本發(fā)明涉及實驗裝置，尤其涉及一種用于測試開排沉箱內(nèi)油水分離及傳熱性能的實驗裝置及實驗方法。屬于海洋石油工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

開排沉箱是海上平臺上生產(chǎn)污水、生活污水及甲板雨水的排海通道，作為處理含油污水的最末一級重要過程設(shè)備，以其結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、處理量大等優(yōu)點被越來越廣泛地應(yīng)用到海上平臺。其中，又以斜板式開排沉箱應(yīng)用最廣。它通過構(gòu)造流動靜態(tài)區(qū)能有效的去除污水中含有的油滴等雜質(zhì)，對保障清潔海洋油氣生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。但是，由于開排沉箱置于海水這種惡劣腐蝕環(huán)境中，其處理的熱流體與海水存在的溫差會加劇腐蝕。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺點，而提供一種開排沉箱內(nèi)油水分離及傳熱性能的實驗裝置及實驗方法，其不僅能夠改變?nèi)肟诹髁?、溫度和含油濃度，解決了全面測試現(xiàn)役開排沉箱的分離性能及操作彈性問題；而且，還能夠通過測試開排沉箱內(nèi)部油水兩相的分離情況，找到其軸向分布規(guī)律，對今后開排沉箱內(nèi)部斜板布置及其他結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計提供參考依據(jù)；同時，通過測試開排沉箱內(nèi)傳熱溫度場的分布，找到其沿軸向的內(nèi)外溫差分布規(guī)律，為開排沉箱的整體防腐設(shè)計，提供了參考依據(jù)。

本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種開排沉箱內(nèi)油水分離及傳熱性能的實驗裝置，其特征在于：包括：開排沉箱模型、設(shè)置在開排沉箱模型內(nèi)的冷卻水罐、設(shè)置在開排沉箱模型內(nèi)的進料管；其中，冷卻水罐的底部封頭與排水接管相連接，冷卻水罐的內(nèi)腔通過排水接管與流量計相連通，流量計通過管路依次與加熱箱、攪拌桶、離心泵相串聯(lián)；離心泵的出料口與進料管相連通。

所述開排沉箱模型由數(shù)級分離單元組成，分離單元主要由斜板、升油管和箱體組成，其中，斜板的一側(cè)與箱體相固接；升油管的底端固接于斜板上；箱體上固定設(shè)置有與箱體內(nèi)腔相連通，且穿過冷卻水罐壁體的取樣管及測溫管；開排沉箱模型與冷卻水罐為同軸線設(shè)置。

所述攪拌桶為變速攪拌桶；加熱箱為控恒溫加熱箱。

所述冷卻水罐上設(shè)有用于循環(huán)冷卻水的進水閥和排水閥，冷卻水罐的上部設(shè)置有液位計；通過控制冷卻水進出量來達(dá)到模擬具有一定環(huán)境溫度和液位的海洋環(huán)境。

所述測溫管的末端上裝有熱電偶，熱電偶的探頭延伸至開排沉箱模型的內(nèi)部，通過連接溫控儀，即可測定開排沉箱沿軸向的各測點溫度分布。

所述開排沉箱模型內(nèi)與取樣口流速一致，取樣口上裝有取樣針閥。

所述離心泵為變頻式，離心泵的出口分為兩路，一路經(jīng)過控制閥和流量計通往開排沉箱模型用于加料，一路經(jīng)過控制閥返回攪拌桶。

一種開排沉箱內(nèi)油水分離及傳熱性能的實驗方法，其特征在于：采用以下實驗步驟：

第一步：根據(jù)液位計所顯示的數(shù)據(jù)對冷卻水罐注入環(huán)境溫度下的涼水，使得開排沉箱模型下部浸入水中，且在實驗過程中，冷卻水罐內(nèi)溫度始終處于環(huán)境溫度；

第二步：將加熱箱內(nèi)的水加熱到設(shè)定的實驗溫度后，通入到攪拌桶內(nèi)，并向攪拌桶內(nèi)添加實驗所需比例的原油，打開攪拌器設(shè)定轉(zhuǎn)速配置，使符合條件的油、水混合成所需要的混合物；

