CN109607658A - 一种旋流强度可调节的旋流气浮装置及操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旋流强度可调节的旋流气浮装置及操作方法：包括圆柱形罐体，罐体上下两端分别设置椭圆上封头和椭圆下封头，椭圆上封头设置出油口，椭圆下封头设置出水口，罐体侧壁中上部设置切向入口管，切向入口管上设置管径调节阀，罐体内部上端内壁设置导流叶片，导流叶片起始端与切向入口管末端光滑过度衔接；罐体内部设置直径可调节的稳流筒，稳流筒两侧连接筒径调节阀，通过筒径调节阀调节稳流筒的直径，改变流体在罐体内部的等效旋转半径；所述罐体下端内部设置有圆锥形起涡器。本发明具有结构紧凑、操作简单、运行成本低、分离效率高等特点，可用于海上平台采出水的处理及陆地联合站、石化厂等的含油污水的处理。
Description
技术领域
本发明涉及含油污水处理技术领域，更具体的说，是涉及一种旋流强度可调节的旋流气浮装置及操作方法。
背景技术
目前，我国大部分油田已经进入了油田开采的中后期，油田采出水含量不断增加，促使采出水处理成本投入加大。在含油污水处理众多方法中，物理方法是最经济的一种办法，但因其处理效率低往往需要与其他方法组合成一套工艺才可达到最终的处理效果。为提高单个除油设备的处理效率，研究者们开始将两种或者多种处理技术组合到一个设备中，事实表明，此种研究思路既提高了设备的处理效率，又节省了设备的占地面积，得到了广泛的认可。旋流气浮就是一种离心分离技术和气浮选技术的有效耦合技术，该技术最早在国外开始研究，2001年，挪威一家公司研发的气旋浮装置(EPCON CFU)分别在Brage油田和Troll C油田进行现场安装试验，处理后水中的含油基本在20mg/L以下，分离效果十分理想，此次试验的成功，拉开了旋流气浮技术蓬勃发展的序幕，自此国内外相继开展旋流气浮技术的研发。
在开展旋流气浮技术研究的过程中，研发者为了增加设备的竞争性，不断优化设备内部的构造，以期得到更好的处理效果。在专利CN201110098951.3中通过在旋流气浮装置上增加喷射器，来提高流体在装置内部的离心加速度，从而增加油水分离效果；在专利CN201310245879.3中，通过增加多个导流片以及设计导流片的布局及倾斜角度来增加流体在旋流气浮装置中的旋流强度。
常规的旋流气浮装置主要包括罐体、稳流筒、切向入口管、排油口、排水口、导流片、(或导流喷嘴)等部分组成，虽然大量的研究者已经在常规的旋流气浮装置的基础上进行了升级优化，但工作原理大致相同，其工作原理为在设备入口管线导入气体(油田常用天然气或氮气)，使水中产生大量的微气泡，以形成水、气及被去除物质的三相混合体，在界面张力、微气泡浮力和静水压力差等多种力的共同作用下，促进微气泡黏附在微小的油滴上，形成密度低于水的混合物，从而强制上浮到污水表面。含油污水从切向入口管进入罐内，在入口螺旋导片的引导下形成较为柔和的旋流运动，离心加速度一般为重力加速度的8-10倍。与此同时，由于流体流速升高致使流体压力下降，含油污水中的残留的部分溶解气以气泡的形式释放出来。但从目前申请的专利及相关实验情况来看，表现出来的问题是旋流气浮针对不同油田的采出水的处理效果不同，装置的适应性较差，甚至有的旋流气浮装置只适合在轻质油田的含油污水处理中应用，在重质油田的含油污水处理中表现的效果并不良好，这样大大的缩减了旋流气浮装置的应用市场，同时也降低了装置的竞争力。
旋流气浮装置主要借助离心力和气泡的浮力来实现油水分离，只有气泡与油滴有效的接触才能完成油滴向稳流筒外壁聚集并上浮的过程。韩严和等人通过研究发现，在旋流气浮工艺中，影响分离效率的因素主要包括物性参数、运行参数和结构参数。影响总碰撞效率的物性参数主要有分散相颗粒/油滴直径、分散相颗粒/油滴密度及介质水的温度，运行参数主要有气泡直径和切向入口管速度，结构参数主要为等效旋转直径。碰撞效率随切向速度增大而增大、随旋流器直径增大而降低。但当切向速度增大到一定程度时，由于湍流产生的剪切力增大，粘附效率和粘附稳定效率将降低，从而影响最终的分离效率；旋流器直径方面也存在一个最佳值，这主要是实际过程中旋流器直径不能太小，太小会使过于剧烈而不利于气浮分离效果。针对不同地区，不同油田的含油污水，其物性参数不同，这是难以改变的事实，而运行参数和结构参数可以通过改变装置的结构来实现。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种旋流强度可调节的旋流气浮装置及操作方法，具有结构紧凑、操作简单、运行成本低、分离效率高等特点，可用于海上平台采出水的处理及陆地联合站、石化厂等的含油污水的处理。
