一種新型緊湊氣浮選分離裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型在于提供一種將低強(qiáng)度旋流技術(shù)與傳統(tǒng)氣浮(溶解氣氣浮、加氣氣?。┘夹g(shù)有效的結(jié)合于一體的，對(duì)含油污水進(jìn)行高效分離的一種混合型裝置，本實(shí)用新型實(shí)施例中的新型緊湊氣浮選設(shè)備，利用了雙切向進(jìn)水口管道使污水進(jìn)入罐體中產(chǎn)生旋流離心力場(chǎng)，增大油滴與氣泡碰撞幾率，并加快油滴和氣泡的上浮，利用筒形堰板結(jié)構(gòu)尺寸的合理設(shè)計(jì)，使得罐體中的旋流離心力場(chǎng)的分布更合理，處理水漫過(guò)堰板上端邊緣向隔腔流動(dòng)時(shí)，旋流速度降低，減弱反混的發(fā)生，使得處理水含油更少，提高油水分離效率，通過(guò)CFD仿真分析可知，本實(shí)用新型提供的新型緊湊氣浮選設(shè)備可使油水分離效率相對(duì)現(xiàn)有CFU設(shè)備提高10%以上。
【專利說(shuō)明】一種新型緊湊氣淳選分離裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種旋流氣浮選裝置，尤其涉及一種用于油污處理的緊湊型旋流 氣浮選裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會(huì)的發(fā)展，人類社會(huì)對(duì)石油的需求越來(lái)越大，采油污水的量也逐年增加。目 前常規(guī)的含油污水處理技術(shù)主要有重力沉降除油、壓力密閉除油、氣浮除油以及液-液旋 流除油等。隨著海洋油田的深入開(kāi)發(fā)與世界各國(guó)對(duì)環(huán)保要求的力度逐年增加，國(guó)內(nèi)外油田 對(duì)采油廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)日益升高，以及深水油田、邊際油田等開(kāi)發(fā)的需要對(duì)采油廢水的處 理技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。
[0003] 目前，CFU緊湊型氣浮選設(shè)備這項(xiàng)技術(shù)迄今已先后出現(xiàn)了近10種，但基本上應(yīng)用 于海上平臺(tái)效果較好的都是如美國(guó)Natco Group,英國(guó)Opus Maxim公司、德國(guó)Siemens水 務(wù)公司等國(guó)外的產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)也陸續(xù)有幾家公司在著手進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，但前期相關(guān)應(yīng)用基礎(chǔ) 研究工作不夠深入，總體研發(fā)水平與國(guó)外同行相比存在較大的差距。
[0004] 深圳巨濤海洋石油服務(wù)有限公司的CFU緊湊型氣浮選設(shè)備已應(yīng)用于中海油多個(gè) 海上平臺(tái)，并取得了比較好的效果，但是通過(guò)CFD計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法對(duì)其進(jìn)行流場(chǎng)特性 的分析之后，發(fā)現(xiàn)其仍具有可以改進(jìn)的地方。
[0005] 巨濤現(xiàn)有CFU緊湊型氣浮選設(shè)備的技術(shù)方案是將低強(qiáng)度旋流技術(shù)與傳統(tǒng)氣浮(溶 解氣氣浮、加氣氣?。┘夹g(shù)有效的結(jié)合于一體，對(duì)含油污水進(jìn)行高效分離的一種混合型裝 置，其包括具有氣浮選作用的罐體、所述罐體下端錐形封頭，所述封頭壁面上雙切向進(jìn)口管 道，與所述進(jìn)口管道相連通的噴射器，所述噴射器上開(kāi)設(shè)一與含油污水入口管接通的入水 口，所述噴射器上還開(kāi)設(shè)一與外部氣源接通的進(jìn)氣口，所述罐體的頂部開(kāi)設(shè)有可供分離后 的氣體排出的排氣口，所述罐體中心區(qū)設(shè)有集油罐，收集分離后的污油，所述罐體的側(cè)壁上 開(kāi)設(shè)有供分離后水排出的排水口，所述罐體內(nèi)部設(shè)有筒形堰板，其堰板下端為倒錐形連接 于罐體，與罐體形成隔腔，所述排水口位于所述隔腔的側(cè)壁上。
