CN107473306A - 一种稳流筒可调节的单罐双级旋流气浮装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种稳流筒可调节的单罐双级旋流气浮装置，包括依次连接的椭圆上封头、罐体和椭圆下封头，椭圆上封头设置一级出油口，椭圆下封头设置出水口，罐体设置切向入口，下部设置二级出油口，罐体内设置高度可调节的稳流筒，稳流筒包括与罐体内壁固定连接的上下开口的喇叭形外套筒，外套筒下部嵌套沿轴向移动的内套筒，内套筒底部固定连接喇叭筒，喇叭筒下部外圆周与罐体内壁密封接触，将罐体内部分为上部一级分离区和下部二级分离区，喇叭筒沿圆周设置导流槽；内套筒和喇叭筒相连通，内部沿轴向设置有排油管，排油管与二级出油口相连通。本发明利用可调节稳流筒来调节上部一级分离区和下部二级分离区的空间比例，能够适应更为宽泛的流量波动。
Description
技术领域
本发明涉及一种含油污水处理技术，更具体的说，是涉及一种稳流筒可调节的单罐双级旋流气浮装置。
背景技术
随着油气田的不断开发，油田采出水在采出液中所占比例不断增加，甚至有的油田采出液含水率可达90％以上，采出水的不断增加，给下游水处理单元带来了巨大的压力。大部分的地面采出水处理系统由于建立时间较早，只能满足中、低含水期的要求，对于高含水期，前期的水处理设备的处理能力明显不足，处理效率较低，有时为满足处理效果，不得不与其他处理方法相结合，增加了水处理的成本。海上平台的特殊性，对水处理设备提出了更高的要求，不仅具有较高的处理效率，还要满足结构紧凑、经济性和环保性等多方面的硬性要求。另外，随着我国渤海和南海海域的大部分油田逐渐进入开采的中后期，早期建设的水处理设施普遍存在处理效率低，难以满足排放标准，但水处理装置的升级改造往往受到平台空间紧张和降低建造成本的限制，迫切需要研发紧凑高效的水处理设备。
采出废水的处理按照原理的不同可以分为：物理法(重力沉降、过滤、粗粒化、机械分离、膜分离等)、化学法(絮凝、氧化、电解、盐析等)、物理化学法(浮选、吸附、离子交换等)、生物法(活性污泥、生物滤池、氧化塘等)。每种处理方法都有各自的优点和适用范围，单独使用一种方法来处理污水很难达到处理要求，通常是采用几种处理工艺相结合的方法来处理采出污水，从而达到成本低和处理效果好的目的。
为了解决传统含油污水处理工艺的不足，应对各行业对含油污水处理提出的新挑战，科研人员开始将气浮选与旋流分离技术相结合，取得了令人满意的研究成果。用离心力场来强化气浮的想法至今已有90多年的历史，早期的旋流气浮技术主要是通过采用充气水力旋流器，将水力旋流器同泡沫浮选相结合，并在微细颗粒的矿物浮选中得到应用。自20世纪80年代以来，研究者们又尝试将其应用于油水分离。随着国内外研究者的不断研究，通过把旋流和气浮技术相结合，研制出了一种紧凑型旋流气浮装置(CFU)。
旋流气浮技术在国外的研究较早，代表性产品有挪威Epcon Offshore AS公司的紧凑型气浮装置(CFU)、挪威TS-Technology AS公司的CFU、美国CETCO公司的CrudeSep、美国Natco Group的VersaFlo、英国Cyclotech公司的DeepSweep、英国OpusMaxim公司的紧凑型气浮装置、德国Siemens公司的VorSep、法国Veolia Water Solutions&Technologies(VWS)Westgarth公司的Cophase等，相比于国外，国内对旋流气浮技术的研究较晚，目前主要停留在室内研究阶段，没有真正实现大规模的工业化，主要的研究单位有：北京石油化工学院、中科院力学研究所、深圳巨涛公司、亚洲环保公司、天津瑞吉德科技有限公司、江橙环保公司等单位对旋流气浮均有较深入的研究。
常规的旋流气浮装置是一种固定组件设计，主要包括罐体、稳流筒、切向入口、排油口、排水口、导流片、(或导流喷嘴)等部分组成，目前已有很多科研人员根据最初的旋流气浮装置设计改造成新的旋流气浮装置并申请了专利，但装置的工作原理大致相同。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。从目前申请的专利及相关文献报道来看，常规的旋流气浮装置一般需要多级串联才可以达到较好的处理效果，多级串联增加了设备的占地面积，这对于在设备占地面积有限的海上平台推广受到了限制，这也是大部分研究机构在现场试验效果满足要求而未能进一步推广的一个主要原因；随着油田的不断开发，重质油田和注聚油田不断增加，而单罐单级旋流气浮装置对于重质油污水、含聚-含油污水的处理效果并不明显；在设计旋流气浮装置时，往往针对目标油田的生产情况进行设计，旋流气浮装置对于非目标油田和处理量变化较大及水质复杂的油田适应性较差。
