CN113072121B - 一种旋流强化气旋浮设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种旋流强化气旋浮设备，涉及含油污水处理技术领域，解决了现有气旋浮设备开设溢流口使气液易直接由排油口排出，降低分离效率的技术问题。该设备包括气旋浮罐和微气泡注入单元，气旋浮罐内设置有隔离构件，其安装于气旋浮罐的中上部，能够隔离旋流分离区和中心沉降分离区；气液隔离罩，其安装于隔离构件的上方，且气液隔离罩具有方便气相通过而阻碍液相通过的流通通道，使气相能轻易从气液隔离罩内通过而向上流动，而流通通道增大液相流通阻力的结构，阻碍了液相通过，液相通过流量大幅下降，避免了液相直接从排油口排出，提高了分离效率。

Description

一种旋流强化气旋浮设备

技术领域

本发明涉及含油污水处理技术领域，尤其是涉及一种旋流强化气旋浮设备。

背景技术

含油污水来源广泛，油气开采及加工、机械制造和金属压延加工、化工、油气销售站(库)等行业都会产生大量的含油污水。含油污水处理后或回用或达标排放至环境水体，如果处理未达外排标准而直接排放，将会对土壤或水体造成污染，尤其是容易隔绝水体的表面复氧，使其丧失自净能力，严重破坏水体生态平衡。随着环保意识的逐渐增强，与含油污水处理相关的环保法律法规也日益严格，这对含油污水处理带来了严峻性的挑战。

含油污水常规处理工艺首要过程是进行油水分离，主要目的是去除或回收大部分的含油，同时保证后续精细处理过程的正常进行。现有常规除油工艺主要包括沉降、离心、气浮等，普遍存在分离效率低、结构不紧凑、密闭程度低等问题，不仅导致污水处理工艺水力停留时间长、流程占地面积大，而且设备投资、基建和操作运行维护费用也较高。气旋浮技术是在“常规技术的高效化，单元技术的复合化”理念下发展而来的一种结构紧凑、高效节能的油含油污水处理新技术，适用于去除污水的油相或其它微细悬浮颗粒(SS)等。国内外针对气旋浮技术的研发及应用已经取得了较大进展，先后出现了一批气旋浮处理设备。目前国外主流气旋浮技术(如原挪威EPCON CFU)一般需要采用两级甚至多级气旋浮罐串联运行。为满足油田现场对分离效率和占地面积等处理性能指标的高要求，需要进一步提升现有单体气旋浮装置的分离性能。

为此，现有技术出现了在传统气旋浮环空分离区下部设置二次起旋结构，利用二次起旋结构将气旋浮罐分割为上下两个分离区，同时强化二级分离区旋流分离过程的方案。

本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：

分离过程中，气相密度较轻，会向上流动，如果分离罐顶部不开溢出口，气体会在气旋浮分离区(环形区域)堆积，占用液体流动空间；而顶部开口如果过大，气液都会从上部溢出，并直接从排油口排出，造成短路，降低分离效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种旋流强化气旋浮设备，以解决现有技术中存在的开设溢流口使气液易直接由排油口排出，降低分离效率的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种旋流强化气旋浮设备，包括气旋浮罐和微气泡注入单元，其中，所述气旋浮罐具有旋流分离区、中心沉降分离区、油相富集区和水相澄清区，且所述气旋浮罐内设置有：

隔离构件，其安装于所述气旋浮罐的中上部，能够隔离旋流分离区和中心沉降分离区；

气液隔离罩，其安装于所述隔离构件的上方，且所述气液隔离罩具有方便气相通过而阻碍液相通过的流通通道。

可选地，所述气液隔离罩包括上下交错布置的至少两个山字型结构板，上、下两个所述山字型结构板形成一个隔离单元，且每个所述隔离单元的两个所述山字型结构板之间均形成有作为所述流通通道的折流流道。

可选地，所述折流流道的折流间距可调。

可选地，所述隔离构件包括由上至下依次设置的隔离筒、二级起旋结构和分液器，所述隔离筒为中空结构，所述中心沉降分离区形成于所述隔离筒的中空结构内；所述气液隔离罩设置于所述隔离筒的顶端，所述水相澄清区位于所述分液器的下方。

