一種電脫鹽排出汙水除油系統及除油方法與流程
2023-07-13 20:32:46 2
本發明屬於廢水處理技術領域，特別涉及一種電脫鹽排出汙水除油系統及除油方法。
背景技術：
通常情況下，通過電脫鹽裝置的操作優化和破乳劑的優選，原油電脫鹽罐排出汙水應達到含油量不大於150ppm的技術指標，並可直接排放進入煉油廠汙水處理系統。但是，在特殊情況下，尤其是近年來隨著劣質原油加工數量的不斷增加，如加工重質稠油、高酸油時常常造成脫鹽汙水長期不能達標，或汙水含油太高，有時甚至高達1％，這樣脫鹽汙水就必須經過處理後才能排入汙水處理系統。針對脫鹽汙水的處理，目前煉油廠常用的方法是增加一汙水除油罐，向除油罐中添加汙水處理劑如破乳劑、絮凝劑等，對脫鹽汙水進行淨化處理後再排入煉廠汙水處理系統。
常規的含油汙水處理方法有旋流分離和斜板-聚結分離。旋流分離器的基本構造為一個分離腔、一到兩個入口和兩個出口。旋流器分離腔主要有圓柱形、圓錐形、柱-錐形三種基本形式。入口有切向入口和漸開線入口兩種，出口一般為兩個，而且多為軸向出口，分布在旋流分離器的兩端。靠近進料端的為溢流口，遠離進料端的為底流口。
旋流器是物理的、機械式的脫油，而電脫鹽汙水中的油都是表面活性極強的乳化液，所以必須保證旋流器的入口汙水油濃度在設計範圍內，才能確保旋流分離器的效果；由於旋流器內流體的流動產生一定的剪切作用，如果參數設計不當，容易將液滴(油滴或水滴)打碎乳化而惡化分離過程；由於處理不同性質的物料往往需要不同結構尺寸或操作條件的旋流器，因此，旋流器通用性較差。
斜板-聚結除油器的基本原理依據斯託克斯定律，微小油珠的分離最大距離是分隔板板間距，分離時間是水相在分布板內的流動時間，為了使更小的油滴能夠浮升，就要控制合理的分隔板間距和長度的比值，還要控制水相在分隔板中的流速，這樣才能取得好的除油效果。該種除油器為了達到好的效果就必須做的很大，從而有效降低分隔板間距和長度的比值以及水相在分隔板中的流速。
技術實現要素：
為克服現有技術的不足，本發明的目的在於提供一種電脫鹽排出汙水除油系統及除油方法，具有排出汙水含油量低，排出汙油含水量低的特點。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的：
一種電脫鹽排出汙水除油系統，包括兩個部分，旋流分離部分和汙油脫水部分；
所述旋流分離部分包括一級旋流除油器、二級旋流除油器和管道；
所述一級、二級旋流除油器為同一結構，均由圓筒段、大錐段、小錐段和尾直管段依次連接且直徑依次縮小，在相鄰兩段的套接部分直徑相等；所述圓筒段、尾直管段均為圓柱形空腔，在圓筒段邊壁上開有切向口作為含油汙水入口，在其底部開口作為排油口，在尾直管段的尾端開口作為淨水出口，所述大錐段、小錐段均為圓臺形空腔；
所述旋流分離部分中，一級旋流除油器、二級旋流除油器經由管道依次連接，一級、二級旋流除油器入口位置的管道上均設有壓力監測和調節裝置，出口位置的管道上均設有壓力監測裝置；
所述汙油脫水部分包括汙油脫水器和設置在其出入口的管道；
所述汙油脫水器，其主體為一臥式罐，罐的一側開口作為含水汙油入口，罐的另一側開口作為汙水排出口，罐頂設置集油包和變壓器，罐底開口作為放液口；所述集油包，其主體為一圓柱形容器，其內設置上、下兩層電極板，兩層電極板均通過絕緣吊掛懸掛在集油包內，集油包頂部開口作為汙油排出口，集油包與變壓器相鄰的一側開口作為電源引入口，變壓器高壓側通過電源引入口與下層電極板相連；
所述旋流分離部分中旋流除油器排油口的管道與所述汙油脫水部分中汙油脫水器含水汙油入口的管道相連。
優選的，所述汙油脫水器上另設有界位儀，所述界位儀設有兩個埠，分別連接汙油脫水器罐本體和集油包；汙油脫水器汙油排出口的管道上另設有界位調節閥，與所述界位儀聯鎖。