发明内容
本发明专利是在传统的旋流气浮装置基础上进行优化设计，提供了一种稳流筒可调节的单罐双级旋流气浮装置，利用可调节稳流筒来调节单罐双级旋流气浮装置内部的上部一级分离区和下部二级分离区的空间比例，从而使旋流气浮装置能够适应更为宽泛的流量波动，适应油田现场采出水处理的要求。本发明专利具有结构紧凑、分离效率高、使用范围宽、节约成本、操作简单等特点，可应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。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种稳流筒可调节的单罐双级旋流气浮装置，包括由上至下依次连接的椭圆上封头、罐体和椭圆下封头，所述椭圆上封头顶部设置有一级出油口，所述椭圆下封头底部设置有出水口，所述罐体上部设置有切向入口，下部设置有二级出油口，所述罐体内设置有高度可调节的稳流筒，所述稳流筒包括与罐体内壁固定连接的上下开口的喇叭形外套筒，所述外套筒下部嵌套有沿轴向移动的顶部封闭的内套筒，所述内套筒底部固定连接有上下开口的喇叭筒，所述喇叭筒下部外圆周与罐体内壁密封接触，将罐体内部分为上部一级分离区和下部二级分离区，所述喇叭筒沿圆周设置有导流槽；所述内套筒和喇叭筒相连通，内部沿轴向设置有排油管，所述排油管与二级出油口相连通。
所述外套筒通过固定架与罐体内壁固定连接。
所述外套筒下部内侧和内套筒上部外侧均设置有螺纹结构，通过螺纹结构调节内套筒和喇叭筒的高度，所述内套筒和喇叭筒焊接连接。
所述罐体下部通过支撑架设置有圆锥形起涡器。
所述排油管采用可伸缩的螺纹软管，随内套筒的高度调节而上下伸缩。
所述导流槽设置为扇形、矩形或半圆形，所述导流槽设置为6-30个。
所述导流槽内设置有导流片，所述导流片设置为扇形、矩形或半圆形，所述导流片向喇叭筒内倾，所述导流片的倾斜角为5°-30°。
与现有的旋流气浮装置相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
(1)本发明增加了高度可调节的稳流筒，可以调整上部一级分离区和下部二级分离区的空间比例，可使装置的处理量在更大的范围内变化，而保持高的处理效率；
(2)本发明在喇叭筒上增加了的导流槽，可使流体平稳地由上部一级分离区过渡至下部二级分离区，在下部二级分离区形成舒缓的环流，有利于较小油珠的进一步分离，从二级出油口排出；
(3)本发明装置简单、结构紧凑、易操作、抗冲击能力强，可满足海上平台、陆上终端及炼化厂的油水分离。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中导流槽和导流片的结构示意图。
附图标记:1-一级出油口；2-椭圆上封头；3-罐体；4-切向入口；5-椭圆下封头；6-出水口；7-二级出油口；8-起涡器；9-排油管；10-导流槽；11-导流片；12上部一级分离区；13下部二级分离区；14固定架；15稳流筒；1501-外套筒；1502-螺纹结构；1503-内套筒；1504-喇叭筒。
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所示，本发明的稳流筒可调节的单罐双级旋流气浮装置，包括由上至下依次连接的椭圆上封头2、罐体3和椭圆下封头5，所述椭圆上封头2顶部设置有一级出油口1，所述椭圆下封头5底部设置有出水口6。所述罐体3设置为空心圆柱形，所述罐体3上部侧壁设置有切向入口4，下部侧壁设置有二级出油口7。所述罐体3内设置有高度可调节的稳流筒15，所述稳流筒15包括上下开口的喇叭形外套筒1501，所述外套筒1501通过固定架14与罐体3内壁固定连接。所述外套筒1501下部嵌套有可沿轴向上下调节移动的顶部封闭的内套筒1503，所述外套筒1501下部内侧和内套筒1503上部外侧均设置有螺纹结构1502。所述内套筒1503底部焊接连接有上下开口的喇叭筒1504，所述喇叭筒1504下部外圆周与罐体3内壁密封接触，将罐体3内部分隔为上部一级分离区12和下部二级分离区13。通过螺纹结构1502调节内套筒1503和喇叭筒1504的高度，从而实现了调控上部一级分离区12和下部二级分离区13的空间比例。
