CN110240345A

CN110240345A - 连续紧凑型油水分离系统

Info

Publication number: CN110240345A
Application number: CN201910394297.7A
Authority: CN
Inventors: 王靖涛; 王博; 郭宽逵; 康倩倩
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2019-05-13
Filing date: 2019-05-13
Publication date: 2019-09-17

Abstract

本发明公开一种连续紧凑型油水分离系统，主要由三个系统串联而成：油水预分离系统、油水运输系统和静电聚结器系统；其中，油水预分离系统包括滤网、原油进口管道以及填充在原油进口管道中处理过的疏水海绵；油水运输系统包括离心泵和与静电聚结器系统连接的原油输送管道；静电聚结器系统主要包括管式连续静电聚结器和油出口管道。本发明将疏水海绵与静电聚结器相结合，与传统的静电聚结器相比，采用疏水海绵对原油进行预处理可以有效提高油水混合流中油含量，降低静电聚结器负荷，达到节能的目的。

Description

连续紧凑型油水分离系统

技术领域

本发明属于油水分离装置技术领域,具体涉及一种连续紧凑型油水分离系统。连续紧凑型油水分离系统是结合现有成熟的海水油污收集装置和较成熟的高吸油型海绵二者的优点而形成的一种新型装置。这种新型的紧凑型油水分离系统考虑了传统油污收集装置的体积大及难拆卸的缺点，并将现有成熟制备吸油海绵的技术利用起来，最后应用上管式连续静电聚结器的处理手段，可以应用于化工、海上采油领域普遍存在的石油泄漏问题。从而高效、可控地实现油污收集及后处理。

背景技术

石油等化学品的储存和运输过程发生的泄露事故日益频繁，对生态环境造成了严重的损害。例如，2010年墨西哥湾原油泄漏事故导致2.1亿加仑原油经入海洋，造成大面积海域严重污染。开发油水分离吸附材料对油性液体进行高效吸附和快速分离，是处理这类事故的一种有效途径。传统的吸附材料(如沸石、活性炭等)在吸油的同时也吸水，油水分离选择性差、效率低，相比较而言，超疏水多孔材料具有高孔隙率和回收，在油水分离淋浴具有明显的优势。商业化聚氨酯(PU)海绵具有价格低廉、高弹性、可规模化生产等优点，是理想的油水分离材料。近几年来，研究人员采用不同的纳米材料如二氧化硅、银颗粒、碳质纤维、碳管、石墨烯、烟草灰和四氧化三铁制备超疏水海绵材料，例如，将四氧化三铁负载在海绵表面后引入疏水基团，或将其用硬脂酸修饰后在海绵表面负载，均可制得超疏水海绵。

因为大型油轮发生事故之后一般会伴随着燃烧等破坏力极大的破坏，因此从无数的油轮破损案例看，至今还没有燃油污染海洋的扑救和控制成功案例。所幸油轮发生事故的频率很低，发生事故之后能通过围油栏及大型吸油装置处理缓解部分危害。而日常无论是海上钻井平台还是日常油轮等输送原油设备的运输设备都更容易发生原油泄漏等情况。因此本装置的体积小、可拆卸以及成本较低等特性使其可以应用于这些较为频繁而处理量不大的情况。

在原油泄漏的同时，一般也会不可避免的存在有机污染物，所以本装置油污入口处安装有滤网，可以避免有机污染物进入设备而造成海绵表面活性物质的失活，因为泄漏原油的部位和海平面上的后处理设备常常存在海拔上的距离，所以设计了带有离心泵的输送转运设备，在转运设备和吸收装置之间还设有管法兰，这样设计的目的是为了在清洁或者维护设备的同时可以把吸收设备中的海绵及时拆卸下来，便于维护和清理，因为海绵作为吸收过滤原油的一种装置是需要经常进行清理或更换的。在转运设备的顶端安装有调节阀，可以根据后处理装置的处理效率来进行计算应该输送污染物的速率以防出现处理量不够的情况。后处理装置使用的是管式静电凝结器，通过破坏原油与水混合状态的稳定性来达到进一步分离油和水的目的。

作为本分离系统核心部件的海绵，综合不同涂层吸附剂以及不同油类油品的测试可以发现其饱和吸附量可以达到自身重量的45至109倍，具有良好的吸油功能。在孔隙率一定的情况下，海绵的吸油能力(以吸附质量计)和油类的密度、黏度以及表面张力密切相关。所以需要根据具体针对的油品来选择对应适合的涂层吸附剂。

在实际应用中，尽管海绵能吸附远高于自己质量的油污，但溢油事故所需的吸附材料的量通常很大，因此开发具有良好循环使用能力的吸油海绵十分重要。以rGO-PDMS-MF海绵为例，其在对机油、原油、甲苯和三氯甲烷等有机物在使用过一次后，对应的饱和吸附能力下降在18％到50％之间。但是在循环使用10次之后海绵仍对这三种油品保持27.0、31.2、39.7、62.1g*g^-1。可见这种海绵机械稳定性良好.