本发明的目的可通过以下技术方案实现。
本发明的旋流强度可调节的旋流气浮装置，包括圆柱形罐体，所述罐体上下两端分别设置有椭圆上封头和椭圆下封头，所述椭圆上封头设置有出油口，所述椭圆下封头设置有出水口，所述罐体侧壁中上部设置有含油污水切向入口管，所述切向入口管上设置有管径调节阀，所述罐体内部上端内壁设置有导流叶片，所述导流叶片起始端与切向入口管末端光滑过度衔接；所述罐体内部设置有直径可调节的稳流筒，所述稳流筒两侧连接有筒径调节阀，所述稳流筒通过筒径调节阀与罐体固定，且通过筒径调节阀调节稳流筒的直径，改变流体在罐体内部的等效旋转半径；所述罐体下端内部设置有圆锥形起涡器。
所述稳流筒和罐体同轴设置，且所述导流叶片固定于稳流筒和罐体之间。
本发明的目的还可通过以下技术方案实现。
本发明的旋流强度可调节的旋流气浮装置的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：通过气液混合泵将含油污水与旋流气浮所需气体混合均匀，通过切向入口管进入罐体，进入罐体的气液混合流体从导流叶片起始端流至终止端的过程中，会被引导成向上的螺旋流，从而在罐体内形成旋转离心力场；其中，通过调节管径调节阀来改变流体进入罐体的速度，通过调节筒径调节阀来调节稳流筒的内径，进而改变流体在罐体内的旋流强度；
第二步：在离心力场的作用下，密度较大的水相向罐体内壁移动，而油相、黏附有油滴的轻组分则产生径向内向的相对迁移，到达稳流筒外壁附近区域；
第三步：聚集到稳流筒外壁附近的油相及黏附有油滴的轻组分在浮力的作用下开始上浮，上浮的油相及黏附有油滴的轻组分最终通过出油口排出；
第四步：气液混合流体进入罐体后边旋转、边向下流动，净化后的水最终从出水口排出。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
(1)本发明在传统的旋流气浮装置基础上，增加直径可调节的稳流筒，通过调整稳流筒的内径，可改变流体在罐体内部的旋转半径，从而改变了流体的离心强度，使得不同流体都能在合适的离心强度下进行油水分离。
(2)本发明在切向入口管上增加了管径调节阀，通过调节管径大小，来调整流体进入罐体中的速度，间接可调节流体的离心强度，拓宽了旋流气浮装置的应用范围。
(3)本发明具有操作方便可自动控制，且无动力设备，维护方便、占地小、无噪声等特点。
附图说明
图1是本发明旋流强度可调节的旋流气浮装置的结构示意图；
图2是本发明中稳流筒截面俯视图。
附图标记:1出油口，2椭圆上封头，3罐体，4导流叶片，5管径调节阀，6切向入口管，7筒径调节阀，8稳流筒，9起涡器，10椭圆下封头，11出水口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1和图2所示，本发明的旋流强度可调节的旋流气浮装置，包括圆柱形罐体3，所述罐体3上下两端分别设置有椭圆上封头2和椭圆下封头10，所述椭圆上封头2设置有出油口1，所述椭圆下封头10设置有出水口11。所述罐体3侧壁中上部设置有含油污水切向入口管6，所述切向入口管6上设置有管径调节阀5，通过改变管径，来调节流体进入罐体3中的速度，从而调节流体在罐体3中的旋转强度。
所述罐体3内部上端内壁设置有导流叶片4，呈螺旋上升状，所述导流叶片4起始端与切向入口管6末端光滑过度衔接。所述罐体3内部设置有直径可调节的稳流筒8，减小油珠的旋转水力半径，防止旋流衰减现象产生。所述稳流筒8和罐体3同轴设置，且所述导流叶片4固定于稳流筒8和罐体3之间。
