一種含油廢水旋流分離器的設計

孫 山

（阜陽市興華機械裝備有限公司，阜陽 236000）

隨著油田開采年限的增加，油井采出液中含水量百分比不斷提高，同時油田含油廢水的處理效率低，出油含水率高，直接排放不僅會造成能源浪費，還會造成環境的污染。世界各國對于環境保護的力度不斷加強，油田含油廢水的排放標準日益升高，給含油廢水的處理提出了新的挑戰。本文旨在探究一種高效化、一體化的含油廢水處理設備，在對含油廢水處理技術分析的基礎上，揭示油、氣、水的分離機理，結合旋轉離心分離技術和氣浮分離技術，設計一種組合式的旋流氣浮分離器，為油田開發和環境保護提供一定的技術借鑒。

1 油水分離技術簡析

能夠實現含油廢水分離的技術主要有：重力沉降、混凝除油、粗粒化技術、過濾、吸附、膜分離等。重力沉降分離技術利用油的密度和水的密度差異，基于重力的分離設備可以分為重力沉降和波紋板隔油兩類；混凝除油將化學藥品投入含油廢水中，破壞膠體顆粒的穩定性，使廢水中難以沉淀的膠體顆粒聚集，形成大顆粒后沉淀下來；粗粒化技術利用親水親油聚結材料使水中油類物質的濃度達到很低值，從而促進油水分離；過濾技術是含油廢水處理常用的方法，成本低，常采用的有砂濾、核桃殼過濾和混合介質過濾；吸附或膜分離利用親油性材料對廢水中的小分子油進行物理吸附或過濾，實現油水的分離。

2 氣浮理論的油液分離原理

氣浮的效率主要受到氣泡和油滴的接觸效果、附著和包裹作用、低湍流和剪切力、流體狀態、撇油方法和布置等多種因素的影響。氣浮技術實現油水分離的過程主要分為四個階段：微氣泡的產生階段、氣泡和油滴的接觸階段、氣泡和油滴的黏附階段以及氣泡和油滴聚合體的上浮階段。

旋流氣體組合分離器是一種靜態的油、水分離器，裝置中沒有可轉動的構件，能夠可靠、高效地實現油、水的分離。國外對于旋流氣體組合分離器的研究較早，技術先進，具有代表性的有MI-Epcon AS公司研制的緊湊型氣浮裝置（CFU）、美國Natco集團的VersaFlo TM裝置、美國CETCO公司的CrudeSep?裝置、西門子VorsepTM緊湊氣浮系統。國內具有代表性的有充氣旋流器、單錐型充氣水力旋流器、寧波威瑞泰默旋流氣浮裝置。

3 旋流氣浮分離器的設計

旋流氣浮分離器結合了旋流分離技術和氣浮分離技術，流體經過分離器時，在分離器內部機械結構的作用下，水平切線運動轉變為旋流運動，其中密度相對較大的介質會隨著外筒壁面向下運動，密度相對較小的介質會流向中心位置，向上運動。根據氣浮分離的需要，在微氣泡發生器的作用下，含油廢水中加入微氣泡，氣浮和油滴碰撞結合后密度遠小于油滴密度，聚合物向著軸心方向運動。

旋流氣浮分離器的設計需要結合現場的實際使用要求，根據需要處理的液體流量，旋流分離器中流體停留的時間來設計分離器內部的結構，流體在旋流器內停留的時間需要結合重力沉降速度對流場的影響來進行設計。旋流氣浮分離系統主要包括氣液混合泵、回流泵、流量計、液位計、旋流氣浮組合分離裝置、壓力表、連接管線及閥門。旋流氣浮分離器是整個含油廢水處理系統的關鍵設備，主要的機械部件包括豎直圓柱桶、入口導片、內筒、氣浮噴射器等。旋流氣浮分離器的結構設計如圖1所示，主要結構為液體入口、觀察孔、底流出口、底部封頭、水平圓板、圓柱內筒、溢流堰、頂部封頭和溢流口。

圖1 旋流氣浮分離器的結構設計

對于分離器封頭設計來說，橢圓形封頭是壓力容器使用最為廣泛的結構，橢圓形封頭沿著經線各點的應力是變化的，受力最大的點位于圓柱封頭的頂點處，橢圓形封頭可以達到與筒體相等的強度。橢圓封頭的結構設計如圖2所示。橢圓形封頭的計算公式如式（1）所示。

圖2 橢圓封頭的結構設計

式中，δ為封頭壁厚；P為罐體設計壓力；D為罐體的內部直徑；[σ]2為罐體許用壓力；h為封頭的垂直高度；hi為封頭內側高度。

內筒結構設計是非常重要的環節，內筒的高度和直徑對于旋流氣浮分離器的性能具有重要的影響，球冠狀撇油槽的主要作用是裝置內部液位高于撇油槽時，油渣和氣泡的混合物經溢流堰流入內筒中，并且促進氣泡和油滴的碰撞及聚合。球冠狀撇油槽上端面具有橢圓封頭的距離約為50mm，內筒和外筒的直徑比一般為0.3～0.6，本文設計的直徑為外筒直徑的1/3，高度為外筒高度的1/2。內筒結構如圖3所示。

圖3 內筒結構設計

4 結語

本文主要分析了含油廢水的處理方法及旋流氣浮分離原理，結合氣浮理論和旋流分離理論，設計了旋流氣浮分離系統，重點分析了對旋流氣浮分離器的主要機構組成和結構設計。同時，分析并設計了旋流氣浮分離器的內部結構，并結合分離器的使用要求，對橢圓封頭和內筒結構參數進行了詳細設計。