新型三相離心機處理油田干化池含油廢水的研究

作者: 2013年07月22日 來源: 瀏覽量:
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摘要:設(shè)計開發(fā)了犅犓犇1000新型三相離心機用于油田干化池含油廢水中油的回收。工業(yè)試驗結(jié)果表明:油田干化池的含油廢水經(jīng)犅犓犇1000三相離心機分離后,油中含水率降至3.56%,油的回收率達(dá)到85.
摘要:設(shè)計開發(fā)了犅犓犇1000新型三相離心機用于油田干化池含油廢水中油的回收。工業(yè)試驗結(jié)果表明:油田干化池的含油廢水經(jīng)犅犓犇1000三相離心機分離后,油中含水率降至3.56%,油的回收率達(dá)到85.26%,排渣體積分?jǐn)?shù)達(dá)到62.18%,為油田干化池含油廢水中油的回收提供了理想的設(shè)備。
  關(guān)鍵詞:離心機 含油廢水 廢水處理 離心分離
 ?。啊∫?BR>  含乳化油的油水分離是當(dāng)前的熱點課題。油水分離是一個負(fù)熵過程[1],必須加入能量。目前最常用的重力沉降池和離心設(shè)備都是利用油水間的密度差對其進(jìn)行分離的[2]。重力式油水分離器已得到廣泛應(yīng)用,有多種類型,但處理能力低、設(shè)備占地面積大[3]。離心分離法常用的設(shè)備有水力旋流器和離心分離機[4]。工業(yè)用離心分離機主要分為立式和臥式兩種,其中又以臥式離心機為主。在現(xiàn)有的離心機設(shè)計中,離心力場由旋轉(zhuǎn)的碟片產(chǎn)生,流體的旋轉(zhuǎn)速度取決于流體與碟片之間的摩擦阻力,流體的旋轉(zhuǎn)速度滯后于碟片,因此用于分離的離心加速度遠(yuǎn)低于碟片的離心加速度[5]。本文設(shè)計開發(fā)了一種新型三相離心機用于油田干化池含油廢水中油的回收,并進(jìn)行了工業(yè)試驗。
  1 基本結(jié)構(gòu)及主要設(shè)計參數(shù)
  設(shè)計的三相離心機采用流體與分離部件同步旋轉(zhuǎn)的方法,流體獲得的離心加速度與主軸的轉(zhuǎn)速同步,物料從中空軸給入,通過分配圓管進(jìn)入分離空間,輕重物料分別通過底部不同位置的噴嘴排出,進(jìn)入各自的接料槽,完成分離過程。犅犓犇1000新型三相離心機的基本結(jié)構(gòu)見圖1。其由進(jìn)料系統(tǒng)、料漿分配系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、接料系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。
    (1)進(jìn)料系統(tǒng)由靜止的進(jìn)油接管、軸承、旋轉(zhuǎn)中空軸等部件組成。由于中空軸必須旋轉(zhuǎn),而進(jìn)料的外部系統(tǒng)固定不動,因此采用軸承過渡。
    (2)料漿分配系統(tǒng)由16個分配圓管組成,分為上下兩層,每層8個。分配圓管固定在中空軸上。通過圓管,待分離的物料均勻分配到各分離單元中。
    (3)分離系統(tǒng)由上至下共8層,每層分為8個扇形單元,總計64個扇形單元。上層粗分離物料通過層間底部圓孔進(jìn)入下層再次分離,如此形成多次分離,提高了分離精度。
    (4)接料系統(tǒng)由固定在支撐底盤上的環(huán)形料槽以及旋轉(zhuǎn)筒底部的噴嘴組成。噴嘴安裝在旋轉(zhuǎn)筒底盤,沿徑向分為3圈,每圈8個。最里圈為出油嘴,中間為出水嘴,最外圈為出渣嘴。
    (5)支撐系統(tǒng)由上下支撐圓盤、固定外圓筒、軸承座、支腿等組成。
    (6)傳動系統(tǒng)由電機、皮帶輪、中空軸等組成。
    (7)潤滑系統(tǒng)由潤滑油箱、潤滑油泵等組成,采用強制潤滑。
    (8)控制系統(tǒng)采用變頻器控制。
    電機帶動中空軸旋轉(zhuǎn),分配系統(tǒng)、分離系統(tǒng)與主軸一起旋轉(zhuǎn),物料從中空軸給入,通過分配圓管進(jìn)入分離空間,輕重物料分別通過底部不同位置的噴嘴排出,進(jìn)入各自的接料槽,完成分離過程。