对于海绵和机械设备结合的合理性，可以通过实验测试出，由于海绵的超亲油性和毛细作用力，原油可以快速地铺展于海绵表面并渗透到内部孔隙。其具有的良好弹性性能可以充满机械管道，减少水分的渗入，最大限度地将油污传导入后续的管道内。在油水混合物通过海绵的实验中，后收集的原油中并没有混入水滴。

传统的静态吸附方式的吸附速率较慢，而且所需的吸油海绵的量极大，这会给海绵的回收工作带来很大的困难。研究和实验表明，在离心泵等装置的外力帮助下，结合海绵的毛细作用力，可以实现浮游连续快速的回收，吸油容量不再受海绵的质量或体积限制了。对于循环10次以上的海绵，其油水分离效率会保持较高，但其疏水涂层在机械挤压作用下会发生一定的损耗，所以其疏水性会随油水分离再生次数的增加而缓慢下降。这可以通过再生来缓解，通过再生过后的海绵仍具有较强的疏水性，回收的油品中仍然没有观测到水的存在，因此再生后的海绵仍具有较强的油水分离性能，这也可以增加整个设备中海绵的寿命，从而可大大降低整套设备的成本。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，提供一种连续紧凑型油水分离系统。

本发明的技术方案如下：连续紧凑型油水分离系统，主要由三个系统串联而成：油水预分离系统，油水运输系统，静电聚结器系统；

其中，油水预分离系统包括滤网、原油进口管道以及填充在原油进口管道中处理过的疏水海绵，油水运输系统包括离心泵和与静电聚结器系统连接的原油输送管道，静电聚结器系统主要包括管式连续静电聚结器和油出口管道。

优选的，所述油水预分离系统中，在原油进口管道的管口处安装下管口滤网。

优选的，所述下管口滤网与原油进口管道之间加入单向底阀。

优选的，所述油水预分离系统中，滤网与原油进口管道，以及原油进口管道与离心泵进口管道之间均采用管法兰连接，垫片采用带定位圈的缠绕垫片；

所述管法兰采用板式平焊法兰(PL)连接，其板材选用Q235A。

优选的，所述原油进口管道的材质选用S31608不锈钢，内表面添加防腐涂层162HB。

优选的，所述油水运输系统中离心泵出口设置有调节阀。

优选的，所述疏水海绵的内径与原油进口管道内径比为1.0。

优选的，所述离心泵采用双吸式离心泵，其流量范围为120～20000m³/h

优选的，所述滤网的过滤网目数为100，其过滤精度可达150μm，过滤网材质选取S30408不锈钢。

优选的，所述离心泵与原油输送管道连接处的离心泵设备管法兰以及管式连续静电聚结器与原油输送管道连接处的静电聚结器设备法兰均采用甲型平焊法兰，板材选用Q235A。

本发明的连续紧凑型油水分离系统的油水分离方法：

离心泵将原油以一定的速度吸入原油进口管道中，大部分海水由于海绵的疏水性被阻挡在管口外，原油通过管中处理过的疏水海绵后，进入离心泵进口管道并以油包水的形式进行运输。油水混合流通过离心泵后即进入管式连续静电聚结器，在电场的作用下发生聚结沉降达到油水分离的效果，分离后的油通过油出口管道运输到油储罐中。

与传统的海上溢油处理系统相比，这种连续紧凑型油水分离系统具有以下优点：

(1)适用范围广。本发明的连续紧凑型油水分离系统中采用双吸式离心机，其流量范围为120～20000m³/h，既适用于小规模溢油情况，也可以实现大型溢油处理。

(2)占地面积小。这种油水分离系统主要由管道、离心机以及管式连续静电聚结器组成。该系统组成简单，设备体积小，对于海上石油钻井平台及各类海洋清理船均适用。

(3)组装简单，运输方便。该系统各装置之间用法兰连接，便于拆卸和更换零部件。发生溢油状况时便于运输组装，节约空间成本。

(4)分离效率高。本发明将疏水海绵与静电聚结器相结合，与传统的静电聚结器相比，采用疏水海绵对原油进行预处理可以有效提高油水混合流中油含量，降低静电聚结器负荷，达到节能的目的。

