[实用新型]一种新型紧凑气浮选分离装置

说明书

技术领域

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

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。

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。

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。

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。

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。

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：

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。

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。

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。

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。

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。

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