一种新型紧凑气浮选分离装置制造方法
【专利摘要】本实用新型在于提供一种将低强度旋流技术与传统气浮(溶解气气浮、加气气浮）技术有效的结合于一体的，对含油污水进行高效分离的一种混合型装置，本实用新型实施例中的新型紧凑气浮选设备，利用了双切向进水口管道使污水进入罐体中产生旋流离心力场，增大油滴与气泡碰撞几率，并加快油滴和气泡的上浮，利用筒形堰板结构尺寸的合理设计，使得罐体中的旋流离心力场的分布更合理，处理水漫过堰板上端边缘向隔腔流动时，旋流速度降低，减弱反混的发生，使得处理水含油更少，提高油水分离效率，通过CFD仿真分析可知，本实用新型提供的新型紧凑气浮选设备可使油水分离效率相对现有CFU设备提高10%以上。
【专利说明】一种新型紧凑气淳选分离装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种旋流气浮选装置，尤其涉及一种用于油污处理的紧凑型旋流 气浮选装置。
【背景技术】
[0002] 随着社会的发展，人类社会对石油的需求越来越大，采油污水的量也逐年增加。目 前常规的含油污水处理技术主要有重力沉降除油、压力密闭除油、气浮除油以及液-液旋 流除油等。随着海洋油田的深入开发与世界各国对环保要求的力度逐年增加，国内外油田 对采油废水的排放标准日益升高，以及深水油田、边际油田等开发的需要对采油废水的处 理技术提出了新的挑战。
[0003] 目前，CFU紧凑型气浮选设备这项技术迄今已先后出现了近10种，但基本上应用 于海上平台效果较好的都是如美国Natco Group,英国Opus Maxim公司、德国Siemens水 务公司等国外的产品。国内也陆续有几家公司在着手进行研究开发，但前期相关应用基础 研究工作不够深入，总体研发水平与国外同行相比存在较大的差距。
[0004] 深圳巨涛海洋石油服务有限公司的CFU紧凑型气浮选设备已应用于中海油多个 海上平台，并取得了比较好的效果，但是通过CFD计算流体动力学方法对其进行流场特性 的分析之后，发现其仍具有可以改进的地方。
[0005] 巨涛现有CFU紧凑型气浮选设备的技术方案是将低强度旋流技术与传统气浮(溶 解气气浮、加气气浮）技术有效的结合于一体，对含油污水进行高效分离的一种混合型装 置，其包括具有气浮选作用的罐体、所述罐体下端锥形封头，所述封头壁面上双切向进口管 道，与所述进口管道相连通的喷射器，所述喷射器上开设一与含油污水入口管接通的入水 口，所述喷射器上还开设一与外部气源接通的进气口，所述罐体的顶部开设有可供分离后 的气体排出的排气口，所述罐体中心区设有集油罐，收集分离后的污油，所述罐体的侧壁上 开设有供分离后水排出的排水口，所述罐体内部设有筒形堰板，其堰板下端为倒锥形连接 于罐体，与罐体形成隔腔，所述排水口位于所述隔腔的侧壁上。
[0006] 其工作过程如下：含油污水通过所述喷射器后，污水中被加入合理分布的微气泡， 微气泡与射入的含油污水均匀混合，确保最大限度的与油滴接触；携带大量微气泡的含油 污水从双切向入口进入，形成旋流加速场，在离心加速度的作用下，微气泡携带油滴进入容 器中心区域并上浮，处理水漫过堰板向下运动进入所述隔腔，经过低速沉降作用，避免油滴 被带走，液面位置高含油污水通过容器顶部中心位置的撇油口进入集油罐中；微气泡从液 面析出进入容器上部空间从气出口排出。
[0007] 通过对巨涛现有CFU紧凑型气浮选设备内部复杂的油滴、气泡和水三相复杂流场 进行CFD (Computational Fluid Dynamics计算流体动力学）仿真分析，对现有CFU结构 内部速度场进行分析，发现其有如下缺点：
[0008] 1、双切向入水口位于罐体下端锥形封头上，其入口中心线距离罐体中心的距离较 小，含油污水进入罐体内形成的旋流较弱，离心加速度较小，油滴和气泡向罐体中心的聚集 效果较弱。
