CN108328686A - 多旋重力驱型油水聚结分离罐 - Google Patents

多旋重力驱型油水聚结分离罐 Download PDF

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Abstract

一种多旋重力驱型油水聚结分离罐。主要目的在于提供一种用于处理油田采出液及地面污水实现油水高效快速分离的简易装置。其特征在于：分离罐罐体的内部分为气浮腔、入口腔、溢流腔、螺旋聚结腔和重力沉降腔；在罐体的内部设置有双管盘式气浮、沿圆周均匀分布的6个多级变径聚结内芯和环式减速板；所述多级变径聚结内芯的底流口指向所述罐体内圆心相反方向；多级变径聚结内芯，包括中心管、螺旋管和连接管；螺旋管为变径管，从入口到底流口的管径逐渐缩小；螺旋管的上1/3部分为螺旋聚结段，下2/3部分为螺旋分离段；螺旋管的下方经连接管与所述中心管相连通；环式减速板由倾斜板和中心柱焊接而成。

Description

多旋重力驱型油水聚结分离罐
技术领域
本发明涉及一种应用于石油、石化、化工和环保等领域中的用于油田采出液的预分离及污水处理方面的设备。
背景技术
目前我国多数油田进入高含水开发周期，采出液水处理难度加大、成本增高。油田原有的以立式沉降罐和水力旋流器为主的传统分离设备存在极大的弊端。立式沉降罐仅靠重力作用难以将细小的油滴有效分离，使得沉降罐分离速率明显下降，在部分处理站分离速率仅为设计速率的30%-50%；而具有较高理论处理速率的水力旋流器在油滴粒径较小时适应性差，分离后水相含油量较高，对小于分割粒径的油滴无法分离，往往面对变处理需求的处理性能大幅度下降，从而难以满足生产需求。
发明内容
为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供了一种用于处理油田采出液及地面污水，可实现油水高效快速分离的简易装置。本发明解决了常规的重力沉降设备存在的占地面积大、分离速率慢、分离效率低并且不适用于分离油滴粒较小的油水混合液等问题。同时弥补了旋流分离设备单体处理量小、处理不稳定、受操作参数影响较大、对操作人员要求高等应用弊端。本发明基于旋流分离理论，应用螺旋聚结原理，设计了一种多级变径聚结内芯，并结合沉降理论，将螺旋、聚结、沉降等多重分离方法，通过多腔分隔实现了三位一体的高效高精度油水分离。
本发明的技术方案是：该种多旋重力驱型油水聚结分离罐，包括分离罐罐体，其特征在于：在所述分离罐罐体上接有油相出口管、双管盘式气浮、管热管、气浮腔水相出口管、入口管以及重力沉降腔水相出口管; 所述分离罐罐体的内部分为气浮腔、入口腔、溢流腔、螺旋聚结腔和重力沉降腔，并开有导液孔；其中，在油相出口管、气浮腔水相出口管、入口管、重力沉降腔水相出口管上分别连接有调节阀；
在所述分离罐罐体的内部设置有双管盘式气浮、沿圆周均匀分布的6个多级变径聚结内芯和环式减速板；所述多级变径聚结内芯的底流口指向所述罐体内圆心相反方向；
所述多级变径聚结内芯，包括中心管、螺旋管和连接管；其中，所述螺旋管为变径管，从入口到底流口的管径逐渐缩小，以使混合液在所述螺旋管内加速流动并在螺旋管靠近底流口处获得更大的离心力；所述螺旋管的螺旋升角范围在27度-35度之间；所述螺旋管作为多级变径聚结内芯工作时混合液从入口流入后的经过通道；
所述螺旋管的上1/3部分为螺旋聚结段，所述螺旋管的下2/3部分为螺旋分离段；所述螺旋管的下方经连接管与所述中心管相连通；
所述环式减速板由倾斜板和中心柱焊接而成；所述中心柱用于支撑和固定环式减速板；
所述双管盘式气浮包括进气口、气浮盘和支架；所述气浮盘是两根相互连通的环形细管，并且在管壁上开有小孔。
本发明具有如下有益效果：应用本发明，混合液以一定速度从入口流入，密度较大的水相密集于螺旋管离心侧流动，密度较小的油相密集于螺旋管向心侧贴壁流动，细小油滴相互碰撞使得油滴之间的界面破裂,两个或多个油滴碰撞、聚结为较大的油滴从而实现油滴由小到大的聚结过程。通过连接在螺旋管向心侧的多个聚结导流管使向心侧液体流入中心管内，从而实现对来液中的细小油滴粗粒化及一次分离。一次分离后的油水两相分别通过多级变径聚结内芯的溢流口和底流口流进下一级分离装置行二次油水分离。溢流液经过环式减速板强化重力沉降过程，底流液经过双管盘式气浮分离底流液中的细小油滴，从而实现了油水两相高效高速分离。
本发明可用于石油行业、环保行业等领域，具有可观的推广前景；并且可应用于进液量不稳定工况，保障旋流分离器具有良好的分离效果。此外，本发明结构简单，降低后续使用中的维护成本，降低操作人员的学习成本；处理工艺简单，安装方便，可实现变流量工况下的连续高效分离。
附图说明：
图1是多旋重力驱型油水聚结分离罐整体外观图。
图2是多旋重力驱型油水聚结分离罐1/4剖视图。
图3 是多级变径聚结内芯的结构图。
图4 是多旋重力驱型油水聚结分离罐的剖视图。
图5 是环式减速板结构图。
图6是环式减速板倾斜板的局部放大图。