優選的，所述汙油脫水器上另設有壓力變送器，其埠連接汙油脫水器罐本體；汙油脫水器汙水排出口的管道上另設有壓力調節閥，與所述壓力變送器聯鎖。
優選的，所述汙油脫水器汙水排出口的管道上另設置旁路管道，並在該旁路管道上設有安全洩放閥。
優選的，所述汙油脫水器含水汙油入口的管道上另設置旁路管道，與汙油脫水器汙水排出口的管道相連。
優選的，所述集油包內的絕緣吊掛為聚四氟乙烯材質。
一種基於上述電脫鹽排出汙水除油系統的汙水除油方法，包括以下步驟：
步驟1)經電脫鹽處理後排出的含油汙水經管道進入一級旋流除油器進行除油處理，處理後的汙水通過一級旋流除油器的淨水出口排出，通過管道進入二級旋流除油器，處理後的含水汙油通過一級旋流除油器的排油口排出，進入管道；
步驟2)所述二級旋流除油器中的汙水再次被旋流處理，處理後的汙水通過二級旋流除油器的淨水出口排出，在下遊汙水處理設施中深度處理；在二級旋流除油器中處理後的含水汙油通過二級旋流除油器的排油口排出，與來自一級旋流除油器的含水汙油一同進入管道；
步驟3)步驟1)、步驟2)所述的含水汙油通過管道進入汙油脫水器，隨著含水汙油的增加，液層升高，含水汙油的上層液體進入集油包，在集油包中兩層電極板之間形成的強電場的作用下，含水汙油中的水從油層中分離、沉降下來，重新回到汙油脫水器；含水汙油中的汙油在集油包中被強電場分離，經集油包頂部的汙油排出口排出進入管道，進行回收再利用；
步驟4)沉降在汙油脫水器中的汙水經汙水排出口進入管道排出，在下遊汙水處理設施中深度處理；
步驟5)當需要放淨汙油脫水器內的液體時，打開汙油脫水器底部的放液口，液體經放液口進入管道排出；
步驟6)所述界位調節閥根據界位儀的指示調節開度，設定油水界位高度為50％～80％，當界位儀的指示高度低於設定的油水界位高度時，界位調節閥開度變小，當界位儀的指示高度高於設定的油水界位高度時，界位調節閥的開度變大，當界位儀的指示高度與設定的油水界位高度一致時，界位調節閥的開度不變；
步驟7)所述壓力調節閥根據壓力變送器的指示調節開度，當壓力變送器的指示低於設定的壓力時，壓力調節閥開度變小，當壓力變送器的指示高於設定的壓力時，壓力調節閥開度變大，當壓力變送器的指示與設定的壓力一致時，壓力調節閥開度不變；
步驟8)所述安全洩放閥設置一整定壓力，當系統壓力低於整定壓力時，安全洩放閥處於關閉狀態，當系統壓力高於整定壓力時，安全洩放閥開啟，直到系統壓力低於整定壓力時，安全洩放閥恢復關閉狀態；
步驟9)在緊急情況下，含水汙油可經所述汙油脫水器含水汙油入口的管道上另設置的旁路管道，直接進入汙油脫水器汙水排出口的管道並排出。
本發明一種電脫鹽排出汙水除油系統及方法的有益效果如下：
該系統內設置了旋流除油和電場聚結除油，旋流除油用作預處理，電場聚結除油用作深度處理，使得系統排出汙水含油量低，可直接去下遊汙水處理設施深度處理，系統排出汙油含水量低，可直接回用。
附圖說明
圖1為本發明電脫鹽排出汙水除油系統的旋流除油器的結構圖：
其中，1-含油汙水入口、2-排油口、3-圓筒段、4-大錐段、5-小錐段、6-尾直管段、7-淨水出口。
圖2為本發明電脫鹽排出汙水除油系統的汙油脫水器的結構圖：
其中，8-含水汙油入口、9-汙油排出口、10-汙水排出口、11-放液口、12-界位儀第一接口、13-界位儀第二接口、14-壓力變送器接口、15-電源引入口、16-電極板、17-絕緣吊掛、18-汙油脫水器罐本體、19-集油包。
圖3為本發明電脫鹽排出汙水除油系統的旋流分離部分流程示意圖：