可选地，所述隔离筒包括相固连的倒锥形筒和圆柱筒，所述隔离筒通过所述倒锥形筒与所述气液隔离罩相连。

可选地，所述圆柱筒的外壁开设有多条竖槽。

可选地，多条所述竖槽沿所述圆柱筒的外周侧均布。

可选地，所述二级起旋结构为螺旋盘管型结构、导流叶片型结构或螺纹通道型结构。

可选地，所述分液器为环形结构，且所述分液器的横截面为向心T字型。

可选地，所述气旋浮罐内还设置有溢油罩，所述溢油罩间隔地安装于所述气液隔离罩的上方，且所述旋流强化气旋浮设备的排油管底端设置于所述溢油罩的底部。

本发明提供的一种旋流强化气旋浮设备，气旋浮罐内设置有隔离构件和安装于隔离构件上方的气液隔离罩，气液隔离罩具有方便气相通过而阻碍液相通过的流通通道，使气相能轻易从气液隔离罩内通过而向上流动，而流通通道增大液相流通阻力的结构，阻碍了液相通过，液相通过流量大幅下降，避免了液相直接从排油口排出，提高了分离效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施方式提供的一种旋流强化高效气旋浮设备的结构示意图；

图2是气液隔离罩与隔离构件的连接关系立体结构示意图；

图3是气液隔离罩的剖视结构示意图；

图4是图2中剖视结构示意图；

图5隔离构件的立体结构示意图；

图6是二级起旋结构的立体结构示意图；

图7是分液器的立体结构示意图；

图8是分液器的剖视结构示意图；

图9是旋流强化高效气旋浮设备的结构示意图，图中示出了微气泡发生器与气旋浮罐的连接结构；

图10是作为二级起旋结构第一种实施方式的螺旋盘管型结构的结构示意图；

图11是作为二级起旋结构第二种实施方式的导流叶片型结构的结构示意图；

图12是作为二级起旋结构第三种实施方式的螺纹通道型结构的结构示意图。

图中1、气旋浮罐；2、隔离构件；21、隔离筒；211、倒锥形筒；212、圆柱筒；2121、竖槽；22、二级起旋结构；23、分液器；3、气液隔离罩；30、山字型结构板；31、折流流道；4、溢油罩；5、排油管；6、排水口；7、破涡器；8、切向入口；91、旋流分离区；92、油相富集区；93、水相澄清区。

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，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅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做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种旋流强化气旋浮设备，包括气旋浮罐1和微气泡注入单元，其中，气旋浮罐1具有旋流分离区91、中心沉降分离区、油相富集区92和水相澄清区93，且气旋浮罐1内设置有：

隔离构件2，其安装于气旋浮罐1的中上部，能够隔离旋流分离区91和中心沉降分离区；

气液隔离罩3，其安装于隔离构件2的上方，且气液隔离罩3具有方便气相通过而阻碍液相通过的流通通道。

气旋浮罐1内设置有隔离构件2和安装于隔离构件2上方的气液隔离罩3，气液隔离罩3具有方便气相通过而阻碍液相通过的流通通道，使气相能轻易从气液隔离罩3内通过而向上流动，而流通通道增大液相流通阻力的结构，阻碍了液相通过，液相通过流量大幅下降，避免了液相直接从排油口排出，提高了分离效率。

如图9所示，含油污水通过微气泡发生器等微气泡注入单元向待处理含油污水中注入足量的微气泡，微气泡注入单元可以采用微孔介质微气泡发生器、文丘里射流器、溶气释放器、气液混合泵等方案。注入微气泡的含油污水经切向入口8进入到旋流强化高效气旋浮设备进行气旋浮分离过程，采用切向入口8是为了利用流体自身流动能量产生旋流流动。富集后的油相经气旋浮罐1的排油口排出，净化后的处理水从气旋浮罐1的罐体底部排水口6排出。

作为可选地实施方式，如图3所示，气液隔离罩3包括上下交错布置的至少两个山字型结构板30，上、下两个山字型结构板30形成一个隔离单元，且每个隔离单元的两个山字型结构板30之间均形成有作为流通通道的折流流道31。山字型结构板30之间交错形成折流流道31，折流流道31折流间距及数量根据实际处理量和气液比适当调整，即气液流量可根据调节折流流道31间隙和数量来改变流动阻力来实现。

