本发明属于油田采出污水滤料过滤器技术领域，涉及一种多层滤料过滤器。
背景技术：
随着油田持续开发，油田污水去向和注水水源问题会越来越突出，污水回注带来的环境保护风险越来越大；另外油田开发工业用水与地方经济建设争夺地下水资源的矛盾日益显露，制约了油田向二次采油高效转变和油田稳产战略实施，也势必影响油地共同和谐发展环境。油田所处区域水资源稀缺，国家和地方政府也会加大对水资源管理力度和有偿使用力度，地下水保护管理步入了法制化轨道，油田用水总量会得到严格控制，油田污水资源化利用势在必行，同时也是油田自身持续和谐发展的需要。
多滤料过滤器是油田污水精细处理单元应用较为广泛的油水分离设备，是保证油田污水处理达标的关键设备，但现有多滤料过滤器入口布水和反冲洗装置缺陷明显，较难满足油田污水达标要求，具体表现为：(1)因油田污水大多具有高矿化度，腐蚀结垢特性较强，因此过滤器布水装置大多采用较大布水喷头，较少采油布水效果较好的多分布、小口径布水喷头，但因布水装置结构不合理，造成布水不均匀；(2)布水不均匀导致过滤器内污水易产生湍流、紊流等有害流动现象，污水较多走短路通过滤料，导致部分滤料处理负荷超过设计值，而部分滤料未有效利用，且易形成沙丘型滤料，严重影响过滤器油水分离效果；(3)反冲洗装置操作复杂；(4)反冲洗装置结构过于简单，大多采用直上直下的反冲洗结构，导致反冲洗过程中跑料、滤料混层现象严重，不利于滤料的重新利用；再者，该形式结构导致滤料反冲洗不充分，滤料上仍布有大量污油和悬浮物严重影响过滤器油水分离效果。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种多层滤料过滤器，油水分离效果好。
本发明所采用的技术方案是，一种多层滤料过滤器，包括罐体，罐体内上部固定设置有预处理装置，预处理装置固定连通有布水装置，预处理装置下方沿罐体内壁固定设置有多滤料层支撑结构，多滤料层支撑结构下方设置有反冲洗装置，反冲洗装置连通有排水管，排水管连通有集水装置。
本发明的特点还在于，
罐体包括上椭圆封头，上椭圆封头下固定连接有中间筒体，中间筒体下固定连接有下椭圆封头，上椭圆封头、中间筒体、下椭圆封头连成一体形成密闭的罐体。
预处理装置包括固定在上椭圆封头中心位置的收油管，收油管一端位于罐体外，另一端穿过上椭圆封头固定连通有旋风分离筒体，旋风分离筒体的中心轴与罐体的中心轴重合，旋风分离筒体中部连通有污水进水管，旋风分离筒体的下部连通有排污管，污水进水管和排污管另一端均伸向罐体外。
排水管固定在下椭圆封头上，排水管的中心轴线与罐体的中心轴线重合，排水管另一端通向罐体外部。
布水装置包括组布水器，组布水器均固定连通旋风分离筒体的上部，且绕旋风分离筒体中心呈中心对称分布。
多滤料层支撑结构内装有从上至下粒径逐渐减小的多层滤料，且从上至下料层由厚到薄。
反冲洗装置包括根反冲洗管，根反冲洗管均连通排水管，根反冲洗管绕排水管中心呈中心对称分布，反冲洗管呈螺旋状，且根反冲洗管均向上倾，与水平面成一定夹角。
