一種含油汙水處理用旋流氣浮分離裝置及其系統的製作方法

2023-05-31 10:40:26 1

專利名稱：一種含油汙水處理用旋流氣浮分離裝置及其系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種含油汙水處理用旋流氣浮分離裝置及其系統，適用於含油汙水的淨化處理，由於其結構緊湊、性能高效，尤其適合海上 平臺採出水的除油淨化。
背景技術：
含油汙水來源十分廣泛，油田開採、石油化工、船舶運輸、屠宰與肉食品加工、餐飲業、機械製造和金屬壓延加工、輕工、化工、油氣銷售站(庫)等行業和場所都會產生大量的含油汙水。由於含油量及其特徵隨工業種類不同而異，同一種工業也因生產工藝流程、設備和工作條件等不同而相差較大，因此含油汙水的處理在國內外都受到高度重視。從絕對產生量來看，石油工業是含油汙水的最主要來源，從鑽井到採油的各個生產環節，都產生大量的含油汙水。隨著陸上和海洋油氣開發活動範圍的不斷加大，油田採出水的產量也在不斷增加，尤其是國內外各大油田相繼進入了高含水開採期和三次採油期，不僅使得不少油田採出液的平均含水率已達90%以上，而且含油汙水的處理難度也大大增加。然而，在石油含量減少而伴生採出水不斷增加的情況下，含油汙水的排放標準卻隨著環保意識的增強而更加嚴格。國家環境保護局在1985年I月18日發布了《海洋石油開發工業含油汙水排放標準》(GB4914-85)，規定在渤海灣等海域實施一級排放標準，外排含油汙水中石油類的最高容許濃度為月平均值30mg/L、一次容許值45mg/L。國家海洋局於2008年10月19日頒布了最新的《海洋石油勘探開發汙染物排放濃度限值》，要求從2009年5月I日起，海上石油天然氣勘探開發過程中生產排放汙水的含油量月均值要少於或等於20mg/L、一次容許值要少於或等於30mg/L(—級標準)。標準的提高也預示著含油汙水處理技術所面臨挑戰的嚴峻性。由此可見，石油工業上遊領域含油汙水的處理問題，不僅成為一個環保問題，而且成為了一個生產性問題。常規油水分離的方法很多，常用的處理方法有自然沉降、離心分離、氣浮、粗粒化聚結、過濾、吸附、膜分離等。但是，這些常規單元技術以及各種常規單元處理技術順序串聯組合由於成本過高或處理能力有限，一般已無法滿足新的要求，尤其是深水油氣開發作業中進行含油汙水處理的要求會更高。眾所周知，深水平臺的費用與自重和其所承載的負荷成正比，因此在平臺上採用緊湊型油井產出物處理裝置可以節省平臺空間、減輕負荷等。實際上，歐美一些海洋石油大國當前在油井產出物分離設備研製開發方面的基本理念就是「內聯化(inline)、緊湊化(compact) 」。面對含油汙水處理所提出的新要求、新理念，近年來出現了將氣浮與旋流分離技術集成組合應用的趨勢，取得了不少實質性的研究成果。旋流離心分離技術和氣浮技術的集成應用，能以更低的成本獲得更大的處理能力和更好的處理效果。國外近十年來在氣浮與低強度旋流離心力場組合應用方面取得了較大進展，先後出現了一批緊湊型組合處理設備，如挪威Epcon公司的緊湊型氣浮裝置(CFU)、美國CETCO公司的CrudeSep 、英國Cyclotech公司的DeepSweep 、英國Opus Maxim公司的緊湊型氣浮裝置、德國 Siemens 公司的 VorSep 、法國 Veolia Water Solutions & Technologies (VffS)Westgarth公司的Cophase 等產品都屬於此類，但目前國內尚處於起步階段，有必要研製開發新型高效的緊湊型旋流氣浮分離系統來滿足國內現狀的需要。