CN113336290B - 一种多级流场嵌合式微旋流气浮装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多级流场嵌合式微旋流气浮装置，包括外壳体和内部组件，所述外壳体包括柱段筒体、锥段筒体和平板封头，所述柱段筒体的上端口由平板封头封闭，所述柱段筒体下端连接锥段筒体，所述内部组件包括稳流筒、导向板、导流锥环、导叶和导叶管；其在单级微旋流气浮流场的基础上通过结构改进形成了稳定嵌合在一起的两级微旋流气浮流场，弥补了单级微旋流气浮流场有效旋流气浮空间收缩严重的缺陷。

Description

一种多级流场嵌合式微旋流气浮装置

技术领域

本发明涉及含油污水的多相分离除油净水处理设备、环保设备领域，具体涉及一种多级流场嵌合式微旋流气浮装置。

背景技术

在石油化工行业中，开采、炼化加工等生产过程中会产生大量的含油污水。油水分离装置成为油田中常见且不可或缺的工艺装置。目前比较常见的油水分离方法主要有膜法分离、重力式分离、离心式分离、电分离、吸附分离、气浮分离等。

气浮分离是通过产生大量的微气泡，使其与水中悬浮固态或液态微粒粘附，形成密度小于水的气浮体，在浮力的作用下，上浮至水面形成浮渣而刮除，从而使悬浮于水中的固态或液态微粒得到分离的过程。虽然其工艺成熟，成本较低，但是仍存在占地面积较大，水力停留时间较长的缺点。

旋流分离是指存在密度差的两相液体由进料口进入旋流器后，由于旋流器特殊的结构，在离心力的作用下，轻相液体向旋流器中心移动，重相液体靠近旋流器壁面流动。最终轻相由溢流口流出而重相由底流口流出，从而达到轻、重两相液体分离的效果。虽然其占地面积较小，但仍存在压力损失大等缺点。

气浮旋流技术将旋流和气浮两个分离过程技术耦合，通过低强度离心力场促进油滴和气泡的碰撞粘附过程，加速油滴从水中分离。但传统的气浮旋流技术在浮选过程中弱旋流的耗散十分剧烈，会导致有效旋流气浮空间严重收缩。

发明内容

基于上述现有技术的不足，本发明提供了一种多级流场嵌合式微旋流气浮装置，其在单级微旋流气浮流场的基础上通过结构改进形成了稳定嵌合在一起的两级微旋流气浮流场，弥补了单级微旋流气浮流场有效旋流气浮空间收缩严重的缺陷，整个气浮装置适应性强、适用范围广、净化分离效果提升显著，且不需要太多的人工参数调整。

本发明采用的技术方案如下：一种多级流场嵌合式微旋流气浮装置，其特征在于，包括由柱段筒体、锥段筒体和平板封头组成的外壳体体部分；由污水入口管、浮油浮渣排出管、净化水出口管组成的进出口管路部分；由导向板、稳流筒、导流锥环组成的第一级微旋流气浮流场的造旋内部组件；由导叶管和导叶组成的第二级微旋流气浮流场的造旋内部组件；所述柱段筒体下部安装于所述锥段筒体上部，所述平板封头安装于柱段筒体上部，所述污水入口管安装于柱段筒体侧壁的切向位置，所述浮油浮渣排出管安装于所述平板封头顶部中心位置，所述净化水出口管安装于锥段筒体底部，所述导向板安装于所述柱段筒体内边壁且位于污水入口管下方，所述稳流筒下部安装于所述导流锥环上部，所述导叶管上部安装于所述导流锥环下部，所述导叶管底部与所述锥段筒体上部位于同一水平面，所述稳流筒顶部位于所述柱段筒体顶部下方。所述稳流筒、所述导流锥环、所述导叶管均与所述柱段筒体位于同一中心轴线上。

所述第一级微旋流气浮流场的造旋内部组件，由所述导向板、所述稳流筒、所述导流锥环组成。所述稳流筒为两端贯通的筒形结构，所述导向板与所述稳流筒之间互不连接。所述导向板与所述稳流筒之间有环形液相通道。所述导向板底部所在水平面位于所述污水入口管所在水平面和所述导流锥环所在水平面之间。所述导流锥环为两端贯通的圆台结构，而且上端开孔的直径要小于下端开孔的直径。在一级造旋预分离区，含油溶气水经所述污水入口管进入，在所述导向板的作用下造旋，在离心力的作用下，油滴与气泡等轻相组分的回转半径逐渐变小，促使油滴和微气泡发生碰撞并向中心聚集，最终沿所述稳流筒外壁向上运动至顶部富集，完成一级预分离过程。