集水装置包括一集水总管，集水总管上均匀连通有若干集水分管，集水分管垂直于集水总管，集水总管的中心轴线与罐体的中心轴线垂直，集水分管的中心轴与集水总管的中心轴位于同一平面内，集水分管上开设有开口朝上的集水口，集水总管与排水管连通。
布水器包括与旋风分离筒体连通的主布水管，主布水管的中心轴线与旋风分离筒体的中心轴线垂直，主布水管绕旋风分离筒体中心呈中心对称分布，主布水管另一端上连通有第一干布水管，主布水管中部连通有第二干布水管，第一干布水管和第二干布水管均与主布水管垂直，且沿主布水管对称分布，第一干布水管、第二干布水管和第一干布水管和第二干布水管的中心轴位于同一平面，第一干布水管和第二干布水管的两端均安装有开口朝多滤料层支撑结构的布水喷头。
布水喷头呈倒喇叭状。
本发明的有益效果是：
1.本发明新型布水装置结构简单、布水喷头为倒喇叭状，不易被腐蚀产物或结垢物堵塞，因此特别适合油田高矿化度采出污水处理。
2.本发明布水装置呈对称结构，布水喷头分布均匀，16个布水喷头呈内外环状布置，较现在广泛使用的布水装置布水均匀不易产生湍流、紊流等有害流动现象，污水均匀通过滤料，不易形成沙丘型滤料，提高过滤器油水分离效果。
3.本发明入口预处理装置，能够进行油水预处理，降低滤料处理负荷，延长滤料寿命，提高油水分离效率，另外入口预处理装置的切向入口结构导致的旋流效果，可有效提高下游新型布水装置的布水效果。
4.本发明新型反冲洗装置采用螺旋旋流搓洗结构，反冲洗时，能够在滤料截面上形成强烈的旋流场，类似波轮洗衣机达到搓洗功效，不易跑料、滤料混层，利于滤料的重新利用；再者，该形式结构滤料反冲洗充分，滤料上污油和悬浮物含量较少，能够有效提高滤料利用率，提高油水分离效果。
附图说明
图1是本发明一种多层滤料过滤器的结构示意图；
图2是图1中布水装置的a-a视图；
图3是本发明一种多层滤料过滤器的反冲洗装置的结构示意图；
图4是本发明一种多层滤料过滤器的集水装置的俯视图；
图5是图1中的污水进水管的b-b向视图；
图6是现有的布水装置的结构示意图；
图7是图1中的反冲洗装置的c-c向视图；
图8是本发明一种多层滤料过滤器的布水装置布水效果数值模拟罐体截面速度云图；
图9是现有的布水装置布水效果数值模拟罐体截面速度云图；
图10是本发明一种多层滤料过滤器的反冲洗装置上部截面模拟计算得到的切向速度矢量图；
图11是本发明一种多层滤料过滤器的反冲洗装置上部截面模拟计算得到的切向速度云图；
图12是本发明一种多层滤料过滤器的反冲洗装置上部截面模拟计算得到中心轴线上切向速度散点图。
图中，1.罐体，2.预处理装置，3.布水装置，4.多滤料层支撑结构，5.反冲洗装置，6.集水装置，7.排水管；
1-1.上椭圆封头，1-2.中间筒体，1-3.下椭圆封头；
2-1.收油管，2-2.旋风分离筒体，2-3.污水进水管，2-4.排污管；
3-1.布水器，3-2.主布水管，3-3.第一干布水管，3-4.第二干布水管，3-5.