    離心機的處理能力犙犳=10m3/h,依據(jù)對油田現(xiàn)場干化池含油廢水的實驗室研究結(jié)果,設(shè)計離心機的最高轉(zhuǎn)速為1500r/min,離心半徑為0.5m,最大離心因數(shù)為1245,分離區(qū)容積犞=0.5m3。
    2 工業(yè)試驗
    工業(yè)試驗是在油田現(xiàn)場進(jìn)行的,處理對象為干化池的含油廢水,從干化池取出的樣品,用LD--40實驗室離心機在2000r/min下離心處理10min,樣品在離心管里分為3層,上層為油,中間為水,下層為半固態(tài)沉積物(固形物)。經(jīng)檢測,油、水、渣體積含量分別約為20%、70%、10%。
    2.1 試驗系統(tǒng)
    試驗系統(tǒng)由膠泵、流量調(diào)節(jié)閥、回流閥、過濾器、流量計、熱水清洗閥、BKD--1000三相立式離心機、變頻調(diào)速器等組成,設(shè)備連接見圖2。
    離心機的轉(zhuǎn)速由變頻器控制,調(diào)節(jié)頻率0~50Hz,相應(yīng)轉(zhuǎn)速0~1500r/min,進(jìn)入離心機的含油廢水流量由回流閥和流量調(diào)節(jié)閥聯(lián)合控制,瞬時流量由流量計監(jiān)視。膠泵流量40m3/h,揚程40m。
    2.2 轉(zhuǎn)速試驗
    離心機的兩個主要參數(shù)流量和轉(zhuǎn)速可以在控制過程中靈活調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)速可以通過變頻器無級調(diào)節(jié),流量通過調(diào)節(jié)閥、回流閥調(diào)節(jié),流量計顯示瞬時讀數(shù)。固定油、水、渣噴嘴尺寸分別為10mm、3mm、1mm不變,考察5m3/h和8m3/h流量下,離心機轉(zhuǎn)速與油、水、渣流量分配比、出水含油率、出油含水率及出渣體積分?jǐn)?shù)的變化關(guān)系,試驗結(jié)果見表1和表2。
    當(dāng)轉(zhuǎn)速超過1200r/min時,由于現(xiàn)場基礎(chǔ)水平。度不高,造成離心機在運行時不夠平穩(wěn),因而沒進(jìn)行1500r/min的轉(zhuǎn)速試驗,考慮到轉(zhuǎn)速和各出料口流量的關(guān)系,試驗最大流量取8m3/h。
              
    根據(jù)表1和表2可以分析出相同流量下不同轉(zhuǎn)速流場指標(biāo)的變化情況以及相同轉(zhuǎn)速下不同流量流場指標(biāo)的變化情況。
    (1)出流分配比的變化規(guī)律:在固定給料流量時,隨著轉(zhuǎn)速的增加,出渣流量逐漸增加,離心機的排料在徑向是由外到內(nèi)完成的,首先滿足出渣口的最大排料量,然后是排水量,最后是排油量,且各出料口流量變化規(guī)律的試驗結(jié)果與理論計算基本吻合,這也證實了該離心機設(shè)計理念的正確性。當(dāng)噴嘴尺寸一定時,離心機的最大出料量取決于轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)速越大,出料量越大。
    (2)出渣體積分?jǐn)?shù)的變化規(guī)律:在不同給料流量下,出渣體積分?jǐn)?shù)隨轉(zhuǎn)速的增加均呈上升趨勢,這是由于隨著轉(zhuǎn)速的增加,物料所受到的離心力越大,油、水、渣三相分離速度越快,出渣體積分?jǐn)?shù)也就越高。在轉(zhuǎn)速相同時,給料量越大,出渣體積分?jǐn)?shù)越高。
    (3)出水含油率的變化規(guī)律:不同流量下,隨轉(zhuǎn)速的增加,出水含油率均呈先下降后上升的趨勢,這是因為在特定的給料流量下,當(dāng)轉(zhuǎn)速超過某一極限時,出水噴嘴流量增加過大造成油進(jìn)入水中引起含油率上升??梢姡谝欢ǖ牧髁肯?,要獲得較理想的分離指標(biāo),須選擇合適的轉(zhuǎn)速和噴嘴尺寸。從試驗可以看出,當(dāng)流量為8m3/h時,轉(zhuǎn)速為900r/min較適宜,此時噴嘴尺寸與轉(zhuǎn)速比例合適,油、水、渣分離指標(biāo)較理想,試驗結(jié)果與理論分析計算基本吻合。