所述第二级微旋流气浮流场的造旋内部组件，由所述导叶管和导叶组成，所述导叶管为两端贯通的筒形结构，所述导叶与所述柱段筒体内边壁紧密相连。由于传统旋流气浮装置仅依靠切向入口、导向板等部件造旋，其旋流强度耗散剧烈，有效旋流气浮空间严重收缩，因此，含油污水经过一级预分离过程后，进入由所述导叶管组成的二级造旋区。在此区域内，流体的重力势能转化为旋流运动的动能，旋流强度再次提高。之前未能聚结的油滴与气泡发生碰撞，共同上浮至稳流筒内部区域。

本发明的优点在于：

1、相对于单一级的微旋流气浮流场结构，本发明的微旋流气浮装置总体积不变，结构更紧凑、内部无动部件，适应性强、适用范围广、净化分离效果提升显著；

2、通过导流锥环的设计，使得第一级微旋流气浮流场内的轻相组分的上升流更加稳定、耗散减少，防止了轻相组分的下沉流，而且使装置内部流场平稳过渡到使得导叶管与柱段筒体内壁之间具有较窄的环形间隙，更加有利于导叶对沿柱段筒体内壁面下降的重相混合流的再次造旋效果；

3、导叶设置为具备一个倾斜于导叶管8外壁面的侧表面，使得流体形成相对温和的微旋流场，使气泡与油滴获得适量的碰撞能量，避免能量过剩影响后续的粘附。

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是本发明微旋流气浮装置的整体结构视图；

图2是图1中沿A-A线剖视图；

图3是图1中B方向仰视图；

图中：1—污水入口管、2—浮油浮渣排出管、3—平板封头、4—稳流筒、5—导向板、6—导流锥环、7—导叶、8—导叶管、9—柱段筒体、10—锥段筒体、11—净化水出口管、12—固定筋板、13—微气泡发生器。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方法，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

参阅附图，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的位置限定用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

图1是本发明微旋流气浮装置的整体结构视图，图2是图1中A-A线剖视图，图3是图1中B方向仰视图；如图所示，本发明的多级流场嵌合式微旋流气浮装置，包括外壳体和内部组件，所述外壳体包括柱段筒体9、锥段筒体10和平板封头3，所述柱段筒体9的上端口由平板封头3封闭，所述柱段筒体9下端连接锥段筒体10，所述锥段筒体10底部小口径端口处设置为底流口；所述柱段筒体9侧壁上设置有污水入口管1，所述平板封头3的中心设置有浮油浮渣排出管2；

所述内部组件包括稳流筒4、导向板5、导流锥环6、导叶7和导叶管8，所述稳流筒4为筒体结构，其下端与导流锥环6的小口径端固定连接，所述导向板5为螺旋板式结构，且呈螺旋延伸的设置在柱段筒体9和稳流筒4之间，所述导向板5下端位于所述污水入口管1下侧位置处、所述导向板5上端向上螺旋延伸至固定连接在所述稳流筒4外壁面上，具体的，所述导向板5底部所在水平面位于所述污水入口管1所在水平面和所述导流锥环6所在水平面之间；所述导向板5与稳流筒4之间形成由下至上宽度逐渐变窄的环形间隙。

所述稳流筒4、导向板5和导流锥环6三者共同在外壳体内部形成了第一级微旋流气浮流场，含油溶气水经所述污水入口管1进入，在所述导向板5的作用下形成微旋流场，在离心力的作用下，油滴与气泡等轻相组分的回转半径逐渐变小，促使油滴和微气泡发生碰撞并向中心聚集，最终沿所述稳流筒4外壁向上运动至顶部富集，完成一级预分离过程。

所述导叶管8也为筒体结构，且导叶管8的外径大于所述稳流筒4的外径，所述导叶管8的上端与导流锥环6的大口径端固定连接，所述导叶7为螺旋导叶，包括多条，优选的，导叶7数量可选择为四～八条，本实施例中导叶7的数量为六条，多条螺旋导叶7呈圆周阵列式分布在导叶管8的外壁上。

所述导叶7和导叶管8在外壳体内部形成了第二级微旋流气浮流场，所述导流锥环6的设置，不仅实现了第一级微旋流气浮流场与第二级微旋流气浮流场的平稳过度，而且导流锥段6从上至下逐渐扩大的环锥面结构，使得第一级微旋流气浮流场内的轻相组分的上升流更加稳定、耗散减少，另外导流锥环6的直径扩大的底部大口径端使得与导流锥环6连接的导叶管8的直径相对较大，从而在导叶管8与柱段筒体9之间的环形间隙保持相对较窄的宽度，防止了轻相组分的下沉流，而且更加有利于导叶7对沿柱段筒体9内壁面下降的重相混合流的再次造旋效果。

在第二级微旋流气浮流场，经过导叶7的造旋作用，流体重力势能转化为旋流动能，之前未能聚结的油滴与气泡发生碰撞，分离出的气泡和油滴在锥段筒体10的作用下汇集至锥段筒体10的中心部位形成向上的上升流，并通过导叶管8、稳流筒4的中心空间向上汇聚至顶部，而分离净化后的水相沿锥段筒体10的壁面向下流动至经底流口排出。

