本發(fā)明涉及溢油處理設(shè)備，特別是涉及一種固體渦離心分離設(shè)備及其進(jìn)行溢油撇出物分離的方法，可廣泛用于溢油應(yīng)急處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，溢油事故的應(yīng)急處理工作受到越來越多的關(guān)注。船上在線撇出物油水分離技術(shù)可以大幅度提高撇油船的收油率，是降低溢油后水體污染范圍、保障飲用水安全、對(duì)回收的污染水體進(jìn)行處理與再生利用的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)。受撇出物成分復(fù)雜、物性參數(shù)隨時(shí)間不斷變化、船上空間小、船上缺少專業(yè)操作人員以及外排水含油量要求嚴(yán)格等條件的限制，船用撇出物油水分離技術(shù)的研究進(jìn)展一直較為緩慢。

目前，針對(duì)溢油撇出物特點(diǎn)常采用的分離設(shè)備有水力旋流器和軸向渦流分離器。1991年，美國康菲石油公司首先以Vortoil型水力旋流器為核心分離元件設(shè)計(jì)了世界上首套撇油船用油水分離工藝；2010年，美國EVTN公司設(shè)計(jì)了以軸向渦流分離器為核心分離元件的撇油船用油水分離工藝。水力旋流器和軸向渦流分離器工作過程中水力停留時(shí)間短(2S左右)、體積小，但其對(duì)待分離混合液物性參數(shù)敏感，對(duì)于物性參數(shù)不確定的溢油撇出物處理效果不佳，當(dāng)入口含油量低時(shí)處理效果也更差，外排污水的含油量無法達(dá)到環(huán)保法規(guī)要求的15ppm。另外，這類設(shè)備在形成渦流過程中撇出物受到較大的剪切應(yīng)力易造成油水進(jìn)一步的乳化。2013年，Hoverspill公司首次針對(duì)撇出物成分復(fù)雜、物性參數(shù)隨時(shí)間逐漸變化的特性，以及安裝在撇油船上的分離設(shè)備需要滿足體積小、水力停留時(shí)間短、操作簡便等特殊條件，提出了一種適應(yīng)性強(qiáng)的撇油船用Turbylec型離心分離機(jī)，并與2014年申請(qǐng)了美國專利《Device for Separating tow Immiscible Fluids of Different Densities by Centrifugation》專利號(hào)為：US 2014/0251145 A1。Turbylec型離心分離機(jī)轉(zhuǎn)鼓采用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速可以根據(jù)物性參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并通過增加水力停留時(shí)間的方法來提高動(dòng)態(tài)離心分離機(jī)的穩(wěn)定性，其設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為15S，遠(yuǎn)高于現(xiàn)用的強(qiáng)離心分離設(shè)備2S左右的水力停留時(shí)間。然而，其入口端流體由靜止到形成渦旋過程的時(shí)間確非常短，較大的加速度造成的強(qiáng)剪應(yīng)力和強(qiáng)湍流必將導(dǎo)致油滴的破碎。因此，即使在15S的水力停留時(shí)間下也無法去除因液滴破碎而形成的部分乳化油，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)也表明其水出口流體的含油量仍然無法降至15ppm以下。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種固體渦離心分離設(shè)備及其進(jìn)行溢油撇出物分離的方法，可以實(shí)現(xiàn)撇出物在線油水高效分離，其設(shè)備體積小、操作簡單、適用性強(qiáng)。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明實(shí)施例提供一種固體渦離心分離設(shè)備，包括：

外支架、柱狀轉(zhuǎn)鼓、入口管線、預(yù)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)流葉片、格柵、中心固定軸、水相溢流堰、油相溢流堰、水相出口管、油相出口管和氣相出口管；其中，

所述柱狀轉(zhuǎn)鼓通過所述中心固定軸設(shè)在所述外支架內(nèi)，所述柱狀轉(zhuǎn)鼓通過其內(nèi)設(shè)置的若干格柵與所述中心固定軸固定連接，若干格柵將所述柱狀轉(zhuǎn)鼓與所述中心固定軸之間的環(huán)形空間分割成各自獨(dú)立的若干扇形分離區(qū)，各扇形分離區(qū)的底端為入口，頂端為出口；

所述柱狀轉(zhuǎn)鼓與所述中心固定軸能在所述外支架內(nèi)旋轉(zhuǎn)；

所述柱狀轉(zhuǎn)鼓底端設(shè)有驅(qū)動(dòng)裝置連接軸，所述驅(qū)動(dòng)裝置連接軸處于所述外支架外部；

所述入口管線位于所述柱狀轉(zhuǎn)鼓的軸心位置，該入口管線的出口處于柱狀轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的底部，該入口管線的出口內(nèi)設(shè)有所述預(yù)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)流葉片；

所述油相溢流堰設(shè)在所述柱狀轉(zhuǎn)鼓的頂端，所述油相溢流堰上端設(shè)置所述水相溢流堰，所述油相溢流堰的底板外環(huán)與所述柱狀轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)壁相連，該油相溢流堰的外緣設(shè)有流出水相的若干個(gè)矩形槽，各矩形槽與所述水相溢流堰連通，該油相溢流堰的中間設(shè)有流出油相的中空流道，所述中空流道連通至所述水相溢流堰上方的油氣兩相分離區(qū)；

