CN107551615A - 叠层循环动态反冲洗过滤装置及反冲洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叠层循环动态反冲洗过滤装置及反冲洗方法，解决了传统方法反洗再生效果差的问题。装置中叠层动态反洗区建立空间上叠层串联的两级内循环，使得精细金刚砂滤床层级梯度受控循环，产生强化的水流剪力和颗粒间碰撞，从而对精细金刚砂滤料进行有效搓洗，同时，气、固和液在三相分离区内进行有效分离；相互独立的叠层动态反洗区和三相分离区在空间上叠层串联耦合作用，使得搓洗和分离在时间上梯度推进；回流区建立主反洗区和三相分离区间水力联系，防止反冲洗时微细金刚砂滤料流失，在连续的内循环流动中实现金刚砂滤床的有效反洗再生。

Description

叠层循环动态反冲洗过滤装置及反冲洗方法

技术领域

本发明涉及含油污水精细压力过滤设备。

背景技术

随着三元复合驱油技术在油田的推广和应用，使得三元采出水乳化性增强，油和悬浮物分散微细化，导致油田现有级配滤床过滤效能降低，滤后水达不到油田回注水质指标要求。由于金刚砂具有良好亲水疏油性、硬度高和密度大等特点，同时金刚砂滤床具有成床密实、截污能力强、过滤精度高和容易水反冲洗等优点，被油田用作三元污水过滤介质。为进一步提高金刚砂滤床的三元污水过滤分离效能，主要是通过减小金刚砂滤料粒径d和提高金刚砂滤床厚度L等办法来实现。同时受滤床纳污量和反冲洗效能的影响，精细金刚砂滤床粒径d为0.10-0.20mm，滤床L/d值≥10000。当金刚砂滤床经过一段时间运行后，颗粒间孔隙及其表面被油和悬浮物所饱和，为恢复其过滤性能，需要对金刚砂滤料进行反冲洗再生。由于精细金刚砂滤床粒径较小，传统的水力反冲洗或气水联合反冲洗方法的重力场作用效能较弱，不能使包裹于金刚砂颗粒表面油污有效剥离，反洗再生效果差。

发明内容

本发明的目的是提供一种叠层循环动态反冲洗金刚砂精细过滤装置。该装置对于精细金刚砂滤料的反洗再生效果好，同时可有效避免滤料丢失现象的发生。

本发明的另一目的是提供该反冲洗装置的反冲洗方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种叠层循环动态反冲洗过滤装置，包括配水及配气单元、叠层动态反冲洗单元及三相分离单元，所述配水及配气单元提供反冲洗水及加载气，其特征在于：所述叠层动态反冲洗单元与三相分离单元在空间上叠层串联耦合，并通过三相分离单元的回流区建立起两个单元间的水力联系，防止反冲洗时微细金刚砂滤料的流失；叠层动态反冲洗单元通过空间上叠层梯度受控内循环作用对金刚砂滤床截留油污进行洗脱和动态反洗再生；三相分离单元对加载气、反冲洗水和金刚砂滤料进行分离。

优选地，所述叠层动态反冲洗单元内包括筒体、下主导流筒、分隔锥筒及上主导流筒，所述上主导流筒、分隔锥筒及下主导流筒从上到下依次通过筋板固定在筒体中。

进一步优选，主导流筒、分隔锥筒及下主导流筒的中心同轴。

优选地，所述三相分离单元内包括三相分离器，所述三相分离器为上部具有封头的圆筒，其下部呈锥筒状，与主反洗单元的筒体焊接，三相分离器内部通过筋板固定有导流内筒，导流内筒外套有导流外筒，导流外筒上方固定两斜板集块，两斜板集块间设置排气管，排气管上方的分离器封头设置排气口。

进一步优选，所述导流内筒的外径大于上导流筒的外径。

进一步优选，所述导流外筒、导流内筒、下导流筒的中心同轴。

进一步优选，所述下导流筒的上端口插入到导流内筒的下端口内。

进一步优选，所述三相分离器筒体的侧壁从下到上设置放液口及反冲洗出水口，所述放液口用于排空。

进一步优选，所述斜板集块为3或4个锥筒纵向上依次相摞而成。

优选地，所述配水及配气单元内包括集配水器及气体分配器；反冲洗水经集配水器进入筒体，向上流经精细金刚砂滤床；加载气流经气体分配器进入下导流筒底部，形成气、固和液三相混合液，流态呈紊流状态。