    (4)出油含水率的變化規(guī)律:不同流量下,隨轉(zhuǎn)速增加,油中含水率呈下降趨勢,這是因為轉(zhuǎn)速越高,油水所受離心力越大,離心沉降速度越快,分離效果越好。在相同轉(zhuǎn)速下,流量越小,離心停留時間越長,油中含水率越低。在流量一定時,轉(zhuǎn)速過高,會造成油從水嘴排出。只有選擇合適的噴嘴尺寸和轉(zhuǎn)速,才能達(dá)到油、水、渣三相的有效分離。對于試驗給定的噴嘴尺寸條件,處理量達(dá)到8m3/h時,在轉(zhuǎn)速達(dá)900r/min后,分離效果較好,若進(jìn)一步增加轉(zhuǎn)速,雖然油中含水率還有所降低,但會使部分油混入水中,造成油的回收率下降。綜合考慮油中含水率及油的回收率的指標(biāo),選擇900r/min較適宜。
    2.3 噴嘴尺寸試驗
    離心機的處理量、分離效果和噴嘴尺寸緊密相關(guān),在給定的處理量下,提高離心轉(zhuǎn)速可強化分離效果,但在設(shè)計的離心轉(zhuǎn)速下,只有當(dāng)噴嘴尺寸和此時的離心轉(zhuǎn)速相匹配時,才會獲得良好的分離效果。因此,在固定離心轉(zhuǎn)速900r/min的條件下,考察了處理量為8m3/h時,分離指標(biāo)和噴嘴尺寸的比例關(guān)系。油、水、渣排料過程的理論分析和2.2的試驗結(jié)果均表明,離心機的排料過程在徑向是由外向內(nèi)逐漸過渡的,因此,排油噴嘴的尺寸可固定為10mm,使進(jìn)入油區(qū)的油能夠及時排出即可。試驗中先固定排水噴嘴的尺寸,改變排渣噴嘴的尺寸,在確定排渣噴嘴尺寸后再改變排水噴嘴的尺寸以獲得最佳分離效果。試驗結(jié)果見表3、表4。
    由表3可見,隨著噴嘴直徑的增大,排渣體積分?jǐn)?shù)下降,渣的去除率提高。因此,綜合考慮排渣體積分?jǐn)?shù)和渣的去除率兩個指標(biāo),給料流量為8m3/h時,選擇直徑為1.2mm的排渣噴嘴較適宜。
               
               
    由表4可見,隨著排水噴嘴直徑的增大,水中含油率上升,部分油混入水中;噴嘴直徑太小,部分水混入油中,油中含水率上升。因此,綜合考慮油中含水率及油的回收率兩個指標(biāo),給料流量為8m3/h時,選擇直徑為3mm的排水噴嘴較適宜。
    2.4 工業(yè)穩(wěn)定運行試驗
    在工業(yè)條件試驗的基礎(chǔ)上,確定犅犓犇1000三相立式離心機工業(yè)穩(wěn)定運行的處理量為8m3/h,轉(zhuǎn)速為900r/min,油、水、渣噴嘴直徑分別為10mm、3mm、1.2mm,離心時間為3.75min,按圖2所示的流程,穩(wěn)定連續(xù)運行72h,共取樣8批,每批取樣3次合并。試驗結(jié)果見表5。
                
      工業(yè)穩(wěn)定試驗設(shè)備運行平穩(wěn),物料進(jìn)出流暢,油、水、渣三相分離良好,油田干化池的含油廢水經(jīng)離心機分離后,獲得了較為理想的工業(yè)試驗指標(biāo),油中含水率降至3.56%,油的回收率達(dá)到85.26%,排渣體積分?jǐn)?shù)達(dá)到62.18%,達(dá)到了現(xiàn)場提出的工業(yè)試驗要求。存在的不足是,由于設(shè)備基礎(chǔ)水平度不高,進(jìn)一步提高離心轉(zhuǎn)速,設(shè)備振動較大,因而限制了該機的處理量,同時技術(shù)指標(biāo)也受到了一定的影響。
    3 結(jié)論
    (1)BKD--1000三相離心機可用于含油廢水的油、水、渣三相分離,但需針對具體的物料合理匹配離心轉(zhuǎn)速和各噴嘴尺寸的大小。
    (2)工業(yè)試驗表明:油田干化池的含油廢水經(jīng)犅犓犇1000三相離心機分離后,油中含水率降至3.56%,油的回收率達(dá)到85.26%,排渣體積分?jǐn)?shù)達(dá)到62.18%。
    (3)BKD--1000三相離心機設(shè)備運行良好,出流順暢,油、水、渣在徑向三相分層明顯,分離指標(biāo)較好,可有效回收油田干化池含油廢水中的原油,工業(yè)應(yīng)用前景良好。
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