构上采用多层斜波纹式复合聚结板，以增加油滴的脱除效率。
附图说明
图1为本取向并聚液液分离器的主视图。
图2为本取向并聚液液分离器梯形入口孔箱的俯视图。
图3为整流板组轴向视图。
图4为聚结板组轴向视图。
其中：1—进液管，2—封头，3—梯形入口孔箱，4—整流板组，5—筒体，6—设备法兰，7—聚结板组，8—排油管，9—排水管，10—聚结板组固定块，11—鞍座，12—整流板组固定块，13—出液孔，14—拉杆定距管，15—环箍，16—导轨。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明提供的一种取向并聚液液分离器作进一步详细说明。
尺寸说明如下：如图1所示，所述筒体5内径500mm，长2500mm，水平布置在两个鞍座11上，进液管1水平布置与封头2焊接固定，进液管1与梯形入口孔箱3焊接连接；如图3所示，整流板组4由横板与竖板构成内密外疏型栅格相互焊接连接，通过整流板固定块12固定在筒体内侧，中心线部分孔隙20mm×20mm，边缘部分孔隙40mm×40mm，长度为150mm；如图4所示聚结板组7波纹公式y＝20×sin(π/70)x，长度1000mm，波高20mm，波纹板间距50mm，板厚3mm，且波纹板与水平轴线成45度排布。
结构说明如下：
筒体5是由三段筒体通过设备法兰6连接构成，以便于筒体5内部功能内件的安装和拆卸。筒体5构成流体的主要通道，水平布置在两个鞍座11上；在筒体5的封头2(左)处设置有进液管1，进液管直接连接到筒体内梯形入口孔箱3的入口，入口孔箱3上开有出液孔13；整流板组4布置在设备法兰6(左)与入口孔箱3的中间、垂直于筒体轴线方向放置，通过整流板组固定块12轴向固定在筒体5内侧，其栅格孔构成流体通道。聚结板组7布置在两对设备法兰6的中间筒体内，通过导轨16水平推入筒体5，然后通过聚结板组固定块10轴向固定在筒体5内侧。聚结板组7与水平方向有一定的倾斜角度放置。聚结板组7后的筒体内部无功能内件，为流体的自由沉降区域。筒体5下端靠近封头2(右)侧设置两个排净管分别为排油管8与排水管9。
本发明涉及的取向并聚液液分离器适用于油水分离过程如下：
分离器运行前，将分离器内充满水，对聚结板进行润湿，起到保护聚结板改性表面的作用，做好油水分离准备工作。
含油废水流量控制在0.2m/s～0.3m/s从而保证液体在筒内停留时间在30分钟左右，混合液体从进液管1进入梯形入口孔箱3，流体进入箱体受压迫将动能转化为压能，起到一定的消能作用；梯形入口孔箱3的上部开有小孔，使两相液体能够垂直向上喷出，充分利用重力消能和水洗作用，对含油废水起到了预分离作用，经过模拟以及实验验证，梯形入口孔箱3上部的液相含油量达到87％。
含油废水经过梯形入口孔箱3缓冲预分离，存在很大程度的涡流、回流和速度差，经过整流板组4整流后，有效地抑制了流体的湍动和返混使流体基本处于层流状态，能够更好地发挥聚结板组的分离效果。
含油废水经过整流板组4整流后，沿水平方向进入聚结板组7进行深度分离，聚结板组可在一定设备容积内得到最大的液滴浮升面积，且有较小的当量直径，为油滴与油滴的碰撞聚结和油滴与波纹板之间的粘附聚结提供了更多的机会，使细小油滴聚结成较大的油滴，低比重液体沿斜板上浮，聚集在筒体上部。
含油废水经过预分离，整流，聚结后，油水界面清晰，低比重液体经可调出油管12排出，高比重液体经排水管13排出，通过调节阀门控制流量，完成了液液混合物的分离。
以下是模拟结果
示例1
当利用取向并聚液液分离器对具有不同比重的两种类型彼此混合的液体混合物进行分离时,进行液体通道内的液体混合物的流动和液体混合物中的体积率的数值模拟。
对图1具有梯形入口孔箱3、整流板组4、聚结板组7结构的本发明的取向并聚液液分离器(示例)和不具有以上结构的液液分离器(比较例)进行数值模拟。
根据ANSYS Workbenck 14.5进行计算，计算条件如下：
(1)液体混合物
液体混合物:包括白油(密度为870kg/m3并且动力粘度0.15Pa·s)和水(密度为980kg/m3并且动力粘度0.04Pa·s)的液体混合物。
入口条件设为速度边界条件，入口速度为0.221m/s，此速度下沉降时间大约为30min；油出口和水出口设为outflow出口；含油质量分数为20％。
(2)主体部
筒体直径D为500mm，总长度L为2500mm(不包括封头部分)，两端均为标准椭圆封头，油水混合物的入口直径40mm，容器右下方的水出口直径27mm，最右端的出油口直径21mm。
开孔率为20％的梯形入口孔箱3、整流板组4、聚结板组7均加入到筒体5参加流场摸拟过程。
当对示例的分离器和现有的分离器的油回收率互相比较时，目前现有的分离器的油回收率为约0.85，而示例的分离器的油回收率达到0.96。即证明了油回收率得到了大幅改进，即通过具有梯形入口孔箱3、整流板组4、聚结板组7结构的本发明取向并聚分离器，使油与水高效地彼此分离。
以上所述，仅是本发明的一种典型实施方式，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (1)

1.一种取向并聚液液分离器，分离设备包括筒体(5)、梯形入口孔箱(3)、整流板组(4)和聚结板组(7)；其特征在于：聚结板组(7)为波纹板填料，波纹板通过拉杆定距管(14)和环箍(15)固定支撑；波纹板与水平轴线成45°排布；整流板组(4)为田字板布置，采用内密外疏的栅格形式；栅格大小由筒体中心线处向外至筒体壁面逐渐递增，边缘部分孔隙面积至少为中心线部分的2倍，长度100～200mm；梯形入口孔箱是由六块板焊接成梯形结构，板上设置有小孔，开孔率为20％～30％。
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