一種新型緊湊氣浮選分離裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型在于提供一種將低強度旋流技術與傳統氣浮(溶解氣氣浮、加氣氣浮）技術有效的結合于一體的，對含油污水進行高效分離的一種混合型裝置，本實用新型實施例中的新型緊湊氣浮選設備，利用了雙切向進水口管道使污水進入罐體中產生旋流離心力場，增大油滴與氣泡碰撞幾率，并加快油滴和氣泡的上浮，利用筒形堰板結構尺寸的合理設計，使得罐體中的旋流離心力場的分布更合理，處理水漫過堰板上端邊緣向隔腔流動時，旋流速度降低，減弱反混的發生，使得處理水含油更少，提高油水分離效率，通過CFD仿真分析可知，本實用新型提供的新型緊湊氣浮選設備可使油水分離效率相對現有CFU設備提高10%以上。
【專利說明】一種新型緊湊氣淳選分離裝置
【技術領域】
[0001] 本實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】
[0002] 隨著社會的發展，人類社會對石油的需求越來越大，采油污水的量也逐年增加。目 前常規的含油污水處理技術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發與世界各國對環保要求的力度逐年增加，國內外油田 對采油廢水的排放標準日益升高，以及深水油田、邊際油田等開發的需要對采油廢水的處 理技術提出了新的挑戰。
[0003] 目前，CFU緊湊型氣浮選設備這項技術迄今已先后出現了近10種，但基本上應用 于海上平臺效果較好的都是如美國Natco Group,英國Opus Maxim公司、德國Siemens水 務公司等國外的產品。國內也陸續有幾家公司在著手進行研究開發，但前期相關應用基礎 研究工作不夠深入，總體研發水平與國外同行相比存在較大的差距。
[0004] 深圳巨濤海洋石油服務有限公司的CFU緊湊型氣浮選設備已應用于中海油多個 海上平臺，并取得了比較好的效果，但是通過CFD計算流體動力學方法對其進行流場特性 的分析之后，發現其仍具有可以改進的地方。
[0005] 巨濤現有CFU緊湊型氣浮選設備的技術方案是將低強度旋流技術與傳統氣浮(溶 解氣氣浮、加氣氣浮）技術有效的結合于一體，對含油污水進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口管 道，與所述進口管道相連通的噴射器，所述噴射器上開設一與含油污水入口管接通的入水 口，所述噴射器上還開設一與外部氣源接通的進氣口，所述罐體的頂部開設有可供分離后 的氣體排出的排氣口，所述罐體中心區設有集油罐，收集分離后的污油，所述罐體的側壁上 開設有供分離后水排出的排水口，所述罐體內部設有筒形堰板，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壁上。
[0006] 其工作過程如下：含油污水通過所述噴射器后，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入，形成旋流加速場，在離心加速度的作用下，微氣泡攜帶油滴進入容 器中心區域并上浮，處理水漫過堰板向下運動進入所述隔腔，經過低速沉降作用，避免油滴 被帶走，液面位置高含油污水通過容器頂部中心位置的撇油口進入集油罐中；微氣泡從液 面析出進入容器上部空間從氣出口排出。
[0007] 通過對巨濤現有CFU緊湊型氣浮選設備內部復雜的油滴、氣泡和水三相復雜流場 進行CFD (Computational Fluid Dynamics計算流體動力學）仿真分析，對現有CFU結構 內部速度場進行分析，發現其有如下缺點：
[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，含油污水進入罐體內形成的旋流較弱，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，同樣導致含油 污水在進入罐體內時形成的旋流速度低，離心加速度小，不利于油水的分離。
[0010] 3、通過對罐體內的筒形堰板選取不同直徑進行CFD仿真模擬，對比分析其流場特 性，發現筒形堰板橫截面面積與堰板和罐體之間的環形面積的比值對CFU內旋流離心力場 的強度存在影響明顯，而旋流離心力場強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成的環形面積的比值存在最優的取值范圍。現有CFU結構此比值為1， 形成的旋流離心力場強度明顯偏低。
[0011] 4、通過速度矢量場的分析，可知，筒形堰板下端倒錐形錐面與軸線的夾角及堰板 下端起始位置對旋流速度的分布也存在較大影響。現有CFU結構還存在可優化的空間。
[0012] 5、含油污水進入罐體后在筒形堰板內旋流并緩慢向上流動，在堰板上端，經過旋 流離心分離后的干凈水漫過堰板向下進入堰板與罐體之間的環形區并從罐體側壁上的排 水口排出，通過旋流速度場的分析可知，現有CFU結構中處理水漫過堰板的過程中仍保持 著較高的旋流速度，在漫過堰板過程中較大的速度矢量的變化使得已經聚并在罐體中心區 的污油發生反混，因此會使得進入所述環形區的處理水攜帶較多油滴，并在排水口排出，使 得分離效率較低。