[0006]實用新型內容[0007]本實用新型的目的是提供一種將旋流和氣浮兩種油水分離技術有機結合、高效淨化處理含油汙水的緊湊型旋流氣浮分離裝置來滿足含油汙水處理新形勢的需要，更好地應對海洋平臺上對含油汙水處理技術的挑戰。本實用新型提供的一種含油汙水處理用旋流氣浮分離裝置，其包括旋流氣浮組合機構和氣液混合機構；所述旋流氣浮組合機構包括圓柱筒體和與該圓柱筒體的兩端相配合的上封頭和下封頭；所述圓柱筒體的內壁上連接有底部開口的球碗形集油罩，所述集油罩的下開口端的周向上設有若干個扇形集油口 ；所述集油罩的下開口端固接有整流筒；所述圓柱筒體的內壁上與所述整流筒的位置相應處設有至少一個旋流導片，所述旋流導片以升角環繞的方式環繞所述整流筒，所述旋流導片與所述整流筒之間設有間距；所述上封頭上設有排氣口、壓力表和出油口 ；所述出油口上固接有收油管，所述收油管的游離端延伸至所述集油罩的中上部；所述下封頭上設有出水口，所述出水口與排水管相連通；所述氣液混合機構的氣液混合物出口與切向入口管相連通，所述切向入口管與所述圓柱筒體相連通，所述切向入口管與所述圓柱筒體的連通處設於近所述旋流導片的起始端。上述的含油汙水處理用旋流氣浮分離裝置中，所述整流筒不僅影響著旋流強度並且會為氣浮過程提供一個相對平穩的空間。上述的含油汙水處理用旋流氣浮分離裝置中，所述圓柱筒體的下部可設有至少一個氣泡均布器，所述氣泡均布器包括進液芯管和與該進液芯管垂直布置且相通的至少一個不鏽鋼繞絲管，用來實現氣浮過程中所需的微細氣泡的均勻分布；所述上封頭上設有循環氣體出口，所述循環氣體出口與氣體循環回用管路相連通；所述氣體循環回用管路的氣體出口端與氣液循環機構的進氣口相連通；所述出水口通過多通閥分別與回流水管路和所述排水管相連通；所述回流水管路的回流水出口與所述氣液循環機構的進液口相連通；所述氣液循環機構的氣液混合物出口與所述進液芯管相連通；所述氣液循環機構用於部分處理後出水的回流並向其中注入適量的微細氣泡，實現氣體和回流水的循環利用。上述的含油汙水處理用旋流氣浮分離裝置中，所述上封頭和下封頭均為橢圓形；所述若干個扇形集油口沿所述集油罩的下開口端的周向均勻布置；所述圓柱筒體上設有液位計，以便於觀察所述圓柱筒體內的液位情況從而做出適當調節；所述圓柱筒體的中下部設有手孔，便於對所述圓柱筒體的內部進行必要的清理和維護；所述上封頭上設有安全閥，用來確保所述裝置在安全壓力下工作。上述的含油汙水處理用旋流氣浮分離裝置中，所述氣液混合機構為氣液混合泵、液-氣靜態混合器、射流器或微氣泡發生器；所述氣液循環機構為氣液混合泵、離心泵與射流器的組合或離心泵與微氣泡發生器的組合；所述氣液混合機構所產生的微細氣泡粒徑與分散小油滴的粒徑相近且穩定，為氣浮效果提供了保證。上述的含油汙水處理用旋流氣浮分離裝置中，所述旋流導片的螺旋升角可為5° 15° ;所述旋流導片與所述圓柱筒體的相交線在水平面上投影的圓周角可為210° 330° ;所述旋流導片與所述整流筒之間的間距可為所述整流筒與所述圓柱筒體的內徑差的(O. 2 O. 35)倍。上述的含油汙水處理用旋流氣浮分離裝置中，所述旋流氣浮組合機構的高度與所述圓柱筒體的直徑的比值可為I. 6 3. 2 ;所述整流筒與所述圓柱筒體的直徑的比值可為O. 3 O. 7 ;所述整流筒與所述圓柱筒體的高度的比值可為O. 3 O. 5。上述的含油汙水處理用旋流氣浮分離裝置中，所述不鏽鋼繞絲管的繞絲間隙可為O O. 25mm,但不為O。