所述叠层循环动态反冲洗过滤装置的反冲洗方法是：叠层动态反洗区建立空间上叠层串联的两级内循环，使得精细金刚砂滤床层级梯度受控循环，产生强化的水流剪力和颗粒间碰撞，从而对精细金刚砂滤料进行有效搓洗，同时，气、固和液在三相分离区内进行有效分离；相互独立的叠层动态反洗区和三相分离区在空间上叠层串联耦合作用，使得搓洗和分离在时间上梯度推进；回流区建立主反洗区和三相分离区间水力联系，防止反冲洗时微细金刚砂滤料流失，在连续的内循环流动中实现金刚砂滤床的反洗再生。

所述叠层动态反洗区，是筒体所围成的区域。

优选地，所述叠层动态反洗区，根据滤床运动方向进一步分为升流区和降流区；以分隔锥筒为分界点，处于上层的称作上层升流区和上层降流区；处于下层的称作下层升流区和下层降流区。

进一步地，所述上层升流区是上主导流筒所围成区域，上层降流区是筒体和上主导流筒之间的环形区域；下层升流区是下主导流筒所围成区域，下层降流区是筒体和下主导流筒之间的环形区域。

所述三相分离区，是三相分离器所辖区域。

优选地，所述三相分离区，进一步分为：导流内筒与导流外筒所构成的预分离导流区，导流外筒与分离器圆筒间的环形区域构成回流区，斜板集块构成的固液沉淀分离区、排气管和排气口构成的气体释放区。反冲洗过程中产生的气、液和固（金刚砂滤料）通过三相分离器不同功能区耦合作用，实现金刚砂滤料颗粒回流、反冲洗废水排除和气体释放。

优选地，所述在叠层动态反洗区内，对精细金刚砂滤料进行有效搓洗的方法是：

反冲洗水由集配水器进入装置内，向上流经精细金刚砂滤床，使滤床膨胀，其膨胀率为15%-30%；同时，加载气流经气体分配器进入下导流筒底部下层升流区内，形成气、固（滤料颗粒）和液三相混合液，流态呈紊流状态；在下层升流区内液体气含率高，混合液密度小，而在下层降流区内液体气含率小（甚至不含气），混合液密度大；由于加载气流的作用，在下层升、降流区使混合液存在密度差，进而建立混合液循环的推动力；随着加载气流量的增大，下层升流区和下层降流区间的内循环流动逐渐增强；临界状态下微膨胀金刚砂滤床在内循环液流的夹带作用下形成下层内循环颗粒流；同理，上升的加载气流经分隔锥筒的整流作用进入上导流筒底部上层升流区内，建立上层内循环颗粒流；通过上、下层内循环颗粒流作用强化了滤料颗粒间的碰撞摩擦，同时上、下层升流区的紊流作用强化了水流剪切力和颗粒间的碰撞强度，使得滤料颗粒得到有效地搓洗和油污的剥离；此外，加载气流产生的浮选作用提高了剥离污染物的分离。

优选地，所述气、固和液在三相分离区内进行有效分离的方法是：

反冲洗废水夹带污物甚至滤料颗粒进入三相分离区，在预分离导流区内由于截面积扩大，混合液上升流速降低，不能形成对金刚砂滤料颗粒的夹带作用，固、液在此进行初分离；同时由于反冲洗废水流经内导流筒及外导流筒间回流缝时流速较低，也不能对气体形成夹带作用，所述气体经气体释放区由排气口排出；反冲洗废水夹带部分滤料颗粒流经回流区进入固液沉淀分离区，在该区微细滤料颗粒得到有效分离，并经回流区重新回至叠层动态反洗区的上层及下层降流区内；分离后反冲洗废水经溢流后进入反冲洗出水口排除。

本发明叠层循环动态反冲洗方法的核心原理是：

通过分隔锥筒的作用构造空间上叠层串联的两级内循环，分别是下级内循环和上级内循环。其单级内循环路径相对缩短，较小气量输入就能够建立在升流区和降流区间有效地内循环颗粒流动。加载气流在时间上顺序驱动上下两级循环，在空间上实现两级循环梯度串联，达到巧妙利用加载气流层级驱动作用，有效强化了级间水流剪切力和颗粒间的碰撞摩擦作用，实现微细金刚砂滤料的有效反洗再生。