[0009] 2、入水口管道直径较大，污水在切向入口处的流速较低，低于3m/s，同样导致含油 污水在进入罐体内时形成的旋流速度低，离心加速度小，不利于油水的分离。
[0010] 3、通过对罐体内的筒形堰板选取不同直径进行CFD仿真模拟，对比分析其流场特 性，发现筒形堰板横截面面积与堰板和罐体之间的环形面积的比值对CFU内旋流离心力场 的强度存在影响明显，而旋流离心力场强度大小直径影响油水分离效果，所以筒形堰板截 面积与堰板和罐体构成的环形面积的比值存在最优的取值范围。现有CFU结构此比值为1， 形成的旋流离心力场强度明显偏低。
[0011] 4、通过速度矢量场的分析，可知，筒形堰板下端倒锥形锥面与轴线的夹角及堰板 下端起始位置对旋流速度的分布也存在较大影响。现有CFU结构还存在可优化的空间。
[0012] 5、含油污水进入罐体后在筒形堰板内旋流并缓慢向上流动，在堰板上端，经过旋 流离心分离后的干净水漫过堰板向下进入堰板与罐体之间的环形区并从罐体侧壁上的排 水口排出，通过旋流速度场的分析可知，现有CFU结构中处理水漫过堰板的过程中仍保持 着较高的旋流速度，在漫过堰板过程中较大的速度矢量的变化使得已经聚并在罐体中心区 的污油发生反混，因此会使得进入所述环形区的处理水携带较多油滴，并在排水口排出，使 得分离效率较低。
[0013] 6、通过不同长径比（罐体高度L与罐体直径D的比值）的罐体进行CFD仿真分析， 经流场的对比可知，罐体长径比对油水分离效果影响明显，现有CFU结构长径比L/D的取值 为1. 375,并非最佳分离效果，罐体长径比L/D还存在可优化的空间。
【发明内容】
[0014] 本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有CFU技术之缺陷，对其结构进行改 进，以使得能够组织形成更合理的旋流离心力场，油滴与气泡碰撞几率更大，油滴和气泡更 快地向中央集聚，缩短污水在旋流器中停留时间，加快油滴和气泡的上浮，提高了油水分离 效率；并对结构尺寸进行优化设计，最终形成一种分离效率更高的新型紧凑气浮选分离装 置。
[0015] 为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：提供一种将低强度旋流技术与 传统气浮(溶解气气浮、加气气浮）技术有效的结合于一体的，对含油污水进行高效分离的 一种混合型装置，其包括具有气浮选作用的罐体、所述罐体壁面上双切向进水口管道、与双 切向进水管相连通的喷射器，喷射器上连接含油污水入口管，其特征在于，所述罐体上下两 端为椭圆形封头，所述上端椭圆封头顶部开设有可供分离后气体排出的排气口，所述下端 椭圆封头底部开设有油泥出口，所述罐体与所述喷射器之间设有一气体循环结构，所述罐 体中心区设有集油罐，所述罐体的侧壁上开设有供分离后水排出的排水口，所述罐体内部 在双切向进水管上方设有堰板，具体地，所述堰板中段为圆筒形，所述堰板下端为倒锥形， 所述倒锥形下边缘连接于罐体，所述堰板上端为锥形扩口，所述堰板与所述罐体形成隔腔， 所述排水口位于所述隔腔的罐体侧壁上，罐体中心设有用于收集污油的集油罐，集油罐底 部设有排油管。
[0016] 所述的气体循环结构包括气体输送管和进气管，所述气体输送管分别与气源和喷 射器连通，气体输送管上端连接进气管，进气管还通过一支管连接于罐体顶部。所述的进气 管、气体输送管以及排气口设有阀门，通过三者的调控稳定罐体内的液面高度。
[0017] 所述罐体上下两端为2:1的椭圆形封头，罐体高度L与直径D的比值（即L/D)取 值范围在1.5-2之间。
