CN108395033A - 一种高效旋流油水分离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高效旋流油水分离装置，所述的高效旋流油水分离装置包括旋流器(1)、电极(2)、导流管(3)、集水室(4)、控制阀(5)、膜分离室(6)；所述的旋流器(1)为双锥型水力旋流器，旋流器(1)自上而下各部分依次为溢流口(7)、入口(8)、圆柱段(9)、大锥段(10)、小锥段(11)、手孔(12)、尾管段(13)，尾管段(13)上开设有一号出水口(14)和排污口(15)，排污口(15)位于尾管段(13)的底部。本发明具有结构设计简单、合理、操作方便的特点，并且分离性能好，其包含了旋流、电絮凝和膜分离等技术，根据不同的技术特点进行了组合，占地面积小，提高了原始旋流器的分离效率。
Description
技术领域
本发明涉及油水分离技术领域，尤其涉及一种高效旋流油水分离装置。
背景技术
随着油田开采规模的不断加大，我国大部分的油田已经进入开采的中后期，采出液中含水率也大幅提升，有的可达90％以上；另外，由于在目前的油田开采中常常加一些表面活性剂，油滴乳化严重，增加了油水分离的难度，这使得常规的油水分离方法很难使得生产水达到外排标准。
水力旋流器是常见的油水分离装置，其利用流体在旋流腔中快速旋转产出的离心力，使密度较大的水相流向外侧，密度较小的油滴则运动至内圈，并逐渐通过碰撞而聚为更大粒径的油滴，最终上浮实现分离。当油水密度差较小时，在旋流器中油相和水相所产生的离心力之差不大，使得油水分离困难；另外，随着处理液量增加，旋转产生的剪切力过大，油滴易破裂为更小的微小液滴，从而降低油水分离的效率。
因此，为了使得生产水达到外排标准，迫切需要一种更为高效环保的油水分离技术。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种高效旋流油水分离装置，具有结构设计简单、合理、操作方便的特点，并且分离性能好，其包含了旋流、电絮凝和膜分离等技术，根据不同的技术特点进行了组合，占地面积小，提高了原始旋流器的分离效率。
本发明采用如下技术方案：
一种高效旋流油水分离装置，包括旋流器、电极、导流管、集水室、控制阀和膜分离室。
所述旋流器设置在最上部，其为双锥形水力旋流器，从上到下依次是溢流口、渐开线曲线型结构的双入口、圆柱段、大锥段、小锥段、尾管段、一号出水口、排污口，大锥段的锥度一般选择15°-25°，小锥段的锥度一般选择1.2°-3.0°。
所述电极与尾管段平行放置，且通过手孔与外电源进行连接，所述手孔设置于旋流器尾管段的起始位置；电极的长度为尾管段长度的2/3。
所述导流管一端插入旋流器的内部，插入深度为尾管段长度的1/4，另一端则与集水室相连。
所述集水室设置在旋流器和膜分离室的中部，所述膜分离室内部设置有36根呈波纹状的膜管，其夹角为60°，连接集水室与膜分离室的管路上安装有控制阀。
本发明的一种高效旋流油水分离装置，其结构设计简单、合理，采用离心分离，电絮凝、膜分离相结合的技术，通过大油滴与水相的初步分离，油水再分离，油水精细分离，从而可以简化生产水处理工艺流程，在获得较高分离效率的同时降低生产的成本。
本发明的优点具体体现在以下几个方面：
(1)兼备了离心分离、电絮凝与膜分离的优点。首先通过旋流器一次分离后，较大粒径的油滴则通过溢流管排出，含少量油污的污水则进入旋流器的尾管段，在尾管段设置有电极，产生气泡，从而除去部分较小粒径的油滴和悬浮物，中心位置富含油滴的污水则引入到膜分离室中，通过三级分离，从而实现了油水的高效分离。
(2)通过将旋流器入口设置为渐开线曲线型，可以降低油滴在入口湍流作用下的破裂情况，提高分离效率。
(3)通过在旋流器尾管段设置电极，构成了电絮凝系统。一方面，在阴极，通过电解水产生的氢气，产生微小的气泡，气泡可以携带走污水中的油滴和细小的悬浮物体，一起上浮，产生气浮作用；另一方面，在电凝过程中，阳极表面产生大量的中间产物，用于去除难降解的大分子有机污染物，提高污水的可生化性。
(4)通过设置导流管，将在离心力的作用下聚集于尾管中心位置的污水引入至积水室，以实现对油水的精细分离。
(5)通过设置控制阀，控制了积水室中的液位高度，并且也实现了对进入膜分离室中的液流速度大小的控制。
(6)通过在设置膜分离室，其内部设置有呈60°夹角的波纹膜管，通过错流运动，实现油水的精细分离。
附图说明
图1为本发明的一种高效旋流油水分离装置的结构原理图；
图2为本发明的一种高效旋流油水分离装置标注锥角后的结构原理图；
图3为本发明一种高效旋流油水分离装置入口结构示意图；
图4为本发明一种高效旋流油水分离装置的膜管的结构示意图。
图中：1-旋流器、2-电极、3-导流管、4-集水室、5-控制阀、6-膜分离室、7-溢流口、8-入口、9-圆柱段、10-大锥段、11-小锥段、12-手孔、13-尾管段、14-一号出水口、15-排污口、16-二号出水口。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的一种高效旋流油水分离装置，包括旋流器1、电极2、导流管3、集水室4、控制阀5、膜分离室6。