上述的含油汙水處理用旋流氣浮分離裝置中，所述圓柱筒體與所述下封頭的位置相應的腔體內可設有緩流板；所述緩流板可為水平圓板；所述緩流板的直徑可為所述出水口的直徑的3 6倍；所述緩流板用來防止渦流對氣浮環境產生不良影響。本實用新型還提供了一種含油汙水處理用旋流氣浮分離系統，該分離系統包括若干個上述的含油汙水處理用旋流氣浮分離裝置。上述的分離系統中，所述若干個分離裝置之間為串連連通或並連連通，可根據對處理效果要求的不同和工作流量需求的不同，採用串連或並連的組合方式方式的分離系統。由於採用了上述技術方案，本實用新型具有如下優點和效果I、本實用新型成功實現了旋流和氣浮兩種油水分離技術的有機結合，對含油汙水的處理效率得到極大提高，整個旋流氣浮分離系統形式精巧、結構緊湊，性能高效，尤其適合海上平臺採出水的除油淨化。2、本實用新型避免了藉助填料層來提高淨化效率，也就省去了因填料層堵塞而帶來的清理麻煩，能夠實現長期穩定運行，且無轉動部件，使用安裝維護修理簡易。3、本實用新型對含油汙水的含油量、處理量等的適應性較強，具有較高的操作彈性，並且能夠適應液面的晃動。4、本實用新型實現了氣體的循環利用，不僅有利於環保而且提高了氣體利用率。5、本實用新型利用壓力除油，省去了利用外置動設備來除去浮油以及泡沫浮渣。

圖I為本實用新型實施例I的旋流氣浮分離裝置的剖視圖。圖2為本實用新型實施例I的旋流氣浮分離裝置的上封頭的俯視圖。圖3為圖I中沿A-A線的剖視圖。圖4為圖I中沿B-B線的剖視圖。圖5為圖I中沿C-C線的剖視圖。圖6為本實用新型的串連方式的旋流氣浮分離系統的結構示意圖。圖7為本實用新型的並連方式的旋流氣浮分離系統的結構示意圖。圖中各標記如下1圓柱筒體、2橢圓形上封頭、3橢圓形下封頭、4集油罩、5集油口、6襯板、7整流筒、8旋流導片、9出油口、10排氣口、11壓力表、12安全閥、13收油管、14液位計、15手孔、16循環氣體出口、17氣體循環回用管路、18進液芯管、19不鏽鋼繞絲管、20緩流板、21出水口、22出水管路、23三通管、24排水管、25回流水管路、26切向入口管、27法蘭、28旋流氣浮分離裝置。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步說明，但本實用新型並不局限於以下實施例。[0034]實施例I、含油汙水處理用旋流氣浮分離裝置[0035]本實施例提供的含油汙水處理用旋流氣浮分離裝置包括旋流氣浮組合機構和氣液混合機構；旋流氣浮組合機構包括圓柱筒體I和與該圓柱筒體I的兩開口端相配合的橢圓形上封頭2和橢圓形下封頭3 ;旋流氣浮組合機構的高度與圓柱筒體I的直徑的比值為2. O;圓柱筒體I的內壁上連接有底部開口的球碗形集油罩4，其通過螺釘固定在圓柱筒體I的內壁上的襯板7上；集油罩4的下開口端的周向上設有均勻布置的多個扇形集油口 5，便於收集浮油及泡沫浮渣而且能夠適應液面的晃動；集油罩4的下開口端與整流筒7固定連接，整流筒7不僅影響著旋流強度並且會為氣浮過程提供一個相對平穩的空間，整流筒7的直徑與圓柱筒體I的直徑的比值為O. 5，整流筒7的高度與圓柱筒體I的高度的比值為O. 5 ;圓柱筒體I與整流筒7的位置相應的內壁上固定有旋流導片8，旋流導片8以螺旋升角為10°的升角環繞的方式環繞整流筒7，呈螺旋環狀布置，且與整流筒7的外圓柱面之間設有間距，該間距為整流筒7與圓柱筒體I的內徑差的O. 2倍，旋流導片8與圓柱筒體I的內壁相交線在水平面上投影的圓周角為270° ;圓柱筒體I的下部設有氣泡均布器，其包括一個進液芯管18和與其處置布置且相通的5個不鏽鋼繞絲管19，不鏽鋼繞絲管19的繞絲間隙為O. 