[发明专利]一种旋流强度可调节的旋流气浮装置及操作方法

说明书

本发明公开了一种旋流强度可调节的旋流气浮装置及操作方法：包括圆柱形罐体，罐体上下两端分别设置椭圆上封头和椭圆下封头，椭圆上封头设置出油口，椭圆下封头设置出水口，罐体侧壁中上部设置切向入口管，切向入口管上设置管径调节阀，罐体内部上端内壁设置导流叶片，导流叶片起始端与切向入口管末端光滑过度衔接；罐体内部设置直径可调节的稳流筒，稳流筒两侧连接筒径调节阀，通过筒径调节阀调节稳流筒的直径，改变流体在罐体内部的等效旋转半径；所述罐体下端内部设置有圆锥形起涡器。本发明具有结构紧凑、操作简单、运行成本低、分离效率高等特点，可用于海上平台采出水的处理及陆地联合站、石化厂等的含油污水的处理。

技术领域

本发明涉及含油污水处理技术领域，更具体的说，是涉及一种旋流强度可调节的旋流气浮装置及操作方法。

背景技术

目前，我国大部分油田已经进入了油田开采的中后期，油田采出水含量不断增加，促使采出水处理成本投入加大。在含油污水处理众多方法中，物理方法是最经济的一种办法，但因其处理效率低往往需要与其他方法组合成一套工艺才可达到最终的处理效果。为提高单个除油设备的处理效率，研究者们开始将两种或者多种处理技术组合到一个设备中，事实表明，此种研究思路既提高了设备的处理效率，又节省了设备的占地面积，得到了广泛的认可。旋流气浮就是一种离心分离技术和气浮选技术的有效耦合技术，该技术最早在国外开始研究，2001年，挪威一家公司研发的气旋浮装置(EPCON CFU)分别在Brage油田和Troll C油田进行现场安装试验，处理后水中的含油基本在20mg/L以下，分离效果十分理想，此次试验的成功，拉开了旋流气浮技术蓬勃发展的序幕，自此国内外相继开展旋流气浮技术的研发。

在开展旋流气浮技术研究的过程中，研发者为了增加设备的竞争性，不断优化设备内部的构造，以期得到更好的处理效果。在专利CN201110098951.3中通过在旋流气浮装置上增加喷射器，来提高流体在装置内部的离心加速度，从而增加油水分离效果；在专利CN201310245879.3中，通过增加多个导流片以及设计导流片的布局及倾斜角度来增加流体在旋流气浮装置中的旋流强度。

常规的旋流气浮装置主要包括罐体、稳流筒、切向入口管、排油口、排水口、导流片、(或导流喷嘴)等部分组成，虽然大量的研究者已经在常规的旋流气浮装置的基础上进行了升级优化，但工作原理大致相同，其工作原理为在设备入口管线导入气体(油田常用天然气或氮气)，使水中产生大量的微气泡，以形成水、气及被去除物质的三相混合体，在界面张力、微气泡浮力和静水压力差等多种力的共同作用下，促进微气泡黏附在微小的油滴上，形成密度低于水的混合物，从而强制上浮到污水表面。含油污水从切向入口管进入罐内，在入口螺旋导片的引导下形成较为柔和的旋流运动，离心加速度一般为重力加速度的8-10倍。与此同时，由于流体流速升高致使流体压力下降，含油污水中的残留的部分溶解气以气泡的形式释放出来。但从目前申请的专利及相关实验情况来看，表现出来的问题是旋流气浮针对不同油田的采出水的处理效果不同，装置的适应性较差，甚至有的旋流气浮装置只适合在轻质油田的含油污水处理中应用，在重质油田的含油污水处理中表现的效果并不良好，这样大大的缩减了旋流气浮装置的应用市场，同时也降低了装置的竞争力。

旋流气浮装置主要借助离心力和气泡的浮力来实现油水分离，只有气泡与油滴有效的接触才能完成油滴向稳流筒外壁聚集并上浮的过程。韩严和等人通过研究发现，在旋流气浮工艺中，影响分离效率的因素主要包括物性参数、运行参数和结构参数。影响总碰撞效率的物性参数主要有分散相颗粒/油滴直径、分散相颗粒/油滴密度及介质水的温度，运行参数主要有气泡直径和切向入口管速度，结构参数主要为等效旋转直径。碰撞效率随切向速度增大而增大、随旋流器直径增大而降低。但当切向速度增大到一定程度时，由于湍流产生的剪切力增大，粘附效率和粘附稳定效率将降低，从而影响最终的分离效率；旋流器直径方面也存在一个最佳值，这主要是实际过程中旋流器直径不能太小，太小会使过于剧烈而不利于气浮分离效果。针对不同地区，不同油田的含油污水，其物性参数不同，这是难以改变的事实，而运行参数和结构参数可以通过改变装置的结构来实现。

发明内容