第三步：打開離心泵，調(diào)整相應(yīng)轉(zhuǎn)速，關(guān)閉進料閥，打開回流閥門，使得攪拌桶內(nèi)的油水混合物進一步混合，并通過回流口取樣觀察乳化程度，合格后準(zhǔn)備進料；

第四步：調(diào)整回流閥開度，并打開進料閥，同時打開位于冷卻水罐底部的排水閥，并使排水閥與入口流量一致，以保證冷卻水罐內(nèi)液位不變；并使開排沉箱內(nèi)油水分離及傳熱性能的實驗裝置處于動態(tài)平衡的狀態(tài)；

第五步：對各取樣管按等動原則取得水樣，并進一步進行含油濃度測試，然后，按各取樣管軸向位置繪制開排沉箱模型內(nèi)濃度分布曲線；

第六步：將各測溫口上的的熱電偶接入溫控儀，記錄各點溫度，并同時按照測點軸向位置繪制開排沉箱模型內(nèi)溫度分布曲線；

第七步：關(guān)閉排水閥和進料閥及各加熱動力設(shè)備，整理實驗用品，實驗結(jié)束。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明由于采用上述技術(shù)方案，其不僅能夠改變?nèi)肟诹髁?、溫度和含油濃度，解決了全面測試現(xiàn)役開排沉箱的分離性能及操作彈性問題；而且，還能夠通過測試開排沉箱內(nèi)部油水兩相的分離情況，找到其軸向分布規(guī)律，對今后開排沉箱內(nèi)部斜板布置及其他結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計提供參考依據(jù)；同時，通過測試開排沉箱內(nèi)傳熱溫度場的分布，找到其沿軸向的內(nèi)外溫差分布規(guī)律，為開排沉箱的整體防腐設(shè)計，提供了參考依據(jù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明開排沉箱模型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中主要標(biāo)號說明：

1.進料管、2.斜板、3.升油管、4.冷卻水罐、5.開排沉箱模型、6.排水閥、7.進水閥、8.取樣管、9.測溫管、10.流量計、11.加熱箱、12.攪拌桶、13.離心泵。

具體實施方式

如圖1和圖2所示，本發(fā)明包括：開排沉箱模型5、設(shè)置在開排沉箱模型5內(nèi)的冷卻水罐4、設(shè)置在開排沉箱模型5內(nèi)的進料管1；其中，冷卻水罐4的底部封頭通過法蘭與排水接管相連接，冷卻水罐4的內(nèi)腔通過排水接管與流量計10相連通，流量計10通過管路依次與加熱箱11、攪拌桶12、離心泵13相串聯(lián)；離心泵13的出料口與進料管1相連通。

上述加熱箱11為控恒溫加熱箱。

上述冷卻水罐4上設(shè)有用于循環(huán)冷卻水的進水閥7和排水閥6，冷卻水罐4的上部設(shè)置有液位計；通過控制冷卻水進出量來達(dá)到模擬具有一定環(huán)境溫度和液位的海洋環(huán)境。

上述開排沉箱模型5由數(shù)級分離單元組成，分離單元主要由斜板2、升油管3和箱體組成，其中，斜板2的一側(cè)與箱體相固接；升油管3的底端固接于斜板2上；箱體上固定設(shè)置有與箱體內(nèi)腔相連通，且穿過冷卻水罐4壁體的取樣管8及測溫管9；操作人員在外部即可取得開排沉箱模型5內(nèi)部的水樣；開排沉箱模型5與冷卻水罐4為同軸線設(shè)置。

上述測溫管9的末端上裝有熱電偶，熱電偶的探頭延伸至開排沉箱模型5的內(nèi)部，通過連接溫控儀，即可測定開排沉箱沿軸向的各測點溫度分布。

為了調(diào)整取樣口流速與開排沉箱模型5內(nèi)流速一致，以保證流動狀況、含油濃度等與開排沉箱模型5內(nèi)一致，取樣口8上可裝有針閥用以等動取樣。所取得的水樣可使用紫外分光光度計測試其水中含油濃度。