其中，20-含油汙水入口管道、21-第一調節閥、22-第一壓力表、23-一級旋流除油器、24-第二調節閥、25-第二壓力表、26-第三壓力表、27-二級旋流除油器、28-第四壓力表、29-第一汙水排出管道、30-第五壓力表、31-第六壓力表、32-第一汙油排出管道。
圖4為本發明電脫鹽排出汙水除油系統的汙油脫水部分流程示意圖：
其中，33-含水汙油入口管道、34-變壓器、35-界位儀、36-壓力變送器、37-界位調節閥、38-第二汙油排出管道、39-壓力調節閥、40-第二汙水排出管道、41-安全洩放閥、42-安全洩放管道、43-放液管道、44-汙油旁路管道。
具體實施方式
下面結合說明書附圖和具體實施例對本發明一種電脫鹽排出汙水除油系統及除油方法的技術方案作進一步詳細說明。
實施例1
一種電脫鹽排出汙水除油系統，包括兩個部分，旋流分離部分和汙油脫水部分。
如圖1所示，旋流除油器由圓筒段3、大錐段4、小錐段5和尾直管段6依次連接組成，且直徑依次縮小，為了連接方便，在相鄰兩段需要套接的部分直徑相等；所述圓筒段3、尾直管段6均為一圓柱形空腔，在圓筒段3邊壁上開有切向口作為含油汙水入口1，在其底部開口作為排油口2，在尾直管段6的尾端開口作為淨水出口7，所述大錐段4、小錐段5均為為圓臺形空腔。
如圖1、3所示，來自電脫鹽罐底的含油汙水經過含油汙水入口管道20和調節閥21進入一級旋流除油器23進行除油處理，處理後的汙水通過一級旋流除油器23的淨水出口排出，去二級旋流除油器27，含水汙油通過一級旋流除油器23的排油口排出，去第一汙油排出管道32。進入二級旋流除油器27的汙水再次被旋流處理，處理後的汙水通過二級旋流除油器27的淨水出口排出，去第一汙水排出管道29，在下遊汙水處理設施(如煉廠汙水處理系統)中深度處理。含水汙油通過二級旋流除油器27的排油口排出，與來自一級旋流除油器23的含水汙油一同去第一汙油排出管道32。第一汙油排出管道32與汙油脫水部分的入口連接。
上述旋流分離的過程中，旋流除油器的運行壓力需維持在0.6-1.0mpa，可以設置多個壓力表用於監測系統各個部位的運行壓力，另在關鍵位置設置調節閥用於調節壓力。具體來說，可以在含油汙水入口管道20上設置第一調節閥21和第一壓力表22，用於實時監測和調節進入一級旋流除油器23前的含油汙水入口管道20的運行壓力；在一級旋流除油器23與二級旋流除油器27之間連接的管道上設置第二調節閥24和第二壓力表25，用於實時監測和調節一級、二級旋流除油器之間的管道的運行壓力；在第一汙水排出管道和第一汙油排出管道上分別設置第三壓力表26、第四壓力表28、第五壓力表30和第六壓力表31，用於分別監測一級、二級旋流除油器的各個出口處的管道的運行壓力。
旋流除油器運行時，待處理含油汙水在上述運行壓力下切向進入旋流除油器的圓筒段3，並在旋流器內高速旋轉，產生足夠強度的離心力場。由於離心作用，油相向旋流器軸心處運動，形成向上的內旋流油核；水相向器壁運動，形成向下的外旋流。油水分離後，油從排油口2排出，淨化水從淨水出口7排出。
旋流除油器的小錐段5是油水分離的主要區域。在小錐段5附近流體的角動量達到最大值。在小錐段5內，由於管壁的摩擦，液流在錐管內流動的角動量減弱，另外，小錐角5流通面積逐漸減小將補償角動量的減小，二者的綜合作用使流體保持相對穩定的高速旋流運動。流過小錐管5後的液流仍有很大的角動量，含油汙水可以在尾直管段6得到進一步的分離。尾直管段6對螺旋運動的油核起穩定作用，其出口(淨水出口7)液體即為分離後的淨化水。
如圖2所示，汙油脫水器的主體為一臥式罐，罐的一側設置含水汙油入口8，罐的另一側設置汙水排出口10，罐頂設置集油包19，罐頂開口作為壓力變送器接口14，罐底設置放液口11，罐表面設置界位儀第一接口12；所述集油包19，其主體為一圓柱形容器，其內設置上、下兩層電極板16，兩層電極板16均通過絕緣吊掛17懸掛在集油包19內，集油包19頂部開口作為汙油排出口9，集油包19一側開口作為電源引入口15，另一側開口作為界位儀第二接口13。