图7 是双管盘式气浮结构图。
图8是多旋重力驱型油水聚结分离罐的罐体结构图，
图中1-油相出口管；2-调节阀；3-双管盘式气浮，4-换热管；5-气浮腔水相出口；6-入口管；7-重力沉降腔水相出口管：8-多级变径聚结内芯；9-环式减速板；10-底流口；11-中心管；12-螺旋管；13-连接管；14-溢流口；15-入口；16-倾斜板；17-中心柱；18-进气口；19-气浮盘；20-支架；21-气浮腔；22-入口腔；23-溢流腔；24-螺旋聚结腔；25-重力沉降腔；26-导液孔。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步说明：
面对社会对环保的呼声日益强烈，以及油田高含水开发期的新形势，通过对比多种分离设备的实用性和弊端，研究各分离设备的分离原理，最终完成多旋重力驱型油水高效聚结分离设计，本发明的目的在于：针对存量庞大的立式沉降设备提出了一种新的解决方案，克服其处理时间长、处理精度等弊端。本发明基于螺旋聚结原理，设计了多级变径聚结内芯，克服了原有分离设备对细小油滴难以有效分离的弊端。
多旋重力驱型油水聚结分离罐整体外观如图1所示，分离罐罐体接管有：油相出口管1、双管盘式气浮3、换热管4、气浮腔水相出口管5、入口管6、重力沉降腔水相出口管7。调节阀2通过螺纹连接于油相出口管1、气浮腔水相出口管5、入口管6、重力沉降腔水相出口管7上。
多旋重力驱型油水高效聚结分离罐内部1/4剖视图如图2所示，具体为双管盘式气浮3、均匀圆周分布的6个多级变径聚结内芯8、环式减速板9。
如图3所示结构为多级变径聚结内芯8，它由中心管11、螺旋管12和连接管13组成，螺旋管12为变径管，从入口15到底流口10管径逐渐缩小，从而使混合液在螺旋管12内加速流动，在螺旋管12靠近底流口10处获得更大的离心力。螺旋管12的螺旋升角为27°～35°。多级变径聚结内芯8工作时混合液从入口15流入，经过螺旋管12，
螺旋管12上1/3为螺旋聚结段，在这部分螺旋聚结作用为主，待分离混合液中细小油滴相互碰撞，一个或多个小油滴聚结成大油滴，并在离心力作用下向螺旋向心侧流动。螺旋管12下2/3为螺旋分离段，在这部分螺旋分离作用为主，在离心力的作用下经过聚结的大油滴密集在螺旋管12的向心侧，通过聚结导流管13流入中心管11，最终通过溢流口14流向下一级分离装置，重质的水相密集与螺旋管12离心侧最终通过底流口10流向下一级分离装置。
如图4所示多旋重力驱型油水高效聚结分离罐剖视图，多级变径聚结内芯8均匀圆周排列，底流口10朝圆心相反方向。
如图5为环式减速板结构图，环式减速板9由倾斜板16和中心柱17焊接而成，中心柱17用于支撑、固定环式减速板9，倾斜板16为环式减速板9的主要分离位置，通过倾斜板16增大沉降距离，如图6为如图5为环式减速板倾斜板尺寸，倾斜板16的斜边长为L，板倾角为，倾角一般选用45°，可根据待分离液的黏性适度增大倾角，倾角最大不超过65°，其水平分离边长l = L/tan，斜板安装直径R，中心柱直径为r，斜板安装空间长度为，斜板板数公式为：
如图7所示双管盘式气浮3结构图，由进气口18、气浮盘19、支架20组成，气浮盘是两个相互连通的细管，通过气浮盘19管壁上的小孔，将由进气口18通入的气体形成可以携带油滴的微小气泡，混合液中油滴附着在气泡表面，跟随气泡上升。
该装置的罐体如图8所示，罐体内部分为由气浮腔21、入口腔22、溢流腔23、螺旋聚结腔24、重力沉降腔25、导液孔26。
工作时，混合液经入口管6注入到入口腔16，然后流入与之焊接的多个多级变径聚结内芯入口15。经过多级变径聚结内芯8分离后含油较多的溢流液从溢流口14流入溢流腔24，最终通过导液孔26流入重力沉降腔25，通过环式减速板9进行二次分离。还有较少的底流液由底流口10流入气浮腔21，在气浮腔21中通过双管盘式气浮3进行二次分离，当液面超过入口腔22倾斜的外壁顶端时，上层油液溢入重力沉降腔25上部。分离过程完成后油相位于重力沉降腔25上方，由油相出口管1排出，水相位于重力沉降腔19下方及气浮腔，分别由重力沉降腔水相出口管7和气浮腔水相出口管5排出。
本多旋重力驱型油水高效聚结分离罐的特点是：通过多级变径聚结内芯8将油水混合液一次分离，使含油量较低的底流液在气浮腔21中利用双管盘式气浮3对其二次分离，同时使含油量较高的溢流液在重力沉降腔25中利用环式减速板9增加沉降距离强化重力沉降过程，提高分离速率和效率。
本发明基于旋流分离、聚结分离、沉降分离理论，设计出了新型多级变径聚结内芯、环式减速板、双管盘式气浮，并将其有机结合在同一罐内，实现先聚结后螺旋预分离最终再经沉降及气浮法精分离的油水高效快分技术。弥补了以往设备处理速率慢、处理精度低、有效分离粒径小的不足。弥补了各分离方式单独使用的局限性。做到了制造操作简单，分离效率高，处理量大,对不同处理要求适应性强等特点。针对目前中国主流油田，提出了一种应对高含水油田采出液处理的低成本高收益的解决方案。