2_，用來實現氣浮過程中所需的微細氣泡的均勻分布；圓柱筒體I與橢圓形下封頭3的位置相應的腔體內設有緩流板20，其為水平圓板，用來防止渦流對氣浮環境產生不良影響；橢圓形下封頭3上設有出水口 21，出水口 21通過出水管路22與三通管23相連通，三通管23的一出口與排水管24相連通，另一出口與回流水管路25相連通；回流水管路25的出水口與氣液混合泵的進液口相連通，氣體循環回用管路17的出氣口與氣液混合泵的進氣口相連通，從而實現氣體和回流水的循環利用，氣液混合泵的氣液混合物出口與進液芯管18的入口端相連通，通過氣泡均布器得到含有大量微細氣泡的氣液混合物；氣液混合機構包括氣液混合泵，該氣液混合泵的氣液混合物出口與切向入口管26的入口相連通，切向入口管26通過法蘭27與圓柱筒體I相連通，切向入口管26與圓柱筒體I的連接點設於近旋流導片8的起始端處。上述的含油汙水處理用旋流氣浮分離裝置中，旋流氣浮組合機構的高度與圓柱筒體I的直徑的比值可在I. 6 3. 2的範圍內進行調節；整流筒7的直徑與圓柱筒體I的直徑的比值可在O. 3 O. 7的範圍內進行調節，整流筒7的高度與圓柱筒體I的高度的比值可在O. 3 O. 5的範圍內進行調節；旋流導片8的螺旋升角可在5° 15°的範圍內進行調節，旋流導片8與整流筒7的外圓柱面之間的間距可為整流筒7與圓柱筒體I的內徑差的O. 2 O. 35倍，旋流導片8與圓柱筒體I的內壁相交線在水平面上投影的圓周角可在210° 330°的範圍內進行調節；不鏽鋼繞絲管19的繞絲間隙可在O O. 25mm的範圍內進行調節；集油口 5的個數和氣泡均布器的個數可根據需要進行調節。使用上述含油汙水處理用旋流氣浮分離裝置時，首先，含油汙水和氣體分別以一定的壓力和流速、按照8% 25%的體積配比，進入氣液混合機構中，在氣液混合機構的作用下，氣體以微細氣泡的形式彌散在含油汙水中，微細氣泡的粒徑與汙水中分散相油滴的粒徑接近，形成了均勻的氣液混合物，進而完成了氣液混合過程；其次，氣液混合過程完成後，形成的氣液混合物沿切向入口管26被輸送到旋流氣浮組合機構中，經由旋流導片8的導流，在圓柱筒體I與整流筒7之間的腔室形成了一個旋流分離區，一般而言，理想的離心強度範圍為(10 40)倍的重力加速度；油滴、微氣泡等較輕組分逐漸向整流筒7外壁附近區域遷移，較輕組分遷移的過程中，由於油滴和微小氣泡之間的密度差異，微氣泡遷移速度和上浮速度較快，從而使二者接觸的機會增加，通過二者不斷的接觸、粘附，形成油滴-微氣泡粘附體。同時部分油滴、微氣泡、油滴-微氣泡粘附體將沿著整流筒7外壁附近區域慢慢上浮，從而在圓柱筒體I的上部初步形成了一個氣浮分離區，另一部分油滴及油滴-微細氣泡粘附體隨水流下降，在旋 流離心力場的作用下進入整流筒7內部，整流筒7內部提供了一個相對平穩的氣浮環境，油滴-微細氣泡粘附體在整流筒7內繼續上浮，再次形成一個氣浮分離區，兩個氣浮分離區的油滴-微氣泡粘附體在浮力的作用下上升到油氣收集區域；通過旋流氣浮的組合作用，旋流氣浮組合機構內液面上部匯集成一層浮油以及泡沫浮渣，部分泡沫破裂後逸出的氣體進入旋流氣浮組合機構內的頂部氣相空間；由於整個旋流氣浮組合機構密閉運行，旋流氣浮組合機構內頂部氣相空間的壓力會從常壓逐漸上升，浮油以及泡沫浮渣在壓力作用下經收油管13和出油口 9連續不斷地被清除，通過管線排放到特定的收油容器中；頂部氣相空間的部分氣體通過循環氣體出口 