整个气液隔离罩3呈环形，如图4所示，其中折流流道31的入口位于靠近气液隔离罩3的内圆处，方便隔离筒21内的流体沿壁面流到折流流道31内；而折流流道31的出口位于靠近气液隔离罩3的外圆处。气液两相流从折流流道31的入口进入，气相轻易地通过折流流道31从折流流道31的出口流出并上升，而液相通过阻力较大，会回流到隔离筒21内。

作为可选地实施方式，折流流道31的折流间距可调。两个山字型结构板30的开口相插接形成了流道具有多段弯折的折流流道31。两个山字型结构板30之间可焊接或通过支撑结构固定；设置成阻尼形式时就可任意调节折流间距，两个山字型结构板30上下调节或左右调节均能改变最小流通截面积，实现折流间距的调节。

作为可选地实施方式，如图1、图2和图4所示，隔离构件2包括由上至下依次设置的隔离筒21、二级起旋结构22和分液器23，隔离筒21为中空结构，中心沉降分离区形成于隔离筒21的中空结构内；气液隔离罩3设置于隔离筒21的顶端，水相澄清区93位于分液器23的下方。

作为可选地实施方式，如图5所示，隔离筒21包括相固连的倒锥形筒211和圆柱筒212，隔离筒21通过倒锥形筒211与气液隔离罩3相连。隔离筒21上部的倒锥形筒211的角度范围在30°～60°，倒锥形筒211的上部端面与气液隔离罩3接触并固定，倒锥形筒211的下部端面直径与隔离筒21下部空心圆柱筒212直径相同，圆柱筒212直径为气旋浮罐1的1/2～4/5。

作为可选地实施方式，圆柱筒212的外壁开设有多条竖槽2121，参见图2、图4和图5。

具体地，在分离过程中富含微气泡的含油污水从切向入口8进入到气旋浮分离区(环形空间)，形成旋流离心分离场，油气等轻相物质会有沿径向向内运移趋势，固体颗粒则被甩向气旋浮罐1的壁面，待油气相运移至隔离筒21外壁面后，油气相会进入到竖槽2121，此时由于竖槽2121边壁的阻碍作用，竖槽2121内几乎没有旋流离心运动，在重力作用下，油气等轻相物质沿竖槽2121经气液隔离罩3进入到上部油相富集区92，其余大部分水相在环形空间内向下流动，此时旋流强度逐渐衰减，至二级起旋结构22二次旋流强化后，旋流分离后的含油浓度较高的处理水被分液器23分流至隔离筒21中空区域，含油较少的处理水则被分流至水相澄清区93，在水相澄清区93内经进一步沉降分离后，净化后的水相从气旋浮罐1底部排水口6排出，油相则上浮至油相富集区92，经收集后从气旋浮罐1顶部排油口排出。

气旋浮罐1的内壁面与气液隔离罩3及隔离构件2组成了作为气旋浮分离区的环形空间，切向入口8位于环形空间的中上部位置，环形空间高度为高效气旋浮罐1的1/3～3/5。当进行大处理含油污水分离时，可以采用主入水管路分为周向均布的多个支线切向入口8的形式。

竖槽2121的上部直接连通气液隔离罩3的折流流道31，竖槽2121的深度为圆柱筒212直径的1/10～1/3，长度与隔离筒21高度一致。

作为可选地实施方式，多条竖槽2121沿圆柱筒212的外周侧均布，能够更均匀地引导气相和液相分流。

二级起旋结构22用于强化气旋浮分离过程中的旋流强度，同时利用残余微细气泡强化气浮分离过程(气旋浮分离过程中，大部分气泡会上浮完成分离，还没有被分离走的气泡称为残余气泡，二级起旋结构22就是利用还没被分离走的残余气泡进行进一步气旋浮分离)。

二级起旋结构22设置在隔离筒21下端，二级起旋结构22内侧直径与隔离筒21外径值一致，二级起旋结构22外侧直径与气旋浮罐1内径一致，二级起旋结构22高度流通截面积根据二次强化旋流强度(10-60倍重力加速度)的需要调整，二级起旋结构22底部端面与隔离筒21底部端面平齐。

作为可选地实施方式，二级起旋结构22为螺旋盘管型结构、导流叶片型结构或螺纹通道型结构。螺旋盘管型结构、导流叶片型结构或螺纹通道型结构分别参见图10、图11和图12。

