專利名稱：動態(tài)氣浮油水分離裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種將油水二相混合液進行分離的裝置和方法，特別是針對含油污 水的后期處理工藝，適用于陸上及海上采油平臺的污水處理等領域。
背景技術：
在石化、環(huán)保等領域，油水分離設備是重要生產(chǎn)設備。分離技術對行業(yè)發(fā)展至 關重要。目前陸上及海上油田，隨著開采的延續(xù)，油井的出水率越來越高。污水處理量 的不斷增長以及環(huán)保標準的不斷提高，對原有油田設計的污水處理工藝提出嚴峻挑戰(zhàn)，對于含油污水的處理，特別是對含油率在5%甚至以下低含油污水的處理， 傳統(tǒng)的重力沉降方法在處理速度和效果上已不適合。而采用過濾方法，如工程兵工程學 院申請的“油水分離型過濾器的分離機理及其結(jié)構(gòu)”的專利，該專利的特點是采用了親 水材料纖維絲的表面親和作用，吸附懸浮在油中的水分微粒，并使極細微的水顆粒粗大 化。然后再通過親油性纖維層，使油液通過，而水分受到阻擋，并進一步粗大化。中國 船舶工業(yè)總公司第九設計研究院申請的“陸用油水分離裝置”的專利，該專利的特點是 具有粗分離單元、細分離單元和深度分離單元，并且引入液-固界面特性效應而利用如 PP-U PP-2材料的特效分離作用及各分離單元的協(xié)同作用，使明顯提高油水分離性能， 其分離后的水含量達到和超過國際規(guī)定標準。以及中科院生態(tài)環(huán)境研究中心申請的“油 水分離裝置”專利，該專利的特點是采用膜滲透蒸發(fā)、離心、抽吸和負壓清洗等技術結(jié) 合起來的油水分離裝置，油水混合液在泵的驅(qū)動下流經(jīng)螺旋狀盤繞的親水性中空纖維， 由壓力、離心及抽吸等作用使油水分離，由閥門轉(zhuǎn)換還可以實現(xiàn)膜的負壓清洗。過濾技 術均需要活性碳或其它形式的過濾介質(zhì)，一方面增加了分離成本，另外一方面需要定期 更換或清洗介質(zhì)，不能長時間連續(xù)運行。而采用化學破乳的方法，通過針對性的選擇破乳劑，盡管可以達到不錯的效 果，但一方面成本較高，另一方面會造成額外污染，特別對于排海污水的處理，應該更 加謹慎?，F(xiàn)有技術中，例如專利02231992.1中所限定的高效含油污水處理沉降分離裝 置，其氣浮處理方式是在一個密閉的罐體中進行。因而占地面積大，生產(chǎn)效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對以上處理方法的不足，提出的一種帶有氣浮裝置的梯型管 油水分離方法。采用重力和壁面吸附復合原理，其核心分離裝置是梯型管和氣泡發(fā)生 器。該裝置和方法是一種提高分離效率，改進分離技術，減輕分離器重量的有效途徑， 具備動態(tài)高效處理的特點，有很好的工業(yè)應用前景。本發(fā)明的目的還在于提供一種能夠應用在陸上及海上采油平臺的油水分離裝 置，該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小，處理量大，采用標準接口，易與其它分離裝置或方 法結(jié)合組成復合式分離裝置或方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種動態(tài)氣浮油水分離裝置，該裝置包括梯型管、氣浮裝置和測量與控制裝 置，所述氣浮裝置與梯形管連接，向梯形管內(nèi)提供氣泡。測量與控制裝置與梯形管相 連，用來測量由梯形管流出的液體的流量。進一步，所述梯形管包括，一根下水平管，一根上水平管和若干聯(lián)通上、下水 平管的垂直管；所述上水平管一端為盲端，另一端為廢油出口；所述下水平管一端為液 體入口，另一端為液體出口，下水平管上還設置有氣泡發(fā)生器接口，用于連接所述氣泡 發(fā)生器；所述垂直管等距的設置在上水平管和下水平管之間，并與上下水平管垂直。進一步，所述下水平管的液體入口和液體出口處均設置有球閥和壓力變送器來 控制和測量通過該處的液體流量。進一步，所述氣浮裝置包括一根進氣管，若干支管和若干氣泡發(fā)生器；所述進 氣管與所述支管連接，每跟支管上均設置有氣泡發(fā)生器，支管的一端與梯形管中的下水 平管上設置的氣泡發(fā)生器接口相連接。