[0006] 其工作過(guò)程如下：含油污水通過(guò)所述噴射器后，污水中被加入合理分布的微氣泡， 微氣泡與射入的含油污水均勻混合，確保最大限度的與油滴接觸；攜帶大量微氣泡的含油 污水從雙切向入口進(jìn)入，形成旋流加速場(chǎng)，在離心加速度的作用下，微氣泡攜帶油滴進(jìn)入容 器中心區(qū)域并上浮，處理水漫過(guò)堰板向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)入所述隔腔，經(jīng)過(guò)低速沉降作用，避免油滴 被帶走，液面位置高含油污水通過(guò)容器頂部中心位置的撇油口進(jìn)入集油罐中；微氣泡從液 面析出進(jìn)入容器上部空間從氣出口排出。
[0007] 通過(guò)對(duì)巨濤現(xiàn)有CFU緊湊型氣浮選設(shè)備內(nèi)部復(fù)雜的油滴、氣泡和水三相復(fù)雜流場(chǎng) 進(jìn)行CFD (Computational Fluid Dynamics計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)）仿真分析，對(duì)現(xiàn)有CFU結(jié)構(gòu) 內(nèi)部速度場(chǎng)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其有如下缺點(diǎn)：
[0008] 1、雙切向入水口位于罐體下端錐形封頭上，其入口中心線距離罐體中心的距離較 小，含油污水進(jìn)入罐體內(nèi)形成的旋流較弱，離心加速度較小，油滴和氣泡向罐體中心的聚集 效果較弱。
[0009] 2、入水口管道直徑較大，污水在切向入口處的流速較低，低于3m/s，同樣導(dǎo)致含油 污水在進(jìn)入罐體內(nèi)時(shí)形成的旋流速度低，離心加速度小，不利于油水的分離。
[0010] 3、通過(guò)對(duì)罐體內(nèi)的筒形堰板選取不同直徑進(jìn)行CFD仿真模擬，對(duì)比分析其流場(chǎng)特 性，發(fā)現(xiàn)筒形堰板橫截面面積與堰板和罐體之間的環(huán)形面積的比值對(duì)CFU內(nèi)旋流離心力場(chǎng) 的強(qiáng)度存在影響明顯，而旋流離心力場(chǎng)強(qiáng)度大小直徑影響油水分離效果，所以筒形堰板截 面積與堰板和罐體構(gòu)成的環(huán)形面積的比值存在最優(yōu)的取值范圍?，F(xiàn)有CFU結(jié)構(gòu)此比值為1， 形成的旋流離心力場(chǎng)強(qiáng)度明顯偏低。
[0011] 4、通過(guò)速度矢量場(chǎng)的分析，可知，筒形堰板下端倒錐形錐面與軸線的夾角及堰板 下端起始位置對(duì)旋流速度的分布也存在較大影響。現(xiàn)有CFU結(jié)構(gòu)還存在可優(yōu)化的空間。
[0012] 5、含油污水進(jìn)入罐體后在筒形堰板內(nèi)旋流并緩慢向上流動(dòng)，在堰板上端，經(jīng)過(guò)旋 流離心分離后的干凈水漫過(guò)堰板向下進(jìn)入堰板與罐體之間的環(huán)形區(qū)并從罐體側(cè)壁上的排 水口排出，通過(guò)旋流速度場(chǎng)的分析可知，現(xiàn)有CFU結(jié)構(gòu)中處理水漫過(guò)堰板的過(guò)程中仍保持 著較高的旋流速度，在漫過(guò)堰板過(guò)程中較大的速度矢量的變化使得已經(jīng)聚并在罐體中心區(qū) 的污油發(fā)生反混，因此會(huì)使得進(jìn)入所述環(huán)形區(qū)的處理水?dāng)y帶較多油滴，并在排水口排出，使 得分離效率較低。