其中，图10螺旋盘管型结构主要是利用设置在环形流道底部的螺旋盘管，诱导实现二次旋流强化的目的，此方案的设计关键在于螺旋盘管的高度和管数，螺旋盘管高度对于流体通过管道后的流动趋势起着重要作用，过高的高度需要承受更大的冲击力，且需要硬度更强的材料，螺旋盘管高度一般控制在筒体直径的1/30-1/10。管道数量直接决定了二次旋流强度以及均匀程度。对于额定流量或一定流量下的气旋浮罐1，螺旋盘管数量的增加会有利于二次强化旋流后流场的稳定性，同时相较于单个管道，压降也会较小。图11所示为导流叶片型结构，主要是利用导流叶片强化流体旋流流动，诱导旋流效果主要与导流叶片数量倾斜角有关。导流叶片的导流方向与切向入口8的流体的流动方向一致。图12所示螺纹通道型结构，主要是利用设置在环形空间底部的螺纹形流道，实现二次旋流强化的目的，诱导强化旋流效果主要与螺纹导流叶片的轴向长度、圈数和头数有关。可以根据含油污水水质和处理量适当调整二级起旋结构22的结构参数，以便提高气旋浮分离效率。其中螺纹通道型结构的起旋效果最优。

作为可选地实施方式，如图7和图8所示，分液器23为环形结构，且分液器23的横截面为向心T字型。分液器23设于二级起旋结构22的下部，其直径由环形空间内外径和气旋浮罐1分流比值来确定。

作为可选地实施方式，气旋浮罐1内还设置有溢油罩4，溢油罩4间隔地安装于气液隔离罩3的上方，且旋流强化气旋浮设备的排油管5底端位于溢油罩4的底部，方便收集油相并排油。溢油罩4可设置为上端开口的倒锥台结构。

作为可选地实施方式，气旋浮罐1内还设置有破涡器7，破涡器7为空心锥形结构，底部直径为所述排水管直径的3～5倍，所述锥形结构顶部开有泄气孔，位于底部排水管上方，高度为底部排水管直径的1～2倍。锥形结构用于破除旋流运动，防止流体从上部直接从排水口6流出。锥形结构上部如果不开泄气孔的话，锥形结构就变成半封闭了，会有气体和油相在该区域内堆积，因此泄气孔有利于堆积的气体和油相的向上浮升过程。

本发明具体实施方式提供了一种旋流强化高效气旋浮设备，参见图1-图12，主要由气旋浮罐1、切向入口8、排水口6、排油口、气液隔离罩3、隔离构件2及溢油罩4、破涡器7等组成。气旋浮罐1为一立式分离罐，排水口6设于分离罐底部，排油口设于立式分离罐顶部，隔离构件2从上至下依次为隔离筒21、二级起旋结构22和分液器23。隔离筒21表面设置有竖槽2121，隔离构件2同轴安装于立式分离罐中上部位置，隔离构件2顶端设有气液隔离罩3，切向入口8设于气液隔离罩3下部分离罐壁面处，隔离构件2正上方放置有溢油罩4，由排油口插入到分离罐内的排油管5延伸至溢油罩4，破涡器7位于排水口6上方，破涡器7底端距排油口高度为1-4倍排油口直径。分离过程中，富含微气泡的含油污水从切向入口8进入到环形空间，形成旋流离心分离场，油气等轻相物质会有沿径向向内运移趋势，固体颗粒则被甩向壁面。待油气相运移至隔离筒21外壁面后，油气相会进入到竖槽2121，此时由于竖槽2121边壁的阻碍作用，竖槽2121内几乎没有旋流离心运动，在重力作用下，油气等轻相物质沿竖槽2121经气液隔离罩3进入到上部油相富集区92，其余大部分水相在环形空间内向下流动，此时旋流强度逐渐衰减，至二级起旋结构22二次旋流强化后，旋流分离后的含油浓度较高的处理水被分液器23分流至隔离筒21中空区域，含油较少的处理水则被分至水相澄清区93，在水相澄清区93内经进一步沉降分离后，净化后的水相从底部排水口6排出，油相则上浮至油相富集区92，经溢油罩4收集后从排油口排出。当然，根据含油污水处理量及处理要求，工业应用过程中旋流强化高效气旋浮设备可以采用批量串并联模式。

