CN103351038A - 气浮旋流聚结复合式污水除油装置 - Google Patents

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朱智文
孙永进
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Abstract

本发明公开了一种气浮旋流聚结复合式污水除油装置，主要由多功能分离罐、两级气水混合装置和调节控制箱组成；多功能分离罐中上部有进液口，中部设有油出口，下部设有水溶气及循环装置，底部设有排污口，顶部有排气口和连通管。多功能分离罐内部设有内旋流筒，其底部与出油管相连。内旋流筒上方设有气体捕雾器；多功能分离罐下部的集水器分别与多功能分离罐水出口和循环水水口相连；分离罐顶部的排气口通过管线与二级气水混合装置的进口相连。分离罐水出口与侧方调节控制箱水进口连接，调节控制箱顶部与分离罐顶部联通。本发明可以解决旋流气浮一体化组合除油技术设备存在的效率低、集约性差且运行不稳定等技术问题。

Description

气浮旋流聚结复合式污水除油装置
技术领域
本发明涉及一种新型的一体化旋流气浮聚结多功能除油设备，适用于油气田的污水处理，石油化工行业的污水处理等。
背景技术
随着油田开采程度的提高，开采技术日趋先进，开采出水的处理难度也逐渐增大，同时各种边际油田和深海油田的开发，也对水处理技术提出了新的要求，传统的处理单元已不能满足水处理要求，新的油田水处理技术也整朝着一体、高效、集约化的方向发展。
目前油田现场应用较广的水处理方法主要是物理分离，化学药剂辅助，包括常规重力沉降、聚结除油、旋流/离心机加速沉降、气浮除油、过滤等。但是随着处理难度增大，这些常规的处理单元的处理效果早已大打折扣，且运行中问题也越来越多；而在海洋石油开采中，由于场地限制，聚结除油、旋流分离、气浮已是现行的主流工艺，而随着开采的深入，同样面临采出水粘度增大，油滴粒径减小，乳化程度高等诸多问题，主流工艺运行也不理想。
自旋流离心力场引如气浮的技术理念被提出以来，气浮与旋流分离一体化的技术经历了很漫长的发展过程，近年来在石油行业，为了克服目前常规的旋流、气浮、聚结等工艺单元中日益严峻的问题，这种一体化的技术设备逐渐被应用在石油石化行业中的含油污水处理中，也取得了一些实际的研究和应用成果；
美国专利US7157007，US7144503，中国专利CN200710187494.9，CN201110098951.3等均报道了旋流气浮一体化组合除油技术设备，在共同的主体设计理念下，分别研究了不同结构设计特点的气浮旋流设备；但是目前无论是国内还是国外，所研究的气浮旋流技术，仅是对气浮效应和旋流立场的叠加，研究局限在对气泡的引入工艺、旋流立场的结构设计等方面，而对油水分离过程的控制则欠缺，尤其是海洋石油生产环境中，流量，压力，水平液位波动等，都会对处理效果产生很大的影响；同时对于气泡粒径大小和上升速度的关系和影响也没有***的考量，目前溶气设备产生的微米级甚至纳米级气泡过细，上浮和聚并的速度慢，导致了气浮效应发挥不佳。
发明内容：
本发明的目的是提供一种气浮旋流聚结复合式污水除油装置，以解决旋流气浮一体化组合除油技术设备存在的效率低、集约性差且运行不稳定等技术问题。
本发明是通过以下技术方案来实现上述发明目的的：