布水喷头；
5-1.反冲洗管；
6-1.集水总管，6-2.集水分管，6-3.集水口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的一种多层滤料过滤器，其结构如1所示，包括罐体1，罐体1内上部固定设置有预处理装置2，预处理装置2固定连通有布水装置3，预处理装置2下方沿罐体1内壁固定设置有多滤料层支撑结构4，多滤料层支撑结构4下方设置有反冲洗装置5，反冲洗装置5连通有排水管7，排水管7连通有集水装置6。
罐体1包括上椭圆封头1-1，上椭圆封头1-1下固定连接有中间筒体1-2，中间筒体1-2下固定连接有下椭圆封头1-3，上椭圆封头1-1、中间筒体1-2、下椭圆封头1-3连成一体形成密闭的罐体1。
预处理装置2包括固定在上椭圆封头1-1中心位置的收油管2-1，收油管2-1一端位于罐体1外，另一端穿过上椭圆封头1-1固定连通有旋风分离筒体2-2，旋风分离筒体2-2的中心轴与罐体1的中心轴重合，旋风分离筒体2-2中部连通有污水进水管2-3，旋风分离筒体2-2的下部连通有排污管2-4，污水进水管2-3和排污管2-4另一端均伸向罐体1外。
排水管7固定在下椭圆封头1-3上，排水管7的中心轴线与罐体1的中心轴线重合，排水管7另一端通向罐体1外部。
如图2所示，布水装置3包括4组布水器3-1，4组布水器3-1均固定连通旋风分离筒体2-2的上部，且绕旋风分离筒体2-2中心呈中心对称分布。
多滤料层支撑结构4内装有从上至下粒径逐渐减小的多层滤料，且从上至下料层由厚到薄。
如图3所示，反冲洗装置5包括4根反冲洗管5-1，4根反冲洗管5-1均连通排水管7，4根反冲洗管5-1绕排水管7中心呈中心对称分布，反冲洗管5-1呈螺旋状，且4根反冲洗管5-1均向上倾，与水平面成一定夹角。
如图4所示，集水装置6包括一集水总管6-1，集水总管6-1上均匀连通有若干集水分管6-2，集水分管6-2垂直于集水总管6-1，集水总管6-1的中心轴线与罐体1的中心轴线垂直，集水分管6-2的中心轴与集水总管6-1的中心轴位于同一平面内，集水分管6-2上开设有开口朝上的集水口6-3，集水总管6-1与排水管7连通。
布水器3-1包括与旋风分离筒体2-2连通的主布水管3-2，主布水管3-2的中心轴线与旋风分离筒体2-2的中心轴线垂直，主布水管3-2绕旋风分离筒体2-2中心呈中心对称分布，主布水管3-2另一端上连通有第一干布水管3-3，主布水管3-2中部连通有第二干布水管3-4，第一干布水管3-3和第二干布水管3-4均与主布水管3-2垂直，且沿主布水管3-2对称分布，第一干布水管3-3、第二干布水管3-4和第一干布水管3-3和第二干布水管3-4的中心轴位于同一平面，第一干布水管3-3和第二干布水管3-4的两端均安装有开口朝多滤料层支撑结构4的布水喷头3-5。
布水喷头3-5呈倒喇叭状。
如图5所示，本发明的污水进水管2-3的进口为切向进口。
本发明的第二干布水管3-4长度小于第一干布水管3-3，布水喷头3-5呈倒喇叭状，远离布水管的下喇叭口直径约为所连接布水管直径的2-3倍，布水喷头3-5的高度约为连接布水管直径的1-2倍，第二干布水管3-4上的8个布水喷头3-5的布水面积以及第一干布水管3-3上的8个布水喷头3-5的布水面积如图2中的虚线圆圈所示，如图6所示，结合图2可以看出本发明一种新型油田采出污水多滤料过滤器中新型布水装置补水效果明显比现有的布水装置，布水效果好。
本发明布水喷头的下喇叭口的口径一般为50-80mm。
本发明的反冲洗装置5的4根反冲洗管5-1均向上倾，与水平面成一定夹角α＝10-20度，如图7所示，反冲洗管5-1的出口处中心轴线与该出口处中心轴线与罐体1交点处的切面的夹角为β,β＝15-45度，且4根反冲洗的螺旋方向一致，如此结构设计，在反冲洗时易在过滤器罐体内形成旋转流，达到搓洗滤料的功效。