附图说明

图1：原油进口管道管口放置示意图。

图2：连续紧凑型油水分离系统示意图。

图3：过滤网示意图：

(a)下管口滤网示意图：a1为主视图，a2为俯视图；

(b)管中滤网示意图。

图4：设备法兰示意图。

图5：管法兰示意图。

图6：法兰垫片示意图。

附图标记如下：1—下管口滤网；2—单向底阀；3—疏水海绵；4—管中滤网；5—管法兰；6—原油进口管道；7—离心泵进口管道；8—离心泵；9—离心泵设备法兰；10—离心泵调节阀；11—原油输送管道；12—管式连续静电聚结器；13—油出口管道；14—静电聚结器设备法兰。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明：

如图1所示，当海上发生溢油状况时，溢出的油会在海面上形成油层。本油水分离系统原油进口管道6的管口置于油相中，双吸式离心泵将泄漏的原油通过一系列管道运输到静电分离器中进行分离。

装置放置时应保证原油进口管道的管口没入油层(L_O)而不进入水层(L_W)中。

油水预分离系统中，在原油进口管道的管口处安装滤网，防止海水中大体积杂质进入输送管道影响油水分离以及防止海绵掉落。

所述滤网与原油进口管道之间加入单向底阀，防止输送的流体逆向流动。

所述海绵上方加一层过滤网，对输送流体进行二次过滤，同时防止海绵因流体输送过程中产生的压差移动。

所述装置与管道采用法兰连接，垫片采用带定位圈的缠绕垫片。

所述管道材质选用S31608不锈钢，内表面添加防腐涂层162HB，保证管道在海洋环境中连续稳定工作。

所述离心泵上方的调节阀起稳定流量的作用，保证油水分离过程连续稳定进行。

所述管式连续静电聚结器为本发明特点。

本发明连续紧凑型油水分离系统，流体在原料泵的作用下进入原油进口管道，在疏水海绵的作用下，大部分原油及少量水形成的两相流进入管式连续静电聚结器，在电场的作用下两相流发生聚结沉降，从而实现油水分离。

具体说明如下：

本发明的油水分离系统，依次由滤网、原油进口管道、离心泵进口管道、离心泵、原油输送管道、管式连续静电聚结器和油出口管道连接而成。其中，原油进口管道的管口置于水面上的油层，如图1所示，避免输送过程中吸入过量海水而增加设备负担。经过处理的疏水海绵置于管口，海绵通过上下两层滤网固定，防止在原油输送过程中发生位移而无法达到应有的分离效果。疏水海绵的内径与原油运输管道内径比为1.0时最佳。管道与离心泵和静电聚结器之间采用设备法兰连接(见图4)，海绵上方滤网处的管道采用管法兰连接(见图5)，法兰间的垫片采用带定位圈的缠绕垫片(见图6)，可以有效防止腐蚀。离心泵采用双吸式离心泵，其流量范围为120～20000m³/h，可适用于不同处理量的溢油情况。经过静电聚结器处理后的油可满足工业需求

本发明的连续紧凑型油水分离系统各设备说明如下：

疏水海绵

经过处理的疏水海绵可吸收自身重量10～20倍的油品，能够进行300次以上的油水分离。处理过的疏水海绵填充在原油进口管道中，在原油进口管道口和海绵上端安装过滤网对海绵进行固定。海绵的直径与原油输送管道内径的比为1.0，高度为两个过滤网之间的距离。

过滤网

原油进口管道下端管口处的过滤网如图3(a)所示,其中a1为主视图，a2为俯视图。过滤网目数为100，其过滤精度可达150μm。过滤网材质选取S30408不锈钢，可有效防止海水腐蚀。原油进口管道内部的过滤网如图3(b)所示，过滤网采用内嵌的形式安装在管道中，同样选取过滤网目数100，材质S30408不锈钢的过滤网。

法兰

设备法兰：

本发明的连续紧凑型油水分离系统中，共有两种设备法兰，其分别为离心泵与管道连接处的法兰以及管式连续静电聚结器与管道连接处的法兰。两种法兰均采用甲型平焊法兰(见图4)，法兰的板材选用Q235A以防止海水腐蚀，法兰的尺寸适管道尺寸而定。

管法兰：

该油水分离系统中管道之间采用板式平焊法兰(PL)连接，如图5。同设备法兰，其板材选用Q235A，法兰的尺寸适管道尺寸而定。

垫片：

由于海洋环境对垫片具有较强的腐蚀作用，本发明中设备法兰与管法兰均采用带定位圈的缠绕垫片(见图6)，其为合金钢带与石棉带一起绕制而成。

离心泵

为适用于不同的溢油量，本发明采用双吸式离心泵。输送油水两相流时，离心泵采用开式叶轮，后弯式叶片。离心泵可根据具体型号的扬程安装。

管道

根据所处理的原油流量以及离心泵的型号选取合适的管道直径。原油进口管道、离心泵进口管道、原油输送管道及油出口管道材质均选用S31608不锈钢，内表面添加防腐涂层162HB，保证管道在海洋环境中连续稳定工作。