進一步，所述氣泡發(fā)生器包括，外殼，安裝在外殼內(nèi)的上、下支架和設置在所 述上、下支架之間的納米膜。進一步，在上、下納米膜支架上均設置直徑為8_12mm的通孔25-40個。進一步，在所述支管上靠近氣源端連接有球閥和氣體流量計，對每個氣泡發(fā)生 器的氣路的氣體流量可以進行分別測量和控制。進一步，所述氣浮裝置所用氣源為惰性氣體。進一步，所述測量與控制裝置設置包括止回閥、電動閥、壓力變送器及管線， 所述止回閥、電動閥壓力變送器均設置在所述管線上；止回閥的作用為防止液體回流； 壓力變送器的作用為測定廢油出口處的液流流量；電動閥的作用為控制廢油出口處的液 流流量；所述管線與所述上水平管的廢油出口相連。一種動態(tài)氣浮油水分離方法，包括以下步驟1、含油濃度在5%以下的污水，以設定的流量，進入梯型管分離裝置；2、在梯型管下水平管11中流動的油水混合物流速降到0.15m/s左右，在流動過 程中，逐漸形成分層流動；3、在重力和浮力作用下，較輕的油團不斷通過垂直管，向上水平管匯聚，而在 上水平管流動的水有一部分沉降到下水平管中；4、開啟氣浮裝置，氮氣或天然氣等惰性氣體通過進氣管進入各支管，調(diào)節(jié)球 閥，使各支管氣體流量均衡，氣體在氣泡發(fā)生器中，通過納米膜的作用，產(chǎn)生微小的氣 泡；5氣泡通過梯型管的接口進入梯型管中下水平管，氣泡在流動與上浮過程中，與 污水內(nèi)的游離狀態(tài)下的小油滴碰撞，在表面張力的作用下，油滴被吸附在氣泡壁面，并 在氣泡的帶動下，快速上浮，通過垂直管進入上水平管富集；6在上水平管中聚集的高含油污水，通過管線被引入其它油水分離設備進行最后 的分離，例如電脫水器；7在電動閥、壓力變送器的控制下，上水平管出口流量被控制在梯形管液體入口 流量的10-20%左右；
8整個處理過程是在流動中進行，經(jīng)過本裝置處理后的外排污水，其含油率由原 液中的5%左右降至排出液中的20ppm以下。與現(xiàn)有技術相比本專利中所限定的裝置和方法中的氣浮除油過程是在管道流動 中動態(tài)進行的，本發(fā)明利用氣泡的吸附作用，在流動的狀態(tài)下，將游離于水中的油滴吸 引并聚集于氣泡表面，在浮力作用下，加速其上浮，從而達到快速油水分離目的。進出 口采用標準形式，易于其它分離裝置或處理工藝進行組合，克服了采用重力處理的效率 低下問題，避免了過濾處理需要更換吸附介質(zhì)或反沖洗造成的非連續(xù)運行，也不存在化 學破乳造成的二次污染及成本問題。對比其它氣浮技術，本分離方法是在管道流動過程 中進行的動態(tài)分離，從而具有設備體積小巧和高效的優(yōu)勢。本分離方法是一種提高分 離效率，改進分離技術，減輕分離器重量的有效途徑，既適合陸上油田，也適應海上油 田，有很好的工業(yè)應用前景。


圖1為動態(tài)氣浮油水分離裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為氣泡發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2中A-A剖面圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供的用于在陸上處理站及海上采油平臺的動態(tài)氣浮油水分離裝置，如 圖1所示，該裝置包括梯型管10以及氣浮裝置20組成，除以上核心分離裝置外，還包括 與之配套的測量與控制裝置50。梯形管10包括一根下水平管11，上一根水平管13和若干聯(lián)通上下水平管垂直 管12;上水平管11與下水平管13相互平行，垂直管12等間距的設置在下水平管11與上 水平管13之間，并垂直于上、下水平管；垂直管的管徑小于上、下水平管，其與上、下 水平管的接口方式類似于異徑三通。下水平管11 一端為液體入口，在入口處設置電動閥 75和壓力變送器71，電動閥75和壓力變送器71的作用為為用來測量和控制液體的入 口流量。下水平管11的另一端為排液口，并在排液口出設置球閥85和壓力變送器86; 用來測定和控制排液口的液體流量；排液口可與其它處理裝置連接或?qū)⒔?jīng)分離后的液體 直接排放出去。在下水管11上還設置有若干個氣浮接口 14，用于連接氣浮裝置20，氣 浮接口 14在下水管上的位置為垂直管12與下水平管11接口的對應面，其數(shù)量與垂直 管的數(shù)量相同。