本发明的有益效果：

1）构造具有叠层内循环的叠层动态反洗区，通过升流区和降流区间的内循环颗粒流，实现微细金刚砂滤料的有效反洗再生；

2）在升流区通过气体加载作用，有效地强化了水流剪切力和颗粒间的碰撞作用；

3）通过具有叠层内循环的叠层动态反洗区和三相分离区空间串联，实现搓洗和分离作用的梯度耦合，达到循环动态反冲洗作用。

附图说明

通过以下参考附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点更为清楚，在附图中：

图1是本发明叠层循环动态反冲洗过滤装置结构示意图。

图2是本发明装置中斜板集块结构示意图。

图中：筒体1，下主导流筒2、分隔锥筒3、上主导流筒4、三相分离器5、筋板Ⅱ6、筋板Ⅲ7、筋板Ⅳ8、集配水器9、气体分配器10、三相分离器5，放液口5-1、反冲洗出水口5-2、溢流堰5-3、排气口5-4、排气管5-5、分离器封头5-6、斜板集块5-7、分离器筒体5-8、导流外筒5-9、导流内筒5-10、筋板Ⅰ5-11、分离器锥筒5-12。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是值得说明的是，本发明并不限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也可以完全理解本发明。

此外，本领域普通技术人员应当理解，所提供的附图只是为了说明本发明的目的、特征和优点，附图并不是实际按照比例绘制的。

同时，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包含但不限于”的含义。

由图1所示：一种叠层循环动态反冲洗过滤装置，包括配水及配气单元、叠层动态反冲洗单元及三相分离单元，所述配水及配气单元提供反冲洗水及加载气，所述叠层动态反冲洗单元与三相分离单元在空间上叠层串联耦合，并通过三相分离单元的回流区建立起两个单元间的水力联系，防止反冲洗时微细金刚砂滤料的流失；叠层动态反冲洗单元通过空间上叠层梯度受控内循环作用对金刚砂滤床截留油污进行洗脱和动态反洗再生；三相分离单元对加载气、反冲洗水和金刚砂滤料进行分离。

进一步地，由图1所示：所述叠层动态反冲洗单元内包括筒体1、下主导流筒2、分隔锥筒3及上主导流筒4，所述上主导流筒4、分隔锥筒3及下主导流筒2从上到下依次通过筋板Ⅱ6、筋板Ⅲ7、筋板Ⅳ8、固定在筒体1中。

更进一步地，由图1所示：上主导流筒4、分隔锥筒3及下主导流筒2的中心同轴。

进一步地，由图1所示：所述三相分离单元内包括三相分离器5，所述三相分离器5为上部具有封头5-6的圆筒，其下部呈锥筒5-12状，与叠层动态反冲洗单元的筒体1焊接，三相分离器5内部通过筋板Ⅰ5-11固定有导流内筒5-10，导流内筒5-10外套有导流外筒5-9，导流外筒5-9上方固定两斜板集块5-7，两斜板集块5-7间设置排气管5-5，排气管5-5上方的分离器封头5-6设置排气口5-4。

更进一步地，由图1所示：所述导流内筒5-10的外径大于上导流筒4的外径。

更进一步地，由图1所示：所述导流外筒5-9、导流内筒5-10、上导流筒4的中心同轴。

更进一步地，由图1所示：所述上导流筒4的上端口插入到导流内筒5-10的下端口内。

更进一步地，由图1所示：所述三相分离器筒体5-8的侧壁从下到上设置放液口5-1及反冲洗出水口5-2，，所述放液口5-1用于排空。

更进一步地，由图1结合图2所示：所述斜板集块5-7为3或4个锥筒纵向上依次相摞而成，斜板集块5-7上方设置溢流堰5-3。

进一步地，由图1所示：所述配水及配气单元内包括集配水器9及气体分配器10；反冲洗水经集配水器9进入筒体1，向上流经精细金刚砂滤床；加载气流经气体分配器10进入下导流筒2底部，形成气、固和液三相混合液，流态呈紊流状态。

所述叠层循环动态反冲洗过滤装置的反冲洗方法是：叠层动态反洗区建立空间上叠层串联的两级内循环，使得精细金刚砂滤床层级梯度受控循环，产生强化的水流剪力和颗粒间碰撞，从而对精细金刚砂滤料进行有效搓洗，同时，气、固和液在三相分离区内进行有效分离；相互独立的叠层动态反洗区和三相分离区在空间上叠层串联耦合作用，使得搓洗和分离在时间上梯度推进；回流区建立叠层动态反洗区和三相分离区间水力联系，防止反冲洗时微细金刚砂滤料流失，在连续的内循环流动中实现金刚砂滤床的反洗再生。