一种气浮旋流聚结复合式污水除油装置，主要由多功能分离罐、两级气水混合装置和调节控制箱组成；多功能分离罐为立式圆柱形罐，由筒体、上封头、下封头组成，多功能分离罐中上部有切向进入的进液口，中部设有油出口，下部设有水溶气及循环装置，底部设有排污口，顶部有排气口和连通管；进液口采用切线方向进入，罐内进液口处设有导流槽，导流槽与进液管平滑连接；多功能分离罐内部设有内旋流筒，内旋流筒为柱-锥-柱形结构，内旋流筒底部与出油管相连；内旋流筒上方设有气体捕雾器，内旋流筒上缘与分离罐壁之间，设有聚结填料，内旋流筒下方设有气泡聚结填料；多功能分离罐下部设有集水器，集水器分别与多功能分离罐水出口和循环水水口相连，循环水管线经二级气水混合装置后进入集水器上方的气水布液管线；分离罐顶部的排气口通过管线与二级气水混合装置的进口相连；分离罐水出口与侧方调节控制箱水进口连接，调节控制箱下方有该气浮旋流聚结复合式污水除油装置的出水口，侧方有操作手孔，调节控制箱顶部与分离罐顶部联通。
进液管线设计有射流式一级气水混合装置，进液口数量为2个或多个，呈中心对称式布置。
进液口导流槽与进液管平滑连接，且与分离罐内壁闭合形成导流通道；导流槽走向沿罐壁上升，升角5°～10°，导流槽长度覆盖90°～150°圆周角度，导流槽末端罐壁上设有垫板。
分离罐长径比为2:1～4:1，旋流内筒与分离罐的直径比例为1:3～2:3。
旋流内筒内部的锥体部分，设有浮式开关装置，该浮子开关由空心浮力球和橡胶密封球组成，中间通过连杆连接，连杆处通过轴套与内筒壁固定。
集水器为封闭式圆柱形水箱结构，直径为分离罐筒体直径的1/3～1/2，高径比0.5～1；或集水器为封闭式方形水箱结构；集水器上下盖板开有若干小孔，开孔面积为出水口流通面积的10～30倍。
集水器上方的气水混合布液装置为中心交叉式开孔喷射管，交叉管数量为3～6根，布水管上开孔方向为斜上方45°或垂直向上90°。
集水器上方的气水混合布液装置为喷淋式溶气布液装置。
分离罐水出口与调节控制箱连接，调节控制箱内部设有导水管，与进水口连接，导水管高度低于分离罐内旋流筒的上缘高度；导水管的套管内径略大于导水管外径，套管与导水管密封连接，密封套管的可调节范围为套管上缘最高高度不低于分离罐内旋流筒的上缘高度，最低高度不高于导水管高度；套管通过调节控制箱上方的操作手轮调节高度，调节杆与调节控制箱连接处设有密封装置。
调节控制箱内设有斗形筒，筒内设有浮式开关装置，该浮子开关由空心浮力球和橡胶密封球组成，中间通过连杆连接，连杆处通过轴套与筒壁固定。
通过上述技术方案，本发明具有以下优点：有效地将气浮、旋流、聚结技术进行了结合，设备集约程度高，体积小，分级对不同粒径的油滴进行去除，处理效果大大提高；同时通过聚结对气泡的粒径进行干预，提高气泡的利用效率的同时增大油滴聚结增大的几率，提高了设备的整理处理效果；通过对油水分离过程的主动控制，使运行更加稳定，抗冲击性能更好，投资更省。
附图
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的A-A向结构示意图。
图3为图1的B-B向结构示意图。
图4为本发明的调节装置的结构示意图。
具体实施方式
参见图1-图4，为本发明中的气浮旋流聚结复合式污水除油装置实施实例，但是本发明并不局限于以下实例；
气浮旋流聚结复合式污水除油装置主要由多功能分离罐201，两级气水混合装置，调节控制箱202组成；多功能分离罐201为立式圆柱形罐，由筒体102、上封头101、下封头103组成，设备中上部有切向进入的进液口19，中部设有油出口23，下部设有循环水进/出口17，底部设有排污口12，顶部有排气口2和连通管1、3；进液口采用切线方向进入，罐内进液口处设有导流槽24，导流槽24与进液管19平滑连接；分离罐201内部设有内旋流筒22，内旋流筒为柱-锥-柱形结构，内旋流筒底部与出油管23相连；分离罐201下部设有集水器15，集水器15分别与分离罐201水出口和循环水口14相连，循环水管线17经二级气水混合装置13后进入集水器15上方的气水布液管线16；分离罐201顶部的排气口通过联通管线1与二级气水混合装置13的进口相连；分离罐201水出口10-1与侧方调节控制箱202水进口通过管线10连接，控制箱202下方有该气浮旋流聚结复合式污水除油装置的出水口11，侧方有操作手孔8，调节控制箱202顶部通过管线3与分离罐201顶部联通；