图9所示为本发明的一种新型高效气旋浮设备的工艺流程，主要由微气泡发生器、旋流强化高效气旋浮设备及相应的管线、阀门、仪表等共同组成。含油污水通过微气泡发生器等微气泡注入单元向待处理含油污水中注入足量的微气泡。注入微气泡的含油污水经切向入口8进入到旋流强化高效气旋浮设备进行气旋浮分离过程，富集后的油相经排油口排出，净化后的处理水从罐体底部排水口6排出。

旋流强化高效气旋浮设备，在常规气旋浮技术基础上，通过二次诱导旋流方式，强化了旋流流动，促进了油滴碰撞、聚并和运移分离过程，进一步提升了气旋浮装置单体处理性能。

本发明可以有效提高了单体气旋浮设备的处理效率，使得气旋浮设备的结构更为紧凑，基建投资及能耗更低；无转动机构或部件，易于安装维护，有利于长期稳定运行；能够适应处理量波动较大的污水处理，单体处理量及处理效率的提升，有利于降低工业应用过程中的批量串并联单体数量，进一步减少占地面积；采用密闭化、装置化、无害化处理含油污水，避免了有害气体的随意排放，改善了操作环境，提高了安全性能，有利于对环境的保护；采用自压力溢油方式，有利于简化设备加工难度，提升罐内空间利用效率，同时降低操作费用。

实际应用中，可根据对处理效果要求的不同和工作流量需求的不同，采取新型高效气旋浮设备串联、并联组合方式来实现。为提高净化效率，可以采用多级串联的模式，如果为提高处理量，可以采用多级并联结构。

在发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，″多个″的含义是两个或两个以上；术语″上″、″下″、″左″、″右″、″内″、″外″、″前端″、″后端″、″头部″、″尾部″等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语″第一″、″第二″、″第三″等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语″安装″、″相连″、″连接″应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种旋流强化气旋浮设备，其特征在于，包括气旋浮罐(1)和微气泡注入单元，其中，所述气旋浮罐具有旋流分离区(91)、中心沉降分离区、油相富集区(92)和水相澄清区(93)，且所述气旋浮罐(1)内设置有：

隔离构件(2)，其安装于所述气旋浮罐(1)的中上部，能够隔离旋流分离区(91)和中心沉降分离区；

气液隔离罩(3)，其安装于所述隔离构件(2)的上方，且所述气液隔离罩(3)具有方便气相通过而阻碍液相通过的流通通道；

其中，所述隔离构件(2)包括由上至下依次设置的隔离筒(21)、二级起旋结构(22)和分液器(23)，所述隔离筒(21)为中空结构，所述中心沉降分离区形成于所述隔离筒(21)的中空结构内；所述气液隔离罩(3)设置于所述隔离筒(21)的顶端，所述水相澄清区(93)位于所述分液器(23)的下方；所述气液隔离罩(3)包括上下交错布置的至少两个山字型结构板(30)，上、下两个所述山字型结构板(30)形成一个隔离单元，且每个所述隔离单元的两个所述山字型结构板(30)之间均形成有作为所述流通通道的折流流道(31)。

2.根据权利要求1所述的旋流强化气旋浮设备，其特征在于，所述折流流道(31)的折流间距可调。

3.根据权利要求1所述的旋流强化气旋浮设备，其特征在于，所述隔离筒(21)包括相固连的倒锥形筒(211)和圆柱筒(212)，所述隔离筒(21)通过所述倒锥形筒(211)与所述气液隔离罩(3)相连。

4.根据权利要求3所述的旋流强化气旋浮设备，其特征在于，所述圆柱筒(212)的外壁开设有多条竖槽(2121)。

5.根据权利要求4所述的旋流强化气旋浮设备，其特征在于，多条所述竖槽(2121)沿所述圆柱筒(212)的外周侧均布。

6.根据权利要求1所述的旋流强化气旋浮设备，其特征在于，所述二级起旋结构为螺旋盘管型结构、导流叶片型结构或螺纹通道型结构。

7.根据权利要求1所述的旋流强化气旋浮设备，其特征在于，所述分液器(23)为环形结构，且所述分液器(23)的横截面为向心T字型。

8.根据权利要求1所述的旋流强化气旋浮设备，其特征在于，所述气旋浮罐(1)内还设置有溢油罩(4)，所述溢油罩(4)间隔地安装于所述气液隔离罩(3)的上方，且所述旋流强化气旋浮设备的排油管(5)底端设置于所述溢油罩(4)的底部。

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