16、氣體循環回用管路17進入氣液混合器中，從而使得在整個緊湊型旋流氣浮分離裝置穩定運行的情況下，旋流氣浮組合機構內的液位也相應保持穩定；較重的水相則沿著旋流氣浮組合機構的內壁向下流動，經緩流板20緩流後經底部的出水口 21、出水管路22和三通管23流出，大部分通過排水管24流出旋流氣浮組合機構外，小部分通過回流水管路25進入氣液混合器中；為了進一步增強氣浮分離效果，利用氣液混合器將來自回流水管路25的回流水與循環氣體出口 16釋放的氣體混合，形成含有大量微細氣泡的均勻氣液混合物，通過位於旋流氣浮組合機構下部的氣泡均布器釋放到旋流氣浮組合機構中，並均勻分布在整個旋流氣浮組合機構內的下部區域，從而在旋流氣浮組合機構中形成了一個完整的氣浮強化分離區；總的來看，沿切向入口管26進入的氣液混合來流中彌散的微細氣泡和由氣泡均布器釋放的微細氣泡為氣浮作用的實現提供了有利條件，各機構互相配合共同完成旋流氣浮過程；通過調整進入氣液循環單元中的回流水量和注氣量，可以在一定處理量下獲得很高的分離淨化效率。實施例2、含油汙水處理用旋流氣浮分離系統本實用新型提供的緊湊型含油汙水處理用旋流氣浮分離系統可以根據對處理效果要求的不同和工作流量需求的不同，採用串連連通或並連連通的方式組合。圖6為串連連通的含油汙水處理用旋流氣浮分離系統的結構示意圖，前一個旋流氣浮分離裝置28 (即實施例I中的分離裝置)的出水口作為下一個旋流氣浮分離裝置28的入水口，出油口排出的油匯集到同一管線中，串連連通的方式可以提高緊湊型旋流氣浮分離系統的分離效果。圖7為並連連通的含油汙水處理用旋流氣浮分離系統的結構示意圖，兩個旋流氣浮分離裝置28 (即實施例I中的分離裝置)各自獨立進行含油汙水的淨化處理，出油口排出的油與出水口排出的水分別匯集到同一管線中，並連連通的方式可以提高緊湊型旋流氣浮分離系統的處理能力。綜上所述，含油汙水與微細氣泡的氣液混合物從旋流氣浮組合機構上部的切向入口進入，在旋流氣浮組合機構內形成旋流；氣液混合物中微細氣泡在徑向遷移的同時向上浮升，對旋流氣浮組合機構中的含油汙水進行氣浮處理；氣液循環機構產生的氣液混合物進入罐下部的氣泡均布器釋放，進一步強化了氣浮作用；經過旋流與氣浮作用的有機結合，可以得到充分的除油淨化效果。[0043]本實用新型實施例提出的含油汙水處理用緊湊型旋流氣浮分離裝置，不僅可以用於油田含油汙水和石油化工含油汙水的處理過程，而且還可用於日常生活中的含油汙水以及其他工業生產過程含油汙水的處理過程，如機械加工廠乳化液廢水、鋼鐵廠廢水、合成橡膠廢水和食品加工廢水等；甚至還可以用於市政給水處理以去除其中的懸浮物。以上所述僅為本實用新型的幾個實施例， 本領域技術人員依據申請文件公開的技術理念，對本實用新型實施例進行的各種改動或變型，都並未脫離本實用新型的精神實質和涵蓋範圍。
權利要求1.一種含油汙水處理用旋流氣浮分離裝置，其特徵在於所述分離裝置包括旋流氣浮組合機構和氣液混合機構； 所述旋流氣浮組合機構包括圓柱筒體和與該圓柱筒體的兩端相配合的上封頭和下封頭；所述圓柱筒體的內壁上連接有底部開口的球碗形集油罩，所述集油罩的下開口端的周向上設有若干個扇形集油口 ；所述集油罩的下開口端固接有整流筒；所述圓柱筒體的內壁上與所述整流筒的位置相應處設有至少一個旋流導片，所述旋流導片以升角環繞的方式環繞所述整流筒，所述旋流導片與所述整流筒之間設有間距；所述上封頭上設有排氣口、壓力表和出油口 ；所述出油口上固接有收油管，所述收油管的游離端延伸至所述集油罩的中上部；所述下封頭上設有出水口，所述出水口與排水管相連通； 所述氣液混合機構的氣液混合物出口與切向入口管相連通，所述切向入口管與所述圓柱筒體相連通，所述切向入口管與所述圓柱筒體的連通處設於近所述旋流導片的起始端。