[0013] 6、通過(guò)不同長(zhǎng)徑比（罐體高度L與罐體直徑D的比值）的罐體進(jìn)行CFD仿真分析， 經(jīng)流場(chǎng)的對(duì)比可知，罐體長(zhǎng)徑比對(duì)油水分離效果影響明顯，現(xiàn)有CFU結(jié)構(gòu)長(zhǎng)徑比L/D的取值 為1. 375,并非最佳分離效果，罐體長(zhǎng)徑比L/D還存在可優(yōu)化的空間。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有CFU技術(shù)之缺陷，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改 進(jìn)，以使得能夠組織形成更合理的旋流離心力場(chǎng)，油滴與氣泡碰撞幾率更大，油滴和氣泡更 快地向中央集聚，縮短污水在旋流器中停留時(shí)間，加快油滴和氣泡的上浮，提高了油水分離 效率；并對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終形成一種分離效率更高的新型緊湊氣浮選分離裝 置。
[0015] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：提供一種將低強(qiáng)度旋流技術(shù)與 傳統(tǒng)氣浮(溶解氣氣浮、加氣氣?。┘夹g(shù)有效的結(jié)合于一體的，對(duì)含油污水進(jìn)行高效分離的 一種混合型裝置，其包括具有氣浮選作用的罐體、所述罐體壁面上雙切向進(jìn)水口管道、與雙 切向進(jìn)水管相連通的噴射器，噴射器上連接含油污水入口管，其特征在于，所述罐體上下兩 端為橢圓形封頭，所述上端橢圓封頭頂部開(kāi)設(shè)有可供分離后氣體排出的排氣口，所述下端 橢圓封頭底部開(kāi)設(shè)有油泥出口，所述罐體與所述噴射器之間設(shè)有一氣體循環(huán)結(jié)構(gòu)，所述罐 體中心區(qū)設(shè)有集油罐，所述罐體的側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有供分離后水排出的排水口，所述罐體內(nèi)部 在雙切向進(jìn)水管上方設(shè)有堰板，具體地，所述堰板中段為圓筒形，所述堰板下端為倒錐形， 所述倒錐形下邊緣連接于罐體，所述堰板上端為錐形擴(kuò)口，所述堰板與所述罐體形成隔腔， 所述排水口位于所述隔腔的罐體側(cè)壁上，罐體中心設(shè)有用于收集污油的集油罐，集油罐底 部設(shè)有排油管。
[0016] 所述的氣體循環(huán)結(jié)構(gòu)包括氣體輸送管和進(jìn)氣管，所述氣體輸送管分別與氣源和噴 射器連通，氣體輸送管上端連接進(jìn)氣管，進(jìn)氣管還通過(guò)一支管連接于罐體頂部。所述的進(jìn)氣 管、氣體輸送管以及排氣口設(shè)有閥門，通過(guò)三者的調(diào)控穩(wěn)定罐體內(nèi)的液面高度。
[0017] 所述罐體上下兩端為2:1的橢圓形封頭，罐體高度L與直徑D的比值（即L/D)取 值范圍在1.5-2之間。
[0018] 具體地，所述雙切向進(jìn)水口管道位于所述罐體與下端橢圓封頭接縫和所述罐體與 筒形堰板接縫之間，位于焊接條件限制范圍內(nèi)的最低位置，兩進(jìn)水口管道中心線間的距離 盡量遠(yuǎn)，滿足焊接可行性的需求，以保證含油污水從切向進(jìn)水管進(jìn)入罐體中時(shí)，獲得最大的 入口流速和離心力，進(jìn)一步地，進(jìn)水口管道直徑取值應(yīng)根據(jù)處理量的需求，保證進(jìn)口速度到 達(dá)4m/s~5. 5m/s的要求。
[0019] 進(jìn)一步地，所述堰板中段圓筒形的直徑與罐體直徑的比值在0.55、. 65之間，此 取值范圍有利于產(chǎn)生更合理的旋流離心力場(chǎng)，增加油滴與氣泡的碰撞概率，并向容器中心 聚集并上浮。
[0020] 進(jìn)一步地，所述堰板上端錐形擴(kuò)口，擴(kuò)口邊緣的直徑與罐體直徑的比值在 0.75-0. 85之間，所述錐形擴(kuò)口側(cè)壁與罐體軸線呈30° ~45°夾角。
[0021] 進(jìn)一步地，所述堰板下端倒錐形側(cè)壁與罐體軸線呈45°夾角。所述倒錐形下端邊 緣與所述罐體的接縫處距離雙切向進(jìn)水口管道的最佳距離為滿足焊接可行性要求的最短 距離。
[0022] 進(jìn)一步地，所述集油罐位于所述罐體中心位置，其上端為鋸齒形，用于收集液面污 油。