[0018] 具体地，所述双切向进水口管道位于所述罐体与下端椭圆封头接缝和所述罐体与 筒形堰板接缝之间，位于焊接条件限制范围内的最低位置，两进水口管道中心线间的距离 尽量远，满足焊接可行性的需求，以保证含油污水从切向进水管进入罐体中时，获得最大的 入口流速和离心力，进一步地，进水口管道直径取值应根据处理量的需求，保证进口速度到 达4m/s~5. 5m/s的要求。
[0019] 进一步地，所述堰板中段圆筒形的直径与罐体直径的比值在0.55、. 65之间，此 取值范围有利于产生更合理的旋流离心力场，增加油滴与气泡的碰撞概率，并向容器中心 聚集并上浮。
[0020] 进一步地，所述堰板上端锥形扩口，扩口边缘的直径与罐体直径的比值在 0.75-0. 85之间，所述锥形扩口侧壁与罐体轴线呈30° ~45°夹角。
[0021] 进一步地，所述堰板下端倒锥形侧壁与罐体轴线呈45°夹角。所述倒锥形下端边 缘与所述罐体的接缝处距离双切向进水口管道的最佳距离为满足焊接可行性要求的最短 距离。
[0022] 进一步地，所述集油罐位于所述罐体中心位置，其上端为锯齿形，用于收集液面污 油。
[0023] 本实用新型的有益效果为：本实用新型实施例中的新型紧凑气浮选设备，利用了 双切向进水口管道使污水进入罐体中产生旋流离心力场，增大油滴与气泡碰撞几率，并加 快油滴和气泡的上浮，利用筒形堰板结构尺寸的合理设计，使得罐体中的旋流离心力场的 分布更合理，处理水漫过堰板上端边缘向隔腔流动时，旋流速度降低，减弱反混的发生，使 得处理水含油更少，提高油水分离效率，通过CFD仿真分析可知，本实用新型提供的新型紧 凑气浮选设备可使油水分离效率相对现有CFU设备提高10%以上。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1为本实用新型的结构示意图。
[0025] 图2为本实用新型所述的堰板结构示意图。
[0026] 图中：100-罐体、110-上椭圆封头、130-下椭圆封头、200-双切向进水管、210-喷 射器、220-含油污水入口管、230-进气管、240-输送管、300-集油罐、310-排油管、320-油 泥出口、330-排水口、340-排气口、400-堰板、410-堰板中段、420-堰板上端、430-堰板下 端。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细地描述。
[0028] 如图1、图2所示，新型紧凑气浮选装置包括，所述罐体100,及其上椭圆封头110 和下椭圆封头130,设于罐体100与下椭圆封头130接缝上端的双切向进水管200,与双切 向进水管200相连通的喷射器210,喷射器210上连接含油污水入口管220,喷射器210上 还开设一与外部气源接通的气体输送管240,气体输送管240上端连接进气管230,进气管 230还通过一支管连接于罐体100顶部；罐体100上端开设有供气体排出的排气口 340,罐 体100侧壁上开设有供分离后水排出的排水口 330,罐体100底部开设有供污泥排出的油泥 出口 320,罐体内双切向进水管上方设有堰板400,罐体100中心设有用于收集污油的集油 罐300,所述集油罐300底部设有排油管310。
[0029] 堰板中段410为筒形，堰板下端430为与罐体轴线呈45°夹角的倒锥形侧壁，堰板 上端420为锥形扩口，扩口边缘的直径与罐体直径的比值为0. 8(虽然本实施例仅详细说明 了扩口边缘的直径与罐体直径的比值为0. 8,但是根据需要其比值可以在0. 75-0. 85之间 选择)，所述锥形扩口侧壁与罐体轴线呈40°夹角（虽然本实施例仅详细说明了锥形扩口侧 壁与罐体轴线呈40°夹角，但是根据需要其夹角可以在30° ~45°之间选择)。