2.根據權利要求I所述的分離裝置，其特徵在於所述圓柱筒體的下部設有至少一個氣泡均布器，所述氣泡均布器包括進液芯管和與該進液芯管垂直布置且相通的至少一個不鏽鋼繞絲管；所述上封頭上設有循環氣體出口，所述循環氣體出口與氣體循環回用管路相連通；所述氣體循環回用管路的氣體出口端與氣液循環機構的進氣口相連通；所述出水口通過多通閥分別與回流水管路和所述排水管相連通；所述回流水管路的回流水出口與所述氣液循環機構的進液口相連通；所述氣液循環機構的氣液混合物出口與所述進液芯管相連通。
3.根據權利要求I或2所述的分離裝置，其特徵在於所述上封頭和下封頭均為橢圓形；所述若干個扇形集油口沿所述集油罩的下開口端的周向均勻布置；所述圓柱筒體上設有液位計；所述圓柱筒體的中下部設有手孔；所述上封頭上設有安全閥。
4.根據權利要求2所述的分離裝置，其特徵在於所述氣液混合機構為氣液混合泵、液-氣靜態混合器、射流器或微氣泡發生器；所述氣液循環機構為氣液混合泵、離心泵與射流器的組合或離心泵與微氣泡發生器的組合。
5.根據權利要求I或2所述的分離裝置，其特徵在於所述旋流導片的螺旋升角為5° 15° ;所述旋流導片與所述圓柱筒體的相交線在水平面上投影的圓周角為210° 330° ;所述旋流導片與所述整流筒之間的間距為所述整流筒與所述圓柱筒體的內徑差的O.2 O. 35 倍。
6.根據權利要求I或2所述的分離裝置，其特徵在於所述旋流氣浮組合機構的高度與所述圓柱筒體的直徑的比值為I. 6 3. 2 ;所述整流筒與所述圓柱筒體的直徑的比值為O.3 O. 7 ;所述整流筒與所述圓柱筒體的高度的比值為O. 3 O. 5。
7.根據權利要求2所述的分離裝置，其特徵在於所述不鏽鋼繞絲管的繞絲間隙為O O. 25mm,但不為O。
8.根據權利要求I或2所述的分離裝置，其特徵在於所述圓柱筒體與所述下封頭的位置相應的腔體內設有緩流板；所述緩流板為水平圓板；所述緩流板的直徑為所述出水口的直徑的3 6倍。
9.一種含油汙水處理用旋流氣浮分離系統，其特徵在於所述分離系統包括若干個權利要求1-8中任一所述的含油汙水處理用旋流氣浮分離裝置。
10.根據權利要求9所述的分離系統，其特徵在於所述若干個分離裝置之間為串連連通或 並連連通。
專利摘要本實用新型公開了含油汙水處理用旋流氣浮分離裝置及其系統。該裝置包括旋流氣浮組合機構和氣液混合機構；該旋流氣浮組合機構包括圓柱筒體和與該圓柱筒體的兩端相配合的上封頭和下封頭；圓柱筒體的內壁上連接有底部開口的球碗形集油罩；集油罩的下開口端固接有整流筒；圓柱筒體的內壁上與整流筒的位置相應處設有至少一個旋流導片，旋流導片以升角環繞的方式環繞所述整流筒，旋流導片與整流筒之間設有間距；上封頭上設有排氣口、壓力表和出油口；下封頭上設有出水口，出水口與排水管相連通；氣液混合機構的氣液混合物出口與切向入口管相連通，切向入口管與所述圓柱筒體相連通，切向入口管與圓柱筒體的連通處設於近旋流導片的起始端。
文檔編號C02F1/40GK202358942SQ20112039470
公開日2012年8月1日 申請日期2011年10月17日 優先權日2011年10月17日
發明者尚超, 平朝春, 張明, 張理, 王建文, 王春升, 趙雷, 鄭曉鵬, 陳家慶, 韓旭 申請人:中國海洋石油總公司, 中海石油研究中心