Claims (2)

1.一种多旋重力驱型油水聚结分离罐，包括分离罐罐体，其特征在于：在所述分离罐罐体上接有油相出口管、双管盘式气浮、换热管、气浮腔水相出口管、入口管以及重力沉降腔水相出口管; 所述分离罐罐体的内部分为气浮腔、入口腔、溢流腔、螺旋聚结腔和重力沉降腔，并开有导液孔；其中，在油相出口管、气浮腔水相出口管、入口管、重力沉降腔水相出口管上分别连接有调节阀；
在所述分离罐罐体的内部设置有双管盘式气浮、沿圆周均匀分布的6个多级变径聚结内芯和环式减速板；所述多级变径聚结内芯的底流口指向所述罐体内圆心相反方向；
所述多级变径聚结内芯，包括中心管、螺旋管和连接管；其中，所述螺旋管为变径管，从入口到底流口的管径逐渐缩小，以使混合液在所述螺旋管内加速流动并在螺旋管靠近底流口处获得更大的离心力；所述螺旋管的螺旋升角范围在27度-35度之间；所述螺旋管作为多级变径聚结内芯工作时混合液从入口流入后的经过通道；
所述螺旋管的上1/3部分为螺旋聚结段，所述螺旋管的下2/3部分为螺旋分离段；所述螺旋管的下方经连接管与所述中心管相连通；
所述环式减速板由倾斜板和中心柱焊接而成；所述中心柱用于支撑和固定环式减速板；
所述双管盘式气浮包括进气口、气浮盘和支架；所述气浮盘是两根相互连通的环形细管，并且在管壁上开有小孔。
2.根据权利要求1所述的多旋重力驱型油水聚结分离罐，其特征在于：所述环式减速板内倾斜板的板数按照公式（1）来确定；
（1）
其中，倾斜板的斜边长为L，板倾角为，其水平分离边长l = L/tan，斜板安装直径R，中心柱直径为r，斜板安装空间长度为；
倾角一般选用45°，可根据待分离液的黏性适度增大倾角，倾角最大不超过65°。
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