[0030] 本实用新型的工作过程如下：
[0031] 首先含油污水通过所述喷射器210后，污水中被加入合理分布的微气泡，微气泡 与射入的含油污水均匀混合，确保最大限度的与油滴接触；携带大量微气泡的含油污水从 双切向进水管200进入，形成旋流加速场，因为改进后的双切向进水管200设于罐体100与 下端椭圆封头130接缝上端，所以保证了较高的流速和较强的离心力（有效提高流体的旋 流强度，提高油水分离效率)，在离心加速度的作用下，微气泡携带油滴进入容器中心区域 并上浮，处理水漫过堰板向下运动进入所述隔腔（因为油和气泡密度小而水密度大，故在离 心力作用下水向外流动而油混合着气泡向内聚集)，经过低速沉降作用，避免油滴被带走， 液面位置高含油污水通过容器顶部中心位置的集油罐口进入集油罐300中；微气泡从液面 析出进入容器上部空间，大部分气体进入气体输送管240进行循环利用，多余部分进入容 器上部空间从气出口 30排出。
[0032] 上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理和最佳实施例，在不脱 离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进 都落入要求保护的本实用新型范围内。
【权利要求】
1. 一种新型紧凑气浮选分离装置，包括具有气浮选作用的罐体、所述罐体壁面上双切 向进水口管道、与双切向进水管相连通的喷射器，喷射器上连接含油污水入口管，其特征在 于，所述罐体上下两端为椭圆形封头，所述上端椭圆封头顶部开设有可供分离后气体排出 的排气口，所述下端椭圆封头底部开设有油泥出口，所述罐体与所述喷射器之间设有一气 体循环结构，所述罐体中心区设有集油罐，所述罐体的侧壁上开设有供分离后水排出的排 水口，所述罐体内部在双切向进水管上方设有堰板，所述堰板中段为圆筒形，所述堰板下端 为倒锥形，所述倒锥形下边缘连接于罐体，所述堰板上端为锥形扩口，所述堰板与所述罐体 形成隔腔，所述排水口位于所述隔腔的罐体侧壁上，罐体中心设有用于收集污油的集油罐， 集油罐底部设有排油管。
2. 根据权利要求1所述的一种新型紧凑气浮选分离装置，其特征在于：所述的气体循 环结构包括气体输送管和进气管，所述气体输送管分别与气源和喷射器连通，气体输送管 上端连接进气管，进气管还通过一支管连接于罐体顶部。
3. 根据权利要求1所述的一种新型紧凑气浮选分离装置，其特征在于：所述罐体上下 两端为2:1的椭圆形封头，罐体高度L与直径D的比值取值范围在1. 5-2之间。
4. 根据权利要求1所述的一种新型紧凑气浮选分离装置，其特征在于：所述双切向进 水口管道位于所述罐体与下端椭圆封头接缝和所述罐体与筒形堰板接缝之间。
5. 根据权利要求1所述的一种新型紧凑气浮选分离装置，其特征在于：所述堰板中段 圆筒形的直径与罐体直径的比值在〇. 55、. 65之间。
6. 根据权利要求1所述的一种新型紧凑气浮选分离装置，其特征在于：所述堰板上端 锥形扩口，扩口边缘的直径与罐体直径的比值在〇. 75-0. 85之间，所述锥形扩口侧壁与罐 体轴线呈30°?45°夹角。
7. 根据权利要求1所述的一种新型紧凑气浮选分离装置，其特征在于：所述堰板下端 倒锥形侧壁与罐体轴线呈45°夹角。
8. 根据权利要求1所述的一种新型紧凑气浮选分离装置，其特征在于：所述集油罐位 于所述罐体中心位置，其上端为锯齿形。
【文档编号】C02F1/24GK204022509SQ201420341702
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】马波, 刘琪超, 郝海保, 张瑞革, 章成武, 戎杰 申请人:珠海巨涛海洋石油服务有限公司