上水平管13—端為盲端，另外一端為出油口，出油口與測控裝置50相 連，并通過測控裝置50測定出油口出的廢油流量。出油口也可連接至電脫水器等原油脫 水設備，以便于對廢油進行進一步加工。氣浮裝置由進氣管21，支管22，氣泡發(fā)生器23構(gòu)成。進氣管上等距設置有支 管22，在每個支管22上均設置有氣泡發(fā)生器，設定，靠近氣源端為氣泡發(fā)生器的前端， 氣泡發(fā)生器23前端的管線上連接有球閥97和氣體流量計98，對每個氣泡發(fā)生器23的氣 路的氣體流量可以進行分別測量和控制。氣泡發(fā)生器23出口通過標準法蘭口與氣浮接口 14連接。氣浮裝置的氣源為惰性氣體。如圖2所示，氣泡發(fā)生器包括，外殼27，氣泡發(fā)生器23的外殼27中安裝有納米膜24和用來支撐納米膜的上、下納米膜支架25、26，上、下納米膜支架25、26的形狀與 外殼27的形狀相匹配，在上下納米膜支架上加工有直徑為8-12mm的通孔25-40個。氣 泡發(fā)生器的外殼27內(nèi)壁設有3-4條限位槽，在圓形納米膜支架25、26上加工有限位腳， 通過槽與腳的過盈配合將上、下納米膜支架25、26固定設置在外殼27中，上下納米膜 支架可保護納米膜，使納米膜在氣壓及水壓下的相互作用下不易破裂。氣泡發(fā)生器裝配 后，上、下納米膜支架上的孔構(gòu)成相應的通孔，使由氣源端進入的氣體可順利通過納米 膜，形成微小氣泡。氣泡發(fā)生器下端通過變徑加法蘭形式與支氣管22連接，上端通過標 準法蘭形式與氣浮接口 14連接；由氣泡發(fā)生器中產(chǎn)生的微笑氣泡通過氣浮接口 14進入下 水平管11的油水混和液中。測控裝置50由止回閥56、電動閥55、壓力變送器51及管線組成，用來測量梯 型管上水平管13的出口流量，按梯型管10的入口流量的相應比例控制，保證經(jīng)梯型管分 離后的大部分高含油液體經(jīng)此方向排出。上述裝置可采用如下尺寸設計制作，梯型管上水平管13與下水平管11的管徑均 為400mm，垂直管12管徑為300mm，高度1500mm，間距2000m，共8根，垂直管12與 水平管11、13的連接采用垂直T型三通連接。氣浮裝置20的進氣管21直徑為50mm， 支氣管22的直徑為50mm，氣泡發(fā)生器的內(nèi)徑為100mm。根據(jù)規(guī)模的油水多相分離裝置，日處理液量為10萬桶，約1.4萬m3由測控裝 置50、70、80組成閉環(huán)控制裝置，保證將梯型管上水平管13出油口流量控制在下水平 管10的液體入口處流量的10-30%，氣浮裝置流量控制在2-20m7h，以保證最佳的除 油效果。如原液中含油濃度在5000ppm左右時，經(jīng)此裝置處理后的廢水中含油率小于 2 Oppm ο使用動態(tài)氣浮油水分離裝置對油水混合液進行分離的方法，包括以下步驟1含油濃度在5%以下的污水，以150m3/h的流量，經(jīng)電動閥75和壓力變送器71 后進入梯型管分離裝置10 ；壓力變送器71用來采集入口壓力信號，為75進行流量調(diào)節(jié) 提供必要在數(shù)據(jù)；2在梯型管下水平管11中流動的油水混合物流速降到0.15m/s左右，在流動過程 中，逐漸形成分層流動；3在重力和浮力作用下，較輕的油團不斷通過垂直管12，向上水平管13匯聚， 而在上水平管13流動的水有一部分沉降到下水平管11中；4開啟氣浮裝置20 (氣泡發(fā)生裝置)，氮氣或天然氣等惰性氣體通過21進入各支 管22，調(diào)節(jié)球閥27，使各支管氣體流量均衡，氣體在氣泡發(fā)生器23中，通過納米膜24 的作用，產(chǎn)生微小的氣泡；5氣泡通過梯型管的接口 14進入梯型管中下水平管11，氣泡在流動與上浮過程 中，與污水內(nèi)的游離狀態(tài)下的小油滴碰撞，在表面張力的作用下，油滴被吸附在氣泡壁 面，并在氣泡的帶動下，快速上浮，通過垂直管12進入上水平管13富集；6在上水平管13中聚集的高含油污水，通過管線被引入其它油水分離設備進行 最后的分離，例如電脫水器；7電動閥55、壓力變送器51的控制下，13出口流量被控制在10總?cè)肟诹髁康?10-20%左右；設置在55與13之間的止回閥56為了防止液體回流；