本发明的多滤料层支撑结构4内装有从上至下粒径逐渐减小的多层滤料，且从上至下料层由厚到薄，且从上至下滤料质量由轻到重。本发明工作时，多层滤料可布置2-4层，滤层越多，选择滤速越高，如果选用2层滤料，滤速选择15-20m/s；三层滤料，滤速选择20-25m/s；四层滤料，滤速选择25-30m/s，滤料从上至下分别为核桃壳滤料、无烟煤滤料、石英砂滤料、磁铁矿。
本发明选择滤料是，核桃壳选用相对密度为1.3-1.4的野生厚皮山核桃壳，经脱脂、研磨、去皮、烘干、筛分等工序，形成粒径1.2～1.6mm规格的滤料，对应的滤层厚度为0.4m；选用相对密度约为1.4-1.6，粒径1.0～1.5mm无烟煤，滤层厚度为0.3m；选用相对密度约为2.6，粒径0.5～0.7mm石英砂，滤层厚度为0.2m；选用相对密度约为4.7，粒径0.25～0.5mm磁铁矿，滤层厚度为0.1m，含油污水由上向下流经，由于上层核桃壳或无烟煤粒径较大，悬浮物可较深的穿透滤床，充分发挥了滤床吸附、截留能力。
本发明根据待处理污水特性和处理指标选择多滤料层数，如处理精度要求高可选择3层或4层，如含油污水含油量较高超过200ppm，上层滤料不建议采用核桃壳。
本发明的一种多层滤料过滤器的工作原理为：工作时，含油污水在入口压力为0.5mpa条件下，含油污水经由污水进水管2-3进入预处理装置2的旋风分离器筒体2-2内，污水经预处理后，分离后的污油经收油管2-1排走，分离后的固体杂质经排污管2-4排走，预处理后的污水进入布水装置3，然后经布水装置3的主布水管3-2、第一干布水管3-3和第二干布水管3-4，从各个布水喷头3-5流出，均匀分布在多滤料层支撑结构上，含油污水经多层滤层向下流，经集水装置6的集水口6-3收集，经排水管7流向下级精细分离单元。
本发明工作时，经多层滤料的节流时，保持含油污水过滤速度约为15-30m/s，当罐体内压降达到25-100kpa时，进行反冲洗，反冲洗周期一般选择12-24h，反洗时，先从排水管7反向通入天然气或压缩空气，气流经集水口6-3和反冲洗管5-1，流向多滤料层支撑结构4，使滤层松动、膨胀，然后用天然气或空气与水的混合流体反向流经滤罐，压降一般为正常工作压降的1.5～2.0倍，当滤层体积向上膨胀约40％～50％时停止反冲洗过程，反冲洗时间约为20-30分钟，反冲洗时水温不低于40℃，以便清除滤料截留的含油杂质，为强化反洗效果，可在反洗水内添加高效清洗剂。
本发明的油污水过滤速度应根据滤层数，选择经济的滤速，滤层越多，滤速可越快，选择罐体内压降指标时，应根据滤层数，选择合适的压降指标，滤层越多，压降越大。
如图8、图9所示，两种布水装置布水效果数值模拟罐体截面速度云图，在两种装置处理量相同时，在应用图6所示现有的布水装置过滤器截面污水平均流速仅为0.15m/s(未加滤料)，速度部分不均匀，而应用本发明的布水装置过滤器截面污水平均流速0.60m/s(未加滤料)，速度分布较均匀，约为目前布水装置的4倍，说明新型布水装置较少产生湍流、紊流等有害流动现象，充分利用了多层滤料的分离作用，提高了多层滤料过滤器油水分离效果。
如图10、图11、图12所示，分别为本发明反冲洗装置上部截面模拟计算得到的切向速度矢量图、切向速度云图以及中心轴线上切向速度散点图，从图10-图12可以清楚地看到，新型反冲洗装置在滤料内部形成明显的旋转流，能够像波轮洗衣机一样对多层滤料达到搓洗功效。不易跑料、滤料混层，利于滤料的重新利用；再者，该形式结构滤料反冲洗充分，滤料上污油和悬浮物含量较少，能够有效提高滤料利用率，提高油水分离效果。