进液管线设计有射流式一级气水混合装置18，考虑到一级溶气装置目的为去除颗粒较大的油滴，可采用射流器进行气液混合，气泡粒径大小以200um以下为宜，进液口数量为2个或多个，呈中心对称式布置，产生均匀旋流效应；进液口导流槽24与进液管19平滑连接，且与分离罐内壁102闭合形成导流通道，该密闭通道的流通面积远小于进液管线19的流通面积，以产生喷射效应，增加流速，产生更大的旋流离心力；导流槽走向沿分离罐内壁102上升，升角5°～10°，导流槽长度覆盖90°～150°圆周角度，导流槽24末端罐壁上设有垫板24-1，以防止水流冲刷而腐蚀过快。
为了有效地控制撇油量及控制罐内液位平衡，旋流内筒内部的锥体部分，设有浮式开关装置25，油液位达到一定高度，浮子自动将橡胶密封球打开，排油，液位降低，自动关闭。
内旋流筒上方设有气体捕雾器21，以去除逸出气体中的5um以上的液滴，旋流筒上沿与分离罐壁102之间，设有聚结板组填料20，板组安装角度可直立安装，或呈45°～60°安装，以起到聚结油滴，去除气泡的功能。
在旋流分离阶段，气泡在旋流离心力作用下朝设备中心运动，不断聚并，并携带有颗粒，同时油在气泡带动下迅速上浮，经过填料聚结协助，分离出的油进入内筒等待排出。
旋流筒下方为二级气浮功能区，回流水自下方集水器15中，经气液混合泵13混合，至上方的二级布气管16，向罐内均匀布气，布气管16为开孔交叉管，开孔方向为斜上方45°。
为了保证气泡发挥最大功效，同时不随水相介质自水出口大量流出，气泡上升速度要大于水的下降流速，气泡的粒径大小直接决定了气泡的上升速度，建议气液混合泵13产生的气泡平均粒径应在50～100um为宜，以便去除颗粒度更小的分散油滴，内旋流筒下方与布气管16之间设有气泡聚结填料26，填料26可有效增大二级气浮区上升而来的微小气泡，使气泡粒径增大到80μm以上，增大气泡上浮与聚结几率，减少气泡随水相介质流走的几率。
为防止回流与出水口产生紊流，影响二级气浮效果，在回流水吸入口14及分离罐水出口10-1处，设有集水器15，该集水器为密闭式筒体结构，直径/边长为分离罐筒体直径的1/3～1/2，高径比0.5～1；集水器15盖板开有若干小孔，开孔面积为出水口流通面积的10-30倍。
为了调节分离罐201内的油水液位高度，本发明设计了液位调节控制箱202，采用连通器原理，液位控制箱202顶部和底部分别与一旁的分离罐201联通，从而通过调节控制箱内的液位（即导水管6高度）来调节分离罐201油水液位；分离罐水出口10-1分别与集水器15和调节控制箱202连接，调节控制箱内部设有导水管6，与进水口连接，导水管6高度低于分离罐201内旋流筒的上缘高度；调节控制箱202设有调节套管5，套管5内径略大于导水管6外径，套管5与导水管6密封连接，密封套管5的可调节范围为套管5上缘最高高度不低于分离罐201内旋流筒22的上缘高度，最低高度不高于导水管6高度；套管5通过调节控制箱202上方的操作手轮4调节高度，调节杆7与调节控制箱202连接处设有密封装置。实际运行中，欲调高分离罐201中的液位，则通过转动调节控制箱202顶部手轮4，抬高套管5上缘的高度，反之则调节手轮4降低套管5高度