实施例1：

如图2所示，本发明的连续紧凑型油水分离系统各装置部件为：下管口滤网1、单向底阀2、原油进口管道6、离心泵进口管道7、双吸式离心泵8、离心泵调节阀10、原油输送管道11、管式连续静电聚结器12、油出口管道13依次连接。其中，原油进口管道6共有两段，疏水海绵3安装在原油进口管道6的第一段管道中，安装完疏水海绵3后再安装管中滤网4。上述安装完成后，原油进口管道6的两段之间通过管法兰5连接。双吸式离心泵8和管道之间通过离心泵设备法兰9连接，管式连续静电聚结器12和管道之间通过静电聚结器设备法兰14连接。法兰尺寸视管道尺寸而定。

按上述方法设计的连续紧凑型油水分离系统加工安装完成后，原油进口管道6管口置于海上溢油部分的油层中，通过双吸式泵将原油以一定的流速吸入原油进口管道6，输送过程中下管口滤网1阻止原油中固体杂质进入管道，单向底阀2保证原油按流动方向流动。原油通过疏水海绵3后，形成了以油相为主的油水两相流，其依次经过离心泵进口管道7、双吸式离心泵8、原油输送管道11进入管式连续静电聚结器12发生聚结沉降，油水分层，达到了分离的目的。分离出的油通过油出口管道13输出。溢油量小于10吨时为小型溢油事故。当本溢油系统所需处理的溢油量为10吨时，系统管路采用φ108mm×4mm热轧无缝钢管，双吸式离心泵选用国产100S90A，处理量为50m³/h，处理时间为14.8min。

实施例2：

操作方式同实施例1。溢油量为10～100吨时为中型溢油事故。当本溢油系统所需处理的溢油量达100吨时，系统管路采用φ325mm×12.5mm热轧无缝钢管，双吸式离心泵选用国产300S58B，处理量为504m³/h，处理时间为14.7min。

实施例3：

操作方式同实施例1。溢油量大于100吨时为中型溢油事故。当本溢油系统所需处理的溢油量达1000吨时，系统管路采用φ530mm×15mm热轧无缝钢管，双吸式离心泵选用国产500S22A，处理量为1400m³/h，处理时间为52.8min。

Claims

1.连续紧凑型油水分离系统，其特征在于，主要由三个系统串联而成：油水预分离系统、油水运输系统和静电聚结器系统；

其中，油水预分离系统包括滤网、原油进口管道以及填充在原油进口管道中处理过的疏水海绵；

油水运输系统包括离心泵和与静电聚结器系统连接的原油输送管道；

静电聚结器系统主要包括管式连续静电聚结器和油出口管道。

2.根据权利要求1所述的连续紧凑型油水分离系统，其特征在于，所述油水预分离系统中，在原油进口管道的管口处安装下管口滤网。

3.根据权利要求2所述的连续紧凑型油水分离系统，其特征在于，所述下管口滤网与原油进口管道之间加入单向底阀。

4.根据权利要求1所述的连续紧凑型油水分离系统，其特征在于，所述油水预分离系统中，滤网与原油进口管道，以及原油进口管道与离心泵进口管道之间均采用管法兰连接，垫片采用带定位圈的缠绕垫片；

所述管法兰采用板式平焊法兰(PL)连接，其板材选用Q235A。

5.根据权利要求1所述的连续紧凑型油水分离系统，其特征在于，所述原油进口管道的材质选用S31608不锈钢，内表面添加防腐涂层162HB。

6.根据权利要求1所述的连续紧凑型油水分离系统，其特征在于，所述油水运输系统中离心泵出口设置有调节阀。

7.根据权利要求1所述的连续紧凑型油水分离系统，其特征在于，所述疏水海绵的内径与原油进口管道内径比为1.0。

8.根据权利要求1所述的连续紧凑型油水分离系统，其特征在于，所述离心泵采用双吸式离心泵，其流量范围为120～20000m³/h。

9.根据权利要求1所述的连续紧凑型油水分离系统，其特征在于，所述滤网的过滤网目数为100，其过滤精度可达150μm，过滤网材质选取S30408不锈钢。

10.根据权利要求1所述的连续紧凑型油水分离系统，其特征在于，所述离心泵与原油输送管道连接处的离心泵设备管法兰以及管式连续静电聚结器与原油输送管道连接处的静电聚结器设备法兰均采用甲型平焊法兰，板材选用Q235A。