所述罐体3内部的稳流筒8为折叠圆桶，所述稳流筒8两侧连接有筒径调节阀7，所述稳流筒8通过筒径调节阀7与罐体3固定，可起到支撑稳流筒8的作用，且通过旋转筒径调节阀7来调节稳流筒的直径，从而改变流体在罐体3内部的等效旋转半径，从而调节流体的旋转强度。所述罐体3下端内部设置有圆锥形起涡器9，可促进涡流的产生，增大油滴的上浮速度，同时减弱了下部出水口11的抽吸作用和对上浮油滴的拖曳力，使得出水口11上部流场较为稳定，为油滴提供了一个相对平静的浮选环境。
本发明是在传统的旋流气浮装置基础上在运行参数和结构参数进行结构优化设计，在旋流气浮装置的切向入口管6上增加管径调节阀5，同过调节切向入口管6管径的大小来调整流体进入罐体3中的速度，通过在罐体3内部增加直径可调节的稳流筒8，来实现改变流体在罐体3中的等效旋转半径。本发明的核心思想为通过以上两种调节方法，使得油滴和气泡的碰撞效率达到最佳，使得旋流气浮装置可以针对不同的物性参数的含油污水进行运行参数调节，提高处理效率的同时也增加的装置的广泛应用程度。
本发明的旋流强度可调节的旋流气浮装置的操作方法，具体过程如下：
第一步：通过气液混合泵将含油污水与旋流气浮所需气体混合均匀，通过切向入口管6进入罐体3，进入罐体3的气液混合流体从导流叶片4起始端流至终止端的过程中，会被引导成向上的螺旋流，从而在罐体3内形成旋转离心力场。其中，通过调节管径调节阀5来改变流体进入罐体3的速度，通过调节筒径调节阀7来调节稳流筒8的内径，通过两种方法可进而改变流体在罐体3内的旋流强度。
第二步：在离心力场的作用下，密度较大的水相向罐体3内壁移动，而油相、黏附有油滴的气泡等轻组分则产生径向内向的相对迁移，到达稳流筒8外壁附近区域。
第三步：聚集到稳流筒8外壁附近的油相及黏附有油滴的气泡等轻组分在浮力的作用下开始上浮，上浮的油相及黏附有油滴的气泡等轻组分最终通过出油口1排出。
第四步：气液混合流体进入罐体3后边旋转、边向下流动，净化后的水最终从出水口11排出。
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (3)
1.一种旋流强度可调节的旋流气浮装置，包括圆柱形罐体(3)，所述罐体(3)上下两端分别设置有椭圆上封头(2)和椭圆下封头(10)，所述椭圆上封头(2)设置有出油口(1)，所述椭圆下封头(10)设置有出水口(11)，其特征在于，所述罐体(3)侧壁中上部设置有含油污水切向入口管(6)，所述切向入口管(6)上设置有管径调节阀(5)，所述罐体(3)内部上端内壁设置有导流叶片(4)，所述导流叶片(4)起始端与切向入口管(6)末端光滑过度衔接；所述罐体(3)内部设置有直径可调节的稳流筒(8)，所述稳流筒(8)两侧连接有筒径调节阀(7)，所述稳流筒(8)通过筒径调节阀(7)与罐体(3)固定，且通过筒径调节阀(7)调节稳流筒(8)的直径，改变流体在罐体(3)内部的等效旋转半径；所述罐体(3)下端内部设置有圆锥形起涡器(9)。
2.根据权利要求1所述的旋流强度可调节的旋流气浮装置，其特征在于，所述稳流筒(8)和罐体(3)同轴设置，且所述导流叶片(4)固定于稳流筒(8)和罐体(3)之间。
3.一种旋流强度可调节的旋流气浮装置的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：通过气液混合泵将含油污水与旋流气浮所需气体混合均匀，通过切向入口管(6)进入罐体(3)，进入罐体(3)的气液混合流体从导流叶片(4)起始端流至终止端的过程中，会被引导成向上的螺旋流，从而在罐体(3)内形成旋转离心力场；其中，通过调节管径调节阀(5)来改变流体进入罐体(3)的速度，通过调节筒径调节阀(7)来调节稳流筒(8)的内径，进而改变流体在罐体(3)内的旋流强度；
第二步：在离心力场的作用下，密度较大的水相向罐体(3)内壁移动，而油相、黏附有油滴的轻组分则产生径向内向的相对迁移，到达稳流筒(8)外壁附近区域；
第三步：聚集到稳流筒(8)外壁附近的油相及黏附有油滴的轻组分在浮力的作用下开始上浮，上浮的油相及黏附有油滴的轻组分最终通过出油口(1)排出；
第四步：气液混合流体进入罐体(3)后边旋转、边向下流动，净化后的水最终从出水口(11)排出。
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