[0013] 6、通過不同長徑比（罐體高度L與罐體直徑D的比值）的罐體進行CFD仿真分析， 經流場的對比可知，罐體長徑比對油水分離效果影響明顯，現有CFU結構長徑比L/D的取值 為1. 375,并非最佳分離效果，罐體長徑比L/D還存在可優化的空間。
【發明內容】
[0014] 本實用新型所要解決的技術問題在于克服現有CFU技術之缺陷，對其結構進行改 進，以使得能夠組織形成更合理的旋流離心力場，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間，加快油滴和氣泡的上浮，提高了油水分離 效率；并對結構尺寸進行優化設計，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] 為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案是：提供一種將低強度旋流技術與 傳統氣浮(溶解氣氣浮、加氣氣浮）技術有效的結合于一體的，對含油污水進行高效分離的 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水口管道、與雙 切向進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設有可供分離后氣體排出的排氣口，所述下端 橢圓封頭底部開設有油泥出口，所述罐體與所述噴射器之間設有一氣體循環結構，所述罐 體中心區設有集油罐，所述罐體的側壁上開設有供分離后水排出的排水口，所述罐體內部 在雙切向進水管上方設有堰板，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壁上，罐體中心設有用于收集污油的集油罐，集油罐底 部設有排油管。
[0016] 所述的氣體循環結構包括氣體輸送管和進氣管，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氣管，進氣管還通過一支管連接于罐體頂部。所述的進氣 管、氣體輸送管以及排氣口設有閥門，通過三者的調控穩定罐體內的液面高度。
[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的最低位置，兩進水口管道中心線間的距離 盡量遠，滿足焊接可行性的需求，以保證含油污水從切向進水管進入罐體中時，獲得最大的 入口流速和離心力，進一步地，進水口管道直徑取值應根據處理量的需求，保證進口速度到 達4m/s~5. 5m/s的要求。
[0019] 進一步地，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 取值范圍有利于產生更合理的旋流離心力場，增加油滴與氣泡的碰撞概率，并向容器中心 聚集并上浮。
[0020] 進一步地，所述堰板上端錐形擴口，擴口邊緣的直徑與罐體直徑的比值在 0.75-0. 85之間，所述錐形擴口側壁與罐體軸線呈30° ~45°夾角。
[0021] 進一步地，所述堰板下端倒錐形側壁與罐體軸線呈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] 本實用新型的有益效果為：本實用新型實施例中的新型緊湊氣浮選設備，利用了 雙切向進水口管道使污水進入罐體中產生旋流離心力場，增大油滴與氣泡碰撞幾率，并加 快油滴和氣泡的上浮，利用筒形堰板結構尺寸的合理設計，使得罐體中的旋流離心力場的 分布更合理，處理水漫過堰板上端邊緣向隔腔流動時，旋流速度降低，減弱反混的發生，使 得處理水含油更少，提高油水分離效率，通過CFD仿真分析可知，本實用新型提供的新型緊 湊氣浮選設備可使油水分離效率相對現有CFU設備提高10%以上。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024] 圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0025] 圖2為本實用新型所述的堰板結構示意圖。
[0026] 圖中：100-罐體、110-上橢圓封頭、130-下橢圓封頭、200-雙切向進水管、210-噴 射器、220-含油污水入口管、230-進氣管、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。
【具體實施方式】
[0027] 下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細地描述。