所述内套筒1503和喇叭筒1504相连通，内部沿轴向设置有排油管9，所述排油管9采用可伸缩的螺纹软管，随内套筒1503的高度调节而上下伸缩。所述排油管9与二级出油口7相连通，且二级出油口7设置于下部二级分离区13部分。所述罐体3下部通过支撑架设置有圆锥形起涡器8。
如图2所示，所述喇叭筒1504下部有倾斜面，可使下流的液相趋于平缓，所述喇叭筒1504沿圆周设置有导流槽10，有利于含油污水在下部二级分离区13形成稳定的弱旋流，所述导流槽10设置为扇形、矩形或半圆形等，所述导流槽10可设置为6-30个，优选的结果为12个，可使流体平稳的由上部一级分离区12进入下部二级分离区13。所述导流槽10内设置有导流片11，所述导流片11设置为扇形、矩形或半圆形等，所述导流片11向喇叭筒1504内倾，所述导流片11的倾斜角为5°-30°，优化的结果为15°。其中，图2(a)中所示导流槽和导流片为扇形，图2(b)中所示导流槽和导流片为矩形，图2(c)中所示导流槽和导流片为半圆形。
本发明的操作过程：①通过气液混合泵将含油污水与气体混合均匀，通过切向入口4进入罐体3内的上部一级分离区12，进入罐体3的气液混合体在稳流筒15与罐体3之间的缝隙产生旋流，同时由于压力降的原因，水中的气泡开始析出，在离心力的作用下，油珠和气泡逐渐向稳流筒15外壁移动，在移动的过程之中油珠相互碰撞而逐渐长大，同时油珠和气泡不断接触，促进了油珠的上浮。②聚并长大的油珠由于浮力作用，不断的上升，最终通过顶部一级出油口1排出，水相在重力的作用下向下移动。③向下移动的水相通过与喇叭筒1504接触，流动形态变得缓和，在导流槽10的作用下进入下部二级分离区13，进入下部二级分离区13的水相在导流片11的作用下产生弱旋流，有利于小粒径的油珠聚并上浮，上浮的油珠经排油管9通过二级出油口7排出，净化后的水相通过底部的出水口6排出。④通过螺纹结构1502调节内套筒1503和喇叭筒1504的高度，进而调整上部一级分离区12和下部二级分离区13的空间大小，可实现不同流量、不同水质的含油污水高效分离。
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 (7)
1.一种稳流筒可调节的单罐双级旋流气浮装置，包括由上至下依次连接的椭圆上封头(2)、罐体(3)和椭圆下封头(5)，所述椭圆上封头(2)顶部设置有一级出油口(1)，所述椭圆下封头(5)底部设置有出水口(6)，所述罐体(3)上部设置有切向入口(4)，下部设置有二级出油口(7)，其特征在于，所述罐体(3)内设置有高度可调节的稳流筒(15)，所述稳流筒(15)包括与罐体(3)内壁固定连接的上下开口的喇叭形外套筒(1501)，所述外套筒(1501)下部嵌套有沿轴向移动的顶部封闭的内套筒(1503)，所述内套筒(1503)底部固定连接有上下开口的喇叭筒(1504)，所述喇叭筒(1504)下部外圆周与罐体(3)内壁密封接触，将罐体(3)内部分为上部一级分离区(12)和下部二级分离区(13)，所述喇叭筒(1504)沿圆周设置有导流槽(10)；所述内套筒(1503)和喇叭筒(1504)相连通，内部沿轴向设置有排油管(9)，所述排油管(9)与二级出油口(7)相连通。
2.根据权利要求1所述的稳流筒可调节的单罐双级旋流气浮装置，其特征在于，所述外套筒(1501)通过固定架(14)与罐体(3)内壁固定连接。
3.根据权利要求1所述的稳流筒可调节的单罐双级旋流气浮装置，其特征在于，所述外套筒(1501)下部内侧和内套筒(1503)上部外侧均设置有螺纹结构(1502)，通过螺纹结构(1502)调节内套筒(1503)和喇叭筒(1504)的高度，所述内套筒(1503)和喇叭筒(1504)焊接连接。
4.根据权利要求1所述的稳流筒可调节的单罐双级旋流气浮装置，其特征在于，所述罐体(3)下部通过支撑架设置有圆锥形起涡器(8)。
5.根据权利要求1所述的稳流筒可调节的单罐双级旋流气浮装置，其特征在于，所述排油管(9)采用可伸缩的螺纹软管，随内套筒(1503)的高度调节而上下伸缩。
6.根据权利要求1所述的稳流筒可调节的单罐双级旋流气浮装置，其特征在于，所述导流槽(10)设置为扇形、矩形或半圆形，所述导流槽(10)设置为6-30个。
7.根据权利要求6所述的稳流筒可调节的单罐双级旋流气浮装置，其特征在于，所述导流槽(10)内设置有导流片(11)，所述导流片(11)设置为扇形、矩形或半圆形，所述导流片(11)向喇叭筒(1504)内倾，所述导流片(11)的倾斜角为5°-30°。
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