如圖2、4所示，來自旋流除油部分的汙油自含水汙油入口管道33進入汙油脫水器罐本體18，汙油中的部分大水滴在重力作用下於罐體內沉降。當液層逐漸升高後，進入集油包19，集油包19內設置有上、下兩層電極板16，兩層電極板16均通過聚四氟乙烯材質的絕緣吊掛17懸掛在集油包19內，其中下層電極板與變壓器34高壓輸出側相連接，於是兩層電極板16之間形成一個強電場。當含水油層進入兩層電極板16形成的強電場後，汙油中的小水滴在電場的作用下聚結，小水滴聚結成大水滴，最終從油層中分離、沉降下來，進入汙油脫水器罐本體18。被脫水淨化的汙油則從集油包19頂部的汙油排出口9離開集油包19，進入第二汙油排出管道38，進行回收再利用。第二汙油排出管道38設置有界位調節閥37，其與安裝在集油包19與汙油脫水器罐本體18之間的界位儀35聯鎖，界位調節閥37的開度根據界位儀35的指示調節，設定油水界位高度為50％～80％，當界位儀35的指示低於設定的油水界位高度時，界位調節閥37開度變小，當界位儀35的指示高於設定的油水界位高度時，界位調節閥37的開度變大，當界位儀35的指示高度與設定的油水界位高度一致時，界位調節閥37的開度不變。沉降在汙油脫水器罐本體18的汙水自汙水排出口10進入第二汙水排出管道40，在下遊汙水處理設施(如煉廠汙水處理系統)中深度處理。第二汙水排出管道40上設置壓力調節閥39，壓力調節閥39與安裝在汙油脫水器罐本體18頂部的壓力變送器36聯鎖，壓力調節閥39的開度根據壓力變送器36的指示調節，當壓力變送器36的指示低於設定的壓力時，壓力調節閥39開度變小，當壓力變送器36的指示高於設定的壓力時，壓力調節閥39開度變大，當壓力變送器36的指示與設定的壓力一致時，壓力調節閥39開度不變。在第二汙水排出管道40上另設置安全洩放管道42，安全洩放管道42上設置安全洩放閥41。安全洩放閥41設置一整定壓力，當系統壓力低於整定壓力時，安全洩放閥41關閉，當系統壓力高於整定壓力時，安全洩放閥41開啟，直到系統壓力低於整定壓力時，安全洩放閥41恢復關閉狀態。汙油脫水部分另設置放液管道43，其與汙油脫水器罐本體18底部的放液口11連接，用於將汙油脫水器內的液體放淨。含水汙油入口管道33上另設置汙油旁路管道44，該汙油旁路管道44直接與第二汙水排出管道40相連，可使汙油在緊急情況下，不經過汙油脫水器，直接經第二汙水排出管道40排出。
油水兩相的密度差是油水分離的推動力，而油的黏度則是阻力，對於水和油這兩個互不相溶的液體的分離，水滴的沉降速度符合球形粒子在靜止流體中自由沉降的斯託克斯定律：
u＝d2(ρ1-ρ2)g/18μρ2
式中，u—水滴沉降速度，m/s；
d—水滴直徑，m；
ρ1、ρ2—水和油的密度，kg/m3；
μ—油的運動黏度，m2/s；
g—重力加速度，m/s2。
由上式可知，要增大沉降速度，主要應增大水滴直徑和降低油的黏度，並使水與油密度差增大。在含水汙油脫水的技術條件前提下，只有增大水滴直徑是可能的選項。在電場的作用下，小水滴經極化、變形、振蕩、吸引、排斥等作用後聚成大水滴。由於水滴的沉降速度與水滴直徑的平方成正比，所以增大水滴直徑可以大大加快它對的沉降速度。
實際運行中，來自電脫鹽系統的含油10％的汙水，經過兩級旋流後，將汙水分為兩部分，一部分為含油汙水，汙水含油小於100ppm，含油汙水去後續水處理系統，另一部分為含水汙油，汙油含水10％，含水汙油再去汙油脫水器處理，處理後的汙油含水小於0.1％，處理過程中排水含油可降至小於100ppm，再去後續處理設施。