所述污水入口管1为切向式入流管。

所述底流口为从锥段筒体10向下延伸出的管状结构，所述管状结构构成净化水出口管11，如图3所示，所述净化水出口管11中心位置处通过肋板固定安装有微气泡发生器13，所述微气泡发生器13补充第二级微旋流气浮流场内的气泡数量，且上升的气泡加速油滴向上浮升的速度。

如图1所示，导叶7的形式为轴流式入流、切向式出流的轴流型导叶，结合图3，所述导叶7在上端入流口处的流体沿平行于中心轴线的方向流入所述导叶7之间的流道内，沿倾斜于中心轴线的方向流出导叶7之间的流道，每一个导叶7均具有两个侧表面，其中一个侧表面与导叶管8外表面垂直、另一个侧表面倾斜于导叶管8外表面，具体的，所述导叶7远离导叶管8外壁面的侧面窄于紧贴导叶管8外壁面的侧面。如此设置，在实现对流体导流造旋作用的同时，使得流体形成相对温和的微旋流场，使气泡与油滴获得适量的碰撞能量，避免能量过剩影响后续的粘附。

参考图1和图2，所述稳流筒4、导向板5、导流锥环6、导叶7和导叶管8同轴线设置，所述柱段筒体9和锥段筒体10同轴设置。

本发明的微旋流气浮装置工作过程如下：

含油污水在所述污水入口管1处与气相初步混合成含油溶气水，在所述导向板5的作用下造旋，在离心力的作用下，油滴与气泡等轻相组分的回转半径逐渐变小，促使油滴和微气泡发生碰撞并向中心聚集，最终沿所述稳流筒4外壁向上运动至顶部富集，完成一级预分离过程。含油污水经过一级预分离过程后，进入由所述导叶管8和导叶7组成的二级造旋区。在此区域内，流体的重力势能转化为旋流运动的动能，旋流强度再次提高。锥段筒体10底部安装的微气泡发生器13作为二级旋流气浮区的气相补充，兼具加速油滴浮升的效果，之前未能聚结的油滴与气泡发生碰撞，共同上浮至稳流筒内部区域，即在旋流和气浮的耦合作用下完成油水分离过程。

以上虽结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但并不局限于本发明的保护范围，所属领域的技术人员应明白，在本发明的技术方案基础上，本领域的技术人员无需付出创造性劳动就可对本发明的各种等效结构或等效流程进行修改或变形，或直接或间接应用于其他相关技术领域，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多级流场嵌合式微旋流气浮装置，其特征在于，包括外壳体和内部组件，所述外壳体包括柱段筒体、锥段筒体和平板封头，所述柱段筒体的上端口由平板封头封闭，所述柱段筒体下端连接锥段筒体，所述锥段筒体底部小口径端口处设置为底流口；所述柱段筒体侧壁上设置有污水入口管，所述平板封头的中心设置有浮油浮渣排出管；

所述内部组件包括稳流筒、导向板、导流锥环，所述稳流筒为筒体结构，其下端与导流锥环的小口径端固定连接，所述导向板为螺旋板式结构，且呈螺旋延伸的设置在柱段筒体和稳流筒之间，所述导向板下端位于所述污水入口管下侧位置处、所述导向板上端向上螺旋延伸至固定连接在所述稳流筒外壁面上，所述导向板与稳流筒之间形成由下至上宽度逐渐变窄的环形间隙；

所述内部组件还包括导叶和导叶管，所述导叶管也为筒体结构，且导叶管的外径大于所述稳流筒的外径，所述导叶管的上端与导流锥环的大口径端固定连接，所述导叶为螺旋导叶，包括多条，多条螺旋导叶呈圆周阵列式分布在导叶管的外壁上；

所述导叶的上端入流口处的流体沿平行于中心轴线的方向流入导叶之间的流道内，沿倾斜于中心轴线的方向流出导叶之间的流道，每一个导叶均具有两个侧表面，其中一个侧表面与导叶管外表面垂直、另一个侧表面倾斜于导叶管外表面；

所述底流口为从锥段筒体向下延伸出的管状结构，所述管状结构构成净化水出口管，所述净化水出口管中心位置处通过肋板固定安装有微气泡发生器。

2.根据权利要求1所述的微旋流气浮装置，其特征还在于，所述导叶的数量为六条。

3.根据权利要求1所述的微旋流气浮装置，其特征还在于，所述污水入口管为切向式入流管。

4.根据权利要求1所述的微旋流气浮装置，其特征还在于，所述导叶远离导叶管外壁面的侧面窄于紧贴导叶管外壁面的侧面。

5.根据权利要求1-4任一项所述的微旋流气浮装置，其特征还在于，所述稳流筒、导向板、导流锥环、导叶和导叶管同轴线设置，所述柱段筒体和锥段筒体同轴设置。

6.根据权利要求1所述的微旋流气浮装置，其特征还在于，所述导向板底部所在水平面位于所述污水入口管所在水平面和所述导流锥环所在水平面之间。

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