[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,設于罐體100與下橢圓封頭130接縫上端的雙切向進水管200,與雙切 向進水管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 還開設一與外部氣源接通的氣體輸送管240,氣體輸送管240上端連接進氣管230,進氣管 230還通過一支管連接于罐體100頂部；罐體100上端開設有供氣體排出的排氣口 340,罐 體100側壁上開設有供分離后水排出的排水口 330,罐體100底部開設有供污泥排出的油泥 出口 320,罐體內雙切向進水管上方設有堰板400,罐體100中心設有用于收集污油的集油 罐300,所述集油罐300底部設有排油管310。
[0029] 堰板中段410為筒形，堰板下端430為與罐體軸線呈45°夾角的倒錐形側壁，堰板 上端420為錐形擴口，擴口邊緣的直徑與罐體直徑的比值為0. 8(雖然本實施例僅詳細說明 了擴口邊緣的直徑與罐體直徑的比值為0. 8,但是根據需要其比值可以在0. 75-0. 85之間 選擇)，所述錐形擴口側壁與罐體軸線呈40°夾角（雖然本實施例僅詳細說明了錐形擴口側 壁與罐體軸線呈40°夾角，但是根據需要其夾角可以在30° ~45°之間選擇)。
[0030] 本實用新型的工作過程如下：
[0031] 首先含油污水通過所述噴射器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 雙切向進水管200進入，形成旋流加速場，因為改進后的雙切向進水管200設于罐體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的離心力（有效提高流體的旋 流強度，提高油水分離效率)，在離心加速度的作用下，微氣泡攜帶油滴進入容器中心區域 并上浮，處理水漫過堰板向下運動進入所述隔腔（因為油和氣泡密度小而水密度大，故在離 心力作用下水向外流動而油混合著氣泡向內聚集)，經過低速沉降作用，避免油滴被帶走， 液面位置高含油污水通過容器頂部中心位置的集油罐口進入集油罐300中；微氣泡從液面 析出進入容器上部空間，大部分氣體進入氣體輸送管240進行循環利用，多余部分進入容 器上部空間從氣出口 30排出。
[0032] 上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理和最佳實施例，在不脫 離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進 都落入要求保護的本實用新型范圍內。
【權利要求】
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 向進水口管道、與雙切向進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設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設有油泥出口，所述罐體與所述噴射器之間設有一氣 體循環結構，所述罐體中心區設有集油罐，所述罐體的側壁上開設有供分離后水排出的排 水口，所述罐體內部在雙切向進水管上方設有堰板，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壁上，罐體中心設有用于收集污油的集油罐， 集油罐底部設有排油管。
2. 根據權利要求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 環結構包括氣體輸送管和進氣管，所述氣體輸送管分別與氣源和噴射器連通，氣體輸送管 上端連接進氣管，進氣管還通過一支管連接于罐體頂部。
3. 根據權利要求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. 根據權利要求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 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. 根據權利要求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. 根據權利要求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 錐形擴口，擴口邊緣的直徑與罐體直徑的比值在〇. 75-0. 85之間，所述錐形擴口側壁與罐 體軸線呈30°?45°夾角。
7. 根據權利要求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 倒錐形側壁與罐體軸線呈45°夾角。
8. 根據權利要求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】C02F1/24GK204022509SQ201420341702
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年6月25日 優先權日:2014年6月25日
【發明者】馬波, 劉琪超, 郝海保, 張瑞革, 章成武, 戎杰 申請人:珠海巨濤海洋石油服務有限公司