上述離心泵13為變頻式，離心泵13的出口分為兩路，一路經(jīng)過控制閥(本實施例為球閥)和流量計10(本實施例為玻璃轉(zhuǎn)子流量計)通往開排沉箱模型5給其加料，一路經(jīng)過控制閥返回攪拌桶12，目的是可提供更大的流量調(diào)節(jié)范圍，還能對油水進行充分乳化。

上述攪拌桶12為變速攪拌桶。

當(dāng)加熱箱11將進料加熱到指定溫度，攪拌桶12可以通過改變轉(zhuǎn)速以改變油水混合液的乳化程度，在攪拌桶12內(nèi)，可以將加熱箱11中的熱水引入配以一定比例的原油，即可獲得相應(yīng)含油濃度的乳狀液，以模擬實際生產(chǎn)過程中的含油污水；離心泵13用來給整個實驗裝置提供動力，通過改變頻率來改變轉(zhuǎn)速以調(diào)整適當(dāng)?shù)牧髁俊?/p>

本實施例：開排沉箱模型5同軸放置在冷卻水罐4中，依據(jù)流體力學(xué)相似原理，其以海上平臺實際開排沉箱為原型，按照1:10的比例進行縮放，直徑160mm，總高5900mm，其下部5000mm置于水中，冷卻水罐內(nèi)徑800mm，總高7000mm，此內(nèi)部空間可避免對開排沉箱內(nèi)部流場及傳熱造成影響，并由高600mm的裙座固定在地面上。

本發(fā)明采用以下實驗步驟：

第一步：根據(jù)液位計所顯示的數(shù)據(jù)對冷卻水罐4注入環(huán)境溫度下的涼水，使得開排沉箱模型5下部浸入水中，并通過調(diào)節(jié)進水閥7和排水閥6調(diào)整冷卻水處于動態(tài)平衡中，以保證在實驗過程中，開排沉箱模型5通入熱流體后，冷卻水罐4內(nèi)溫度始終處于環(huán)境溫度；

第二步：將加熱箱11內(nèi)的水加熱到設(shè)定的實驗溫度后，通入到攪拌桶12內(nèi)，并向攪拌桶12內(nèi)添加實驗所需比例的原油，打開攪拌器設(shè)定轉(zhuǎn)速配置，使符合條件的油、水混合成所需要的混合物；

第三步：打開離心泵13，調(diào)整相應(yīng)轉(zhuǎn)速，關(guān)閉進料閥，打開回流閥門，使得攪拌桶12內(nèi)的油水混合物進一步混合，并通過回流口取樣觀察乳化程度，合格后即可準(zhǔn)備進料；

第四步：適當(dāng)調(diào)整回流閥開度，并打開進料閥，若有需要還需調(diào)整離心泵13的轉(zhuǎn)速，使進口能穩(wěn)定在實驗所需的流量，此處理流量通過流體力學(xué)相似原理將實際工況處理量按1：1000計算得到；此時，同時打開位于冷卻水罐4底部的排水閥6，并按照流量計所顯示的數(shù)據(jù)調(diào)整，使排水閥6與入口流量一致，以保證冷卻水罐4內(nèi)液位不變，即：開排沉箱內(nèi)油水分離及傳熱性能的實驗裝置處于動態(tài)平衡的狀態(tài)；

第五步：使用取樣瓶對各取樣管按等動原則取得水樣，水樣使用紫外分光光度計進一步進行含油濃度測試，然后，按各取樣管軸向位置繪制開排沉箱模型5內(nèi)濃度分布曲線；

第六步：將各測溫口上的的熱電偶接入溫控儀，記錄各點溫度，并同時按照測點軸向位置繪制開排沉箱模型5內(nèi)溫度分布曲線；

第七步：關(guān)閉排水閥6和進料閥，關(guān)閉各加熱動力設(shè)備，整理實驗用品，實驗結(jié)束。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。