由图1所示：所述叠层动态反洗区，是筒体所围成的区域。

进一步地，由图1所示：所述叠层动态反洗区，根据滤床运动方向进一步分为升流区和降流区；以分隔锥筒3为分界点，处于上层的称作上层升流区Ⅴ和上层降流区Ⅵ；处于下层的称作下层升流区Ⅶ和下层降流区Ⅷ。所述上层升流区Ⅴ是上主导流筒4所围成区域，上层降流区Ⅵ是筒体1和上主导流筒4之间的环形区域；下层升流区Ⅶ是下主导流筒2所围成区域，下层降流区Ⅷ是筒体1和下主导流筒2之间的环形区域。

由图1所示：所述三相分离区，是三相分离器5所辖区域。

由图1所示：所述三相分离区，进一步分为：导流内筒5-10与导流外筒5-9所构成的预分离导流区Ⅰ，导流外筒5-9与分离器筒体5-8间的环形区域构成回流区Ⅱ，斜板集块5-7构成的固液沉淀分离区Ⅲ、排气管5-5和排气口5-4构成的气体释放区Ⅳ。反冲洗过程中产生的气、液和固（金刚砂滤料）通过三相分离器5不同功能区耦合作用，实现金刚砂滤料颗粒回流、反冲洗废水排除和气体释放。

进一步地，所述在叠层动态反洗区内，对精细金刚砂滤料进行有效搓洗的方法是：

反冲洗水由集配水器9进入装置内，向上流经精细金刚砂滤床，使滤床膨胀，其膨胀率为15%-30%；同时，加载气流经气体分配器10进入下导流筒2底部下层升流区Ⅶ内，形成气、固（滤料颗粒）和液三相混合液，流态呈紊流状态；在下层升流区Ⅶ内液体气含率高，混合液密度小，而在下层降流区Ⅷ内液体气含率小（甚至不含气），混合液密度大；由于加载气流的作用，在下层升流区Ⅶ、下层降流区Ⅷ使混合液存在密度差，进而建立混合液循环的推动力；随着加载气流量的增大，下层升流区Ⅶ和下层降流区Ⅷ间的内循环流动逐渐增强；临界状态下微膨胀金刚砂滤床在内循环液流的夹带作用下形成下层内循环颗粒流；同理，上升的加载气流经分隔锥筒3的整流作用进入上导流筒4底部上层升流区Ⅴ内，建立上层内循环颗粒流；通过上、下层内循环颗粒流作用强化了滤料颗粒间的碰撞摩擦，同时上层升流区Ⅴ与下层升流区Ⅶ的紊流作用强化了水流剪切力和颗粒间的碰撞强度，使得滤料颗粒得到有效地搓洗和油污的剥离；此外，加载气流产生的浮选作用提高了剥离污染物的分离。

进一步地，所述气、固和液在三相分离区内进行有效分离的方法是：

反冲洗废水夹带污物甚至滤料颗粒进入三相分离区，在预分离导流区Ⅰ内由于截面积扩大，混合液上升流速降低，不能形成对金刚砂滤料颗粒的夹带作用，固、液在此进行初分离；同时由于反冲洗废水流经内导流筒5-10及外导流筒5-9间回流缝时流速较低，也不能对气体形成夹带作用，所述气体经气体释放区Ⅳ由排气口排出；反冲洗废水夹带部分滤料颗粒流经回流区Ⅱ进入固液沉淀分离区Ⅲ，在该固液沉淀分离区Ⅲ微细滤料颗粒得到有效分离，并经回流区Ⅱ重新回至叠层动态反洗区的降流区内；分离后反冲洗废水经溢流后进入反冲洗出水口排除。

以上所述实施例仅为表达本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、同等替换、改进等，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种叠层循环动态反冲洗过滤装置，包括配水及配气单元、叠层动态反冲洗单元及三相分离单元，所述配水及配气单元提供反冲洗水及加载气，其特征在于：所述叠层动态反冲洗单元与三相分离单元在空间上叠层串联耦合，并通过三相分离单元的回流区建立起两个单元间的水力联系，防止反冲洗时微细金刚砂滤料的流失；叠层动态反冲洗单元通过空间上叠层梯度受控内循环作用对金刚砂滤床截留油污进行洗脱和动态反洗再生；三相分离单元对加载气、反冲洗水和金刚砂滤料进行分离。