[0023] 本實(shí)用新型的有益效果為：本實(shí)用新型實(shí)施例中的新型緊湊氣浮選設(shè)備，利用了 雙切向進(jìn)水口管道使污水進(jìn)入罐體中產(chǎn)生旋流離心力場(chǎng)，增大油滴與氣泡碰撞幾率，并加 快油滴和氣泡的上浮，利用筒形堰板結(jié)構(gòu)尺寸的合理設(shè)計(jì)，使得罐體中的旋流離心力場(chǎng)的 分布更合理，處理水漫過(guò)堰板上端邊緣向隔腔流動(dòng)時(shí)，旋流速度降低，減弱反混的發(fā)生，使 得處理水含油更少，提高油水分離效率，通過(guò)CFD仿真分析可知，本實(shí)用新型提供的新型緊 湊氣浮選設(shè)備可使油水分離效率相對(duì)現(xiàn)有CFU設(shè)備提高10%以上。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 圖2為本實(shí)用新型所述的堰板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026] 圖中：100-罐體、110-上橢圓封頭、130-下橢圓封頭、200-雙切向進(jìn)水管、210-噴 射器、220-含油污水入口管、230-進(jìn)氣管、240-輸送管、300-集油罐、310-排油管、320-油 泥出口、330-排水口、340-排氣口、400-堰板、410-堰板中段、420-堰板上端、430-堰板下 端。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。
[0028] 如圖1、圖2所示，新型緊湊氣浮選裝置包括，所述罐體100,及其上橢圓封頭110 和下橢圓封頭130,設(shè)于罐體100與下橢圓封頭130接縫上端的雙切向進(jìn)水管200,與雙切 向進(jìn)水管200相連通的噴射器210,噴射器210上連接含油污水入口管220,噴射器210上 還開(kāi)設(shè)一與外部氣源接通的氣體輸送管240,氣體輸送管240上端連接進(jìn)氣管230,進(jìn)氣管 230還通過(guò)一支管連接于罐體100頂部；罐體100上端開(kāi)設(shè)有供氣體排出的排氣口 340,罐 體100側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有供分離后水排出的排水口 330,罐體100底部開(kāi)設(shè)有供污泥排出的油泥 出口 320,罐體內(nèi)雙切向進(jìn)水管上方設(shè)有堰板400,罐體100中心設(shè)有用于收集污油的集油 罐300,所述集油罐300底部設(shè)有排油管310。
[0029] 堰板中段410為筒形，堰板下端430為與罐體軸線呈45°夾角的倒錐形側(cè)壁，堰板 上端420為錐形擴(kuò)口，擴(kuò)口邊緣的直徑與罐體直徑的比值為0. 8(雖然本實(shí)施例僅詳細(xì)說(shuō)明 了擴(kuò)口邊緣的直徑與罐體直徑的比值為0. 8,但是根據(jù)需要其比值可以在0. 75-0. 85之間 選擇)，所述錐形擴(kuò)口側(cè)壁與罐體軸線呈40°夾角（雖然本實(shí)施例僅詳細(xì)說(shuō)明了錐形擴(kuò)口側(cè) 壁與罐體軸線呈40°夾角，但是根據(jù)需要其夾角可以在30° ~45°之間選擇)。
[0030] 本實(shí)用新型的工作過(guò)程如下：
[0031] 首先含油污水通過(guò)所述噴射器210后，污水中被加入合理分布的微氣泡，微氣泡 與射入的含油污水均勻混合，確保最大限度的與油滴接觸；攜帶大量微氣泡的含油污水從 雙切向進(jìn)水管200進(jìn)入，形成旋流加速場(chǎng)，因?yàn)楦倪M(jìn)后的雙切向進(jìn)水管200設(shè)于罐體100與 下端橢圓封頭130接縫上端，所以保證了較高的流速和較強(qiáng)的離心力（有效提高流體的旋 流強(qiáng)度，提高油水分離效率)，在離心加速度的作用下，微氣泡攜帶油滴進(jìn)入容器中心區(qū)域 并上浮，處理水漫過(guò)堰板向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)入所述隔腔（因?yàn)橛秃蜌馀菝芏刃《芏却?，故在離 心力作用下水向外流動(dòng)而油混合著氣泡向內(nèi)聚集)，經(jīng)過(guò)低速沉降作用，避免油滴被帶走， 液面位置高含油污水通過(guò)容器頂部中心位置的集油罐口進(jìn)入集油罐300中；微氣泡從液面 析出進(jìn)入容器上部空間，大部分氣體進(jìn)入氣體輸送管240進(jìn)行循環(huán)利用，多余部分進(jìn)入容 器上部空間從氣出口 30排出。