8整個處理過程是在流動中進行，經(jīng)過本裝置處理后的外排污水，其含油率由原 液中的5%左右降至排出液中的20ppm以下，達到國家污水排放標準。
權利要求
1.一種動態(tài)氣浮油水分離裝置，其特征為，該裝置包括梯型管、氣浮裝置和測量與 控制裝置，所述氣浮裝置與梯形管連接，向梯形管內(nèi)提供氣泡；測量與控制裝置與梯形 管相連，用來測量由梯形管流出的液體的流量。
2.根據(jù)權利要求1中所述油水分離裝置，其特征為，所述梯形管包括，一根下水平 管，一根上水平管和若干聯(lián)通上、下水平管的垂直管；所述上水平管一端為盲端，另一 端為廢油出口；所述下水平管一端為液體入口，另一端為液體出口，下水平管上還設置 有氣泡發(fā)生器接口，用于連接所述氣泡發(fā)生器；所述垂直管等距的設置在上水平管和下 水平管之間，并與上下水平管垂直。
3.根據(jù)權利要求2中所述油水分離裝置，其特征為，所述下水平管的液體入口和液體 出口處均設置有球閥和壓力變送器來控制和測量通過該處的液體流量。
4.根據(jù)權利要求1中所述油水分離裝置，其特征為，所述氣浮裝置包括一根進氣管， 若干支管和若干氣泡發(fā)生器；所述進氣管與所述支管連接，每跟支管上均設置有氣泡發(fā) 生器，支管的一端與梯形管中的下水平管上設置的氣泡發(fā)生器接口相連接。
5.根據(jù)權利要求4中所述油水分離裝置，其特征為，所述氣泡發(fā)生器包括，外殼，安 裝在外殼內(nèi)的上、下支架和設置在所述上、下支架之間的納米膜。
6.根據(jù)權利要求7中所述油水分離裝置，其特征為，在上、下納米膜支架上均設置直 徑為8-12mm的通孔25-40個。
7.根據(jù)權利要求4中所述油水分離裝置，其特征為，在所述支管上靠近氣源端連接有 球閥和氣體流量計，對每個氣泡發(fā)生器的氣路的氣體流量可以進行分別測量和控制。
8.根據(jù)前述任一權利要求中所述油水分離裝置，其特征為，所述氣浮裝置所用氣源 為惰性氣體。
9.根據(jù)權利要求2中所述油水分離裝置，其特征為，所述測量與控制裝置設置包括 止回閥、電動閥、壓力變送器及管線，所述止回閥、電動閥壓力變送器均設置在所述管 線上，；止回閥的作用為防止液體回流；壓力變送器的作用為測定廢油出口處的液流流 量；電動閥的作用為控制廢油出口處的液流流量；所述管線與所述上水平管的廢油出口 相連。
10.—種動態(tài)氣浮油水分離方法，其特征為，包括以下步驟－1、含油濃度在5%以下的污水，以設定的流量，進入梯型管分離裝置；－2、在梯型管下水平管11中流動的油水混合物流速降到0.15m/s左右，在流動過程 中，逐漸形成分層流動；－3、在重力和浮力作用下，較輕的油團不斷通過垂直管，向上水平管匯聚，而在上水 平管流動的水有一部分沉降到下水平管中；－4、開啟氣浮裝置，氮氣或天然氣等惰性氣體通過進氣管進入各支管，調(diào)節(jié)球閥，使 各支管氣體流量均衡，氣體在氣泡發(fā)生器中，通過納米膜的作用，產(chǎn)生微小的氣泡；－5氣泡通過梯型管的接口進入梯型管中下水平管，氣泡在流動與上浮過程中，與污水 內(nèi)的游離狀態(tài)下的小油滴碰撞，在表面張力的作用下，油滴被吸附在氣泡壁面，并在氣 泡的帶動下，快速上浮，通過垂直管進入上水平管富集；6在上水平管中聚集的高含油污水，通過管線被引入其它油水分離設備進行最后的分 離，例如電脫水器；7在電動閥、壓力變送器的控制下，上水平管出口流量被控制在梯形管液體入口流量 的10-20%左右； 8整個處理過程是在流動中進行，經(jīng)過本裝置處理后的外排污水，其含油率由原液中 的5%左右降至排出液中的20ppm以下。
全文摘要
本發(fā)明為一種動態(tài)氣浮油水分離裝置該裝置包括梯型管、氣浮裝置和測量與控制裝置，所述氣浮裝置與梯形管連接，向梯形管內(nèi)提供氣泡。測量與控制裝置與梯形管相連，用來測量由梯形管流出的液體的流量。本發(fā)明還包括使用該裝置分離油水混合物的方法。
文檔編號C02F1/24GK102010021SQ201010232658
公開日2011年4月13日 申請日期2010年7月21日 優(yōu)先權日2010年5月12日
發(fā)明者劉海飛, 吳應湘, 張軍, 楊云, 羅東紅, 許晶禹, 鄧曉輝, 魏叢達 申請人:中國科學院力學研究所, 中海石油(中國)有限公司深圳分公司