所述水相出口管設(shè)在所述外支架上，與所述水相溢流堰頂部的環(huán)形空間連通；

所述油相出口管設(shè)在所述外支架上，與所述水相溢流堰上方的油氣兩相分離區(qū)連通；

所述氣相出口管設(shè)在所述外支架上，與所述水相溢流堰上方的油氣兩相分離區(qū)連通。

本發(fā)明實(shí)施例還提供一種本發(fā)明所述的固體渦離心分離設(shè)備進(jìn)行溢油撇出物的分離方法，包括：

使撇出物經(jīng)分離設(shè)備的入口管線沿柱狀轉(zhuǎn)鼓的軸心流入該分離設(shè)備，入口管線末端設(shè)置的預(yù)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)流葉片將入口端流道分割成若干獨(dú)立的扇形螺旋流道；扇形螺旋流道驅(qū)動(dòng)流過的撇出物以渦流的形式進(jìn)入所述柱狀轉(zhuǎn)鼓內(nèi)被若干格柵分成若干獨(dú)立扇形分離區(qū)；

由驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)所述柱狀轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)，所述柱狀轉(zhuǎn)鼓內(nèi)每個(gè)獨(dú)立扇形區(qū)內(nèi)的撇出物按照固體渦形式旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)離心作用下密度不同的油水兩相迅速分離；

分離后水相和油相分別經(jīng)水相溢流堰和油相溢流堰進(jìn)入水相出口管和油相出口管排出；

含有氣相的油相撇出物經(jīng)油相溢流堰流入油氣分離區(qū)進(jìn)一步分離，分離后的氣相通過設(shè)在油氣分離區(qū)頂部的氣相出口管排出，油相通過設(shè)在油氣分離區(qū)底部的油相磁開關(guān)管排出。

由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提供的分離設(shè)備，通過在入口管線末端設(shè)置預(yù)旋導(dǎo)流葉片，撇出物經(jīng)預(yù)旋轉(zhuǎn)后進(jìn)入柱狀轉(zhuǎn)鼓，加速過程在封閉的螺旋流道內(nèi)完成，從而徹底消除了渦流形成過程的強(qiáng)剪切效應(yīng)；由于柱狀轉(zhuǎn)鼓和中心固定軸之間采用若干格柵連接，由若干格柵將柱狀轉(zhuǎn)鼓與中心固定軸之間的環(huán)形區(qū)分割成若干各自獨(dú)立的扇形分離區(qū)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)流體以固體渦形式的分離過程，降低了分離過程中流體受到的剪應(yīng)力。通過采用上述結(jié)構(gòu)，該分離設(shè)備與現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)離心分離技術(shù)相比，可以大幅度降低油滴的破碎率，進(jìn)而提高了設(shè)備的分離效率，降低外排水的含油量，可滿足環(huán)保法規(guī)的要求。本發(fā)明的分離設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)撇出物在線油、水高效分離，其設(shè)備體積小、操作方便、適用性強(qiáng)、穩(wěn)定性高，適合長周期運(yùn)轉(zhuǎn)，從根本上避免了現(xiàn)有現(xiàn)有溢油撇出物油水分離設(shè)備分離效率低、渦形成過程剪應(yīng)力大的缺點(diǎn)，具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的固體渦離心分離設(shè)備示意圖。

圖2為圖1中分離設(shè)備的A-A向的剖面視圖；

圖3為圖1中分離設(shè)備的B-B向的剖面視圖；

圖中各標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)的部件為：1-預(yù)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)流葉片、2-入口管線、3-柱狀轉(zhuǎn)鼓、4-格柵、5-中心固定軸、6-外支架、7-水相溢流堰、8-油相溢流堰、9-油相出口管、10-氣相出口管、11-油氣相分離區(qū)、12-水相出口管。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1至3所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種固體渦離心分離設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)撇出物在線油、水及氣的高效分離，包括：

外支架6、柱狀轉(zhuǎn)鼓3、入口管線2、預(yù)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)流葉片1、格柵4、中心固定軸5、水相溢流堰7、油相溢流堰8、水相出口管12、油相出口管9和氣相出口管10；其中，

柱狀轉(zhuǎn)鼓3通過中心固定軸5設(shè)在外支架6內(nèi)，柱狀轉(zhuǎn)鼓3通過其內(nèi)設(shè)置的若干格柵4與中心固定軸5固定連接，若干格柵4將柱狀轉(zhuǎn)鼓3與中心固定軸5之間的環(huán)形空間分割成各自獨(dú)立的若干扇形分離區(qū)，各扇形分離區(qū)的底端為入口，頂端為出口；