如图3所示，所述的旋流器1为一个双锥型水力旋流器，旋流器1自上而下各部分依次为溢流口7、入口8、圆柱段9、大锥段10、小锥段11、手孔12、尾管段13，其中入口8为渐开线型曲线双入口结构，可以降低油滴在入口湍流作用下的破裂情况，提高分离效率。
进一步优选的技术方案是，大锥段10的锥度为15-25°，小锥段11的锥度为1.2-3.0°。在这样的尺寸条件下，大锥段10能有效提供液流旋转所需的能量，同时，也避免了在小锥段11产生过大的切向速度造成油滴的变形破裂，从而有利于提高油水分离效率，如图2所示。
进一步优选的技术方案是，圆柱段9内径D为25-75mm，溢流口内径Do为圆柱段9内径D的0.1-0.35，尾管段长度Lu为圆柱段9内径D的8-12倍，尾管段13直径Db为圆柱段直径D的0.25～0.45，这就使得在旋流器内，流体流型稳定，会形成稳定的中心油柱，如图2所示。
一号出水口14和排污口15均安装在旋流器1的尾管段13。
在旋流器1内与尾管段13平行的位置上安装有电极2，电极2通过尾管段起始位置处所设置的手孔12与外电源进行连接，经电极电解作用，产生的絮凝剂处理污水经设置在旋流器1上的排污口15排出，气泡带走的油污和细小悬浮物通过溢流口7排出。
实例1
以铁或铝等金属作为阳极，在直流电的作用下，阳极被溶蚀，产生Al、Fe等的离子，在经一系列水解、聚合及亚铁的氧化过程，使水中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀，经排污口15排出；另外，电解水产生的氧气和氢气的气泡在上浮过程中，与随着流体在旋流器内作旋转运动的油滴发生碰撞并黏附,形成油滴与气泡的聚合体，从溢流口7排出；被处理后的水经一号出水口14排出。
导流管3内接入尾管段12的底部，外侧与集水室4连接，导流管3插入的深度为尾管段12长度的1/4，其作用是将位于中心位置且相对含油量较高的水相引流做进一步处理。
集水室4放置于旋流器1的下端，通过管路与膜分离室6连接，连接管路上安装有控制阀5。
如图4所示，膜分离室6的内部安装有呈波纹状的膜管36根，膜管的夹角设置为60°，经精细化处理后的水相通过二号出水口16排出，二号出水口16设置于膜分离室6底部的右侧。
液位控制系统用于控制集水室4的液位高度。最初控制阀5处于关闭状态，当导流管3将液流引入到集水室4到达预设最高液位时，控制阀5打开，液流以一定的速度进入到膜分离室6；当集水室4中的液位达到预设最低液位时，控制阀5关闭。
本发明结构设计简单、合理，不仅能适应油田采出液中含水率的变化，而且能方便的分离后的油水及时排出，具有效率高、维护简单等优点。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种高效旋流油水分离装置，其特征在于，所述的高效旋流油水分离装置包括旋流器(1)、电极(2)、导流管(3)、集水室(4)、控制阀(5)、膜分离室(6)；
所述的旋流器(1)为双锥型水力旋流器，旋流器(1)自上而下各部分依次为溢流口(7)、入口(8)、圆柱段(9)、大锥段(10)、小锥段(11)、手孔(12)、尾管段(13)，尾管段(13)上开设有一号出水口(14)和排污口(15)，排污口(15)位于尾管段(13)的底部；
所述电极(2)平行安装于尾管段(13)，并通过尾管段(13)与小锥段(11)交界处的手孔(12)与外电源相连接，导流管(3)一端插入尾管段(13)的底端；
所述集水室(4)设置于旋流器(1)正下方，并通过导流管(3)与旋流器(1)相连通，膜分离室(6)位于集水室(4)的正下方，膜分离室(6)与集水室(4)相连的管路上安装有控制阀(5)。
2.根据权利要求1所述的一种高效旋流油水分离装置，其特征在于，所述的旋流器(1)的入口(8)为渐开线曲线型双入口结构；大锥段(10)的锥度α为15°-25°；小锥段(11)的锥度β为1.2°-3.0°，圆柱段(9)内径D为25-75mm，溢流口(7)内径Do为圆柱段(9)内径D的0.1-0.35，尾管段长度Lu为圆柱段(9)内径D的8-12倍，尾管段(13)直径Db为圆柱段直径D的0.25～0.45。
3.根据权利要求1所述的一种高效旋流油水分离装置，其特征在于，所述的电极(2)的长度占尾管段(13)长度的2/3；在外电场的作用下，可溶性的阳极溶解后产生大量的絮凝剂，阴极产生气泡，从而通过沉降、气浮作用除去水中更小粒径的油滴。
4.根据权利要求1所述的一种高效旋流油水分离装置，其特征在于，所述的导流管(3)为管状，其中线与旋流器(1)的中线重合，其插入尾管段(13)的长度为尾管段(13)长度的1/4，用于将中心含油滴较多的水引流至集水室(4)进一步处理。
5.根据权利要求1所述的一种高效旋流油水分离装置，其特征在于，所述的膜分离式室(6)内布置有36根细小的膜管，所述膜管呈波纹状，其夹角为60°，通过错流运动，利用膜进一步除去水中微小的油滴；处理后的水由安装于膜分离室(6)上的二号出水口(16)排出。
6.根据权利要求1所述的一种高效旋流油水分离装置，其特征在于，所述的油水分离装置包括液位控制系统；所述的控制阀(5)与液位控制系统信号连接，当集水室(4)中积聚的水层达到设定的最大液位高度时，液位控制系统控制控制阀(5)开启，水层未达到设定的最大液位高度，液位控制系统控制控制阀(5)保持关闭状态。
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