2.根据权利要求1所述的叠层循环动态反冲洗过滤装置，其特征在于：所述叠层动态反冲洗单元内包括筒体、下主导流筒、分隔锥筒及上主导流筒，所述上主导流筒、分隔锥筒及下主导流筒从上到下依次通过筋板固定在筒体中。

3.根据权利要求1所述的叠层循环动态反冲洗过滤装置，其特征在于：所述三相分离单元内包括三相分离器，所述三相分离器为上部具有封头的圆筒，其下部呈锥筒状，与主反洗单元的筒体焊接，三相分离器内部通过筋板固定有导流内筒，导流内筒外套有导流外筒，导流外筒上方固定两斜板集块，两斜板集块间设置排气管，排气管上方的分离器封头设置排气口。

4.根据权利要求1所述的叠层循环动态反冲洗过滤装置，其特征在于：所述导流内筒的外径大于上导流筒的外径。

5.权利要求1所述的叠层循环动态反冲洗过滤装置的反冲洗方法是：叠层动态反洗区建立空间上叠层串联的两级内循环，使得精细金刚砂滤床层级梯度受控循环，产生强化的水流剪力和颗粒间碰撞，从而对精细金刚砂滤料进行有效搓洗，同时，气、固和液在三相分离区内进行有效分离；相互独立的叠层动态反洗区和三相分离区在空间上叠层串联耦合作用，使得搓洗和分离在时间上梯度推进；回流区建立主反洗区和三相分离区间水力联系，防止反冲洗时微细金刚砂滤料流失，在连续的内循环流动中实现金刚砂滤床的反洗再生。

6.根据权利要求5所述的反冲洗方法，其特征在于：所述叠层动态反洗区，根据滤床运动方向进一步分为升流区和降流区；以分隔锥筒为分界点，处于上层的称作上层升流区和上层降流区；处于下层的称作下层升流区和下层降流区。

7.根据权利要求6所述的反冲洗方法，其特征在于：所述上层升流区是上主导流筒所围成区域，上层降流区是筒体和上主导流筒之间的环形区域；下层升流区是下主导流筒所围成区域，下层降流区是筒体和下主导流筒之间的环形区域。

8.根据权利要求5所述的反冲洗方法，其特征在于：所述三相分离区，进一步分为：导流内筒与导流外筒所构成的预分离导流区，导流外筒与分离器圆筒间的环形区域构成回流区，斜板集块构成的固液沉淀分离区、排气管和排气口构成的气体释放区。

9.根据权利要求5所述的反冲洗方法，其特征在于：所述在叠层动态反洗区内，对精细金刚砂滤料进行有效搓洗的方法是：

反冲洗水由集配水器进入装置内，向上流经精细金刚砂滤床，使滤床膨胀，其膨胀率为15%-30%；同时，加载气流经气体分配器进入下导流筒底部下层升流区内，形成气、固（滤料颗粒）和液三相混合液，流态呈紊流状态；在下层升流区内液体气含率高，混合液密度小，而在下层降流区内液体气含率小（甚至不含气），混合液密度大；由于加载气流的作用，在下层升、降流区使混合液存在密度差，进而建立混合液循环的推动力；随着加载气流量的增大，下层升流区和下层降流区间的内循环流动逐渐增强；临界状态下微膨胀金刚砂滤床在内循环液流的夹带作用下形成下层内循环颗粒流；同理，上升的加载气流经分隔锥筒的整流作用进入上导流筒底部上层升流区内，建立上层内循环颗粒流；通过上、下层内循环颗粒流作用强化了滤料颗粒间的碰撞摩擦，同时上、下层升流区的紊流作用强化了水流剪切力和颗粒间的碰撞强度，使得滤料颗粒得到有效地搓洗和油污的剥离；此外，加载气流产生的浮选作用提高了剥离污染物的分离。

10.根据权利要求5所述的反冲洗方法，其特征在于：所述气、固和液在三相分离区内进行有效分离的方法是：

反冲洗废水夹带污物甚至滤料颗粒进入三相分离区，在预分离导流区内由于截面积扩大，混合液上升流速降低，不能形成对金刚砂滤料颗粒的夹带作用，固、液在此进行初分离；同时由于反冲洗废水流经内导流筒及外导流筒间回流缝时流速较低，也不能对气体形成夹带作用，所述气体经气体释放区由排气口排出；反冲洗废水夹带部分滤料颗粒流经回流区进入固液沉淀分离区，在该区微细滤料颗粒得到有效分离，并经回流区重新回至叠层动态反洗区的上层及下层降流区内；分离后反冲洗废水经溢流后进入反冲洗出水口排除。