柱狀轉(zhuǎn)鼓3與中心固定軸5能在外支架6內(nèi)旋轉(zhuǎn)；

柱狀轉(zhuǎn)鼓3底端設(shè)有驅(qū)動(dòng)裝置連接軸，驅(qū)動(dòng)裝置連接軸處于外支架6外部；

入口管線位于柱狀轉(zhuǎn)鼓的軸心位置，該入口管線的出口處于柱狀轉(zhuǎn)鼓3內(nèi)的底部，該入口管線的出口內(nèi)設(shè)有預(yù)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)流葉片1；

油相溢流堰8設(shè)在柱狀轉(zhuǎn)鼓3的頂端，油相溢流堰上端設(shè)置水相溢流堰7，油相溢流堰8的底板外環(huán)與柱狀轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)壁相連，該油相溢流堰的外緣設(shè)有流出水相的若干個(gè)矩形槽，各矩形槽與水相溢流堰7連通，該油相溢流堰8的中間設(shè)有流出油相的中空流道，中空流道連通至水相溢流堰7上方的油氣兩相分離區(qū)；

水相出口管12設(shè)在外支架6上，與水相溢流堰頂部的環(huán)形空間連通；

油相出口管9設(shè)在外支架6上，與水相溢流堰上方的油氣兩相分離區(qū)連通；

氣相出口管10設(shè)在外支架6上，與水相溢流堰上方的油氣兩相分離區(qū)連通。

上述分離設(shè)備中，入口管線2與柱狀轉(zhuǎn)鼓3同軸。

上述分離設(shè)備中，預(yù)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)流葉片1活動(dòng)設(shè)在入口管線2末端的出口處，能在入口管線2內(nèi)旋轉(zhuǎn)。

上述分離設(shè)備中，油相出口管9與油氣兩相分離區(qū)11底部連通。

上述分離設(shè)備中，氣相出口管10與油氣兩相分離區(qū)11的頂部連通。

上述分離設(shè)備中，由水相溢流堰直徑與扇形分離區(qū)的油水界面相匹配。

本發(fā)明實(shí)施例還提供一種固體渦離心分離設(shè)備進(jìn)行溢油撇出物的分離方法，包括：

使撇出物經(jīng)分離設(shè)備的入口管線沿柱狀轉(zhuǎn)鼓的軸心流入該分離設(shè)備，入口管線末端設(shè)置的預(yù)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)流葉片將入口端流道分割成若干獨(dú)立的扇形螺旋流道；扇形螺旋流道驅(qū)動(dòng)流過的撇出物以渦流的形式進(jìn)入柱狀轉(zhuǎn)鼓內(nèi)被若干格柵分成若干獨(dú)立扇形分離區(qū)；

由驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)柱狀轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)，柱狀轉(zhuǎn)鼓內(nèi)每個(gè)獨(dú)立扇形區(qū)內(nèi)的撇出物按照固體渦形式旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)離心作用下密度不同的油水兩相迅速分離；

分離后水相和油相分別經(jīng)水相溢流堰和油相溢流堰進(jìn)入水相出口管和油相出口管排出；

含有氣相的油相撇出物經(jīng)油相溢流堰流入油氣分離區(qū)進(jìn)一步分離，分離后的氣相通過設(shè)在油氣分離區(qū)頂部的氣相出口管排出，油相通過設(shè)在油氣分離區(qū)底部的油相磁開關(guān)管排出。

上述方法中，保持水相出口管和油相出口管的壓力相等，能控制各扇形分離區(qū)的油水兩相分界面維持在水相溢流堰所在的圓環(huán)的位置。

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

圖1至3所示為本發(fā)明所提供的固體渦離心分離設(shè)備，其中，圖1為該分離設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2和圖3為圖1中該分離設(shè)備的A-A和B-B向剖面視圖，該設(shè)備包括：預(yù)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)流葉片1、入口管線2、柱狀轉(zhuǎn)鼓3、格柵4、中心固定軸5、設(shè)備外支架6、水相溢流堰7、油相溢流堰8、油相出口管9、氣相出口管10、油氣相分離區(qū)11和水相出口管12等。其中，入口管線2安裝在柱狀轉(zhuǎn)鼓的軸心處，入口管線2的末端設(shè)有預(yù)旋導(dǎo)流葉片；中心固定軸和柱狀轉(zhuǎn)鼓同心，格柵安裝在中心固定軸和柱狀轉(zhuǎn)鼓之間，在柱狀轉(zhuǎn)鼓內(nèi)與中心固定軸形成環(huán)形區(qū)內(nèi)形成若干獨(dú)立的扇形分離區(qū)；水相和油相溢流堰安裝在柱狀轉(zhuǎn)鼓上側(cè)，水相溢流堰的直徑設(shè)置在油、水兩相出口的中間位置，水相出口管設(shè)置在水相溢流堰頂部和油相溢流堰頂部密封板下方形成的環(huán)形空間處；油相溢流堰的頂部留有油氣兩相分離區(qū)，油相出口管設(shè)置在油氣兩相分離區(qū)的底部，氣相出口管自設(shè)備頂部引出。

本發(fā)明的分離設(shè)備分離溢油撇出物的過程為：溢油撇出物自處于柱狀轉(zhuǎn)鼓3軸心的入口管線2進(jìn)入該分離設(shè)備，撇出物在入口管線2末端的預(yù)