[0032] 上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本實(shí)用新型的原理和最佳實(shí)施例，在不脫 離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn) 都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種新型緊湊氣浮選分離裝置，包括具有氣浮選作用的罐體、所述罐體壁面上雙切 向進(jìn)水口管道、與雙切向進(jìn)水管相連通的噴射器，噴射器上連接含油污水入口管，其特征在 于，所述罐體上下兩端為橢圓形封頭，所述上端橢圓封頭頂部開(kāi)設(shè)有可供分離后氣體排出 的排氣口，所述下端橢圓封頭底部開(kāi)設(shè)有油泥出口，所述罐體與所述噴射器之間設(shè)有一氣 體循環(huán)結(jié)構(gòu)，所述罐體中心區(qū)設(shè)有集油罐，所述罐體的側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有供分離后水排出的排 水口，所述罐體內(nèi)部在雙切向進(jìn)水管上方設(shè)有堰板，所述堰板中段為圓筒形，所述堰板下端 為倒錐形，所述倒錐形下邊緣連接于罐體，所述堰板上端為錐形擴(kuò)口，所述堰板與所述罐體 形成隔腔，所述排水口位于所述隔腔的罐體側(cè)壁上，罐體中心設(shè)有用于收集污油的集油罐， 集油罐底部設(shè)有排油管。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型緊湊氣浮選分離裝置，其特征在于：所述的氣體循 環(huán)結(jié)構(gòu)包括氣體輸送管和進(jìn)氣管，所述氣體輸送管分別與氣源和噴射器連通，氣體輸送管 上端連接進(jìn)氣管，進(jìn)氣管還通過(guò)一支管連接于罐體頂部。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型緊湊氣浮選分離裝置，其特征在于：所述罐體上下 兩端為2:1的橢圓形封頭，罐體高度L與直徑D的比值取值范圍在1. 5-2之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型緊湊氣浮選分離裝置，其特征在于：所述雙切向進(jìn) 水口管道位于所述罐體與下端橢圓封頭接縫和所述罐體與筒形堰板接縫之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型緊湊氣浮選分離裝置，其特征在于：所述堰板中段 圓筒形的直徑與罐體直徑的比值在〇. 55、. 65之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型緊湊氣浮選分離裝置，其特征在于：所述堰板上端 錐形擴(kuò)口，擴(kuò)口邊緣的直徑與罐體直徑的比值在〇. 75-0. 85之間，所述錐形擴(kuò)口側(cè)壁與罐 體軸線呈30°?45°夾角。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型緊湊氣浮選分離裝置，其特征在于：所述堰板下端 倒錐形側(cè)壁與罐體軸線呈45°夾角。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型緊湊氣浮選分離裝置，其特征在于：所述集油罐位 于所述罐體中心位置，其上端為鋸齒形。
【文檔編號(hào)】C02F1/24GK204022509SQ201420341702
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】馬波, 劉琪超, 郝海保, 張瑞革, 章成武, 戎杰 申請(qǐng)人:珠海巨濤海洋石油服務(wù)有限公司