同时为了维持***压力，调节控制箱202内设有水封装置9，结构与分离罐201内筒内的浮式开关装置相同。

Claims (10)

1.一种气浮旋流聚结复合式污水除油装置，其特征在于：主要由多功能分离罐、两级气水混合装置和调节控制箱组成；多功能分离罐为立式圆柱形罐，由筒体、上封头、下封头组成，多功能分离罐中上部有切向进入的进液口，中部设有油出口，下部设有水溶气及循环装置，底部设有排污口，顶部有排气口和连通管；进液口采用切线方向进入，罐内进液口处设有导流槽，导流槽与进液管平滑连接；多功能分离罐内部设有内旋流筒，内旋流筒为柱-锥-柱形结构，内旋流筒底部与出油管相连；内旋流筒上方设有气体捕雾器，内旋流筒上缘与分离罐壁之间，设有聚结填料，内旋流筒下方设有气泡聚结填料；多功能分离罐下部设有集水器，集水器分别与多功能分离罐水出口和循环水水口相连，循环水管线经二级气水混合装置后进入集水器上方的气水布液管线；分离罐顶部的排气口通过管线与二级气水混合装置的进口相连；分离罐水出口与侧方调节控制箱水进口连接，调节控制箱下方有该气浮旋流聚结复合式污水除油装置的出水口，侧方有操作手孔，调节控制箱顶部与分离罐顶部联通。
2.根据权利要求1所述的气浮旋流聚结复合式污水除油装置，其特征在于：进液管线设计有射流式一级气水混合装置，进液口数量为2个或多个，呈中心对称式布置。
3.根据权利要求1所述的气浮旋流聚结复合式污水除油装置，其特征在于：进液口导流槽与进液管平滑连接，且与分离罐内壁闭合形成导流通道；导流槽走向沿罐壁上升，升角5°～10°，导流槽长度覆盖90°～150°圆周角度，导流槽末端罐壁上设有垫板。
4.根据权利要求1所述的气浮旋流聚结复合式污水除油装置，其特征在于：分离罐长径比为2:1～4:1，旋流内筒与分离罐的直径比例为1:3～2:3。
5.根据权利要求1所述的气浮旋流聚结复合式污水除油装置，其特征在于：旋流内筒内部的锥体部分，设有浮式开关装置，该浮子开关由空心浮力球和橡胶密封球组成，中间通过连杆连接，连杆处通过轴套与内筒壁固定。
6.根据权利要求1所述的气浮旋流聚结复合式污水除油装置，其特征在于：集水器为封闭式圆柱形水箱结构，直径为分离罐筒体直径的1/3～1/2，高径比0.5～1；或集水器为封闭式方形水箱结构；集水器上下盖板开有若干小孔，开孔面积为出水口流通面积的10～30倍。
7.根据权利要求1所述的气浮旋流聚结复合式污水除油装置，其特征在于：集水器上方的气水混合布液装置为中心交叉式开孔喷射管，交叉管数量为3～6根，布水管上开孔方向为斜上方45°或垂直向上90°。
8.根据权利要求1所述的气浮旋流聚结复合式污水除油装置，其特征在于：集水器上方的气水混合布液装置为喷淋式溶气布液装置。
9.根据权利要求1所述的气浮旋流聚结复合式污水除油装置，其特征在于：分离罐水出口与调节控制箱连接，调节控制箱内部设有导水管，与进水口连接，导水管高度低于分离罐内旋流筒的上缘高度；导水管的套管内径略大于导水管外径，套管与导水管密封连接，密封套管的可调节范围为套管上缘最高高度不低于分离罐内旋流筒的上缘高度，最低高度不高于导水管高度；套管通过调节控制箱上方的操作手轮调节高度，调节杆与调节控制箱连接处设有密封装置。
10.根据权利要求9所述的气浮旋流聚结复合式污水除油装置，其特征在于：调节控制箱内设有斗形筒，筒内设有浮式开关装置，该浮子开关由空心浮力球和橡胶密封球组成，中间通过连杆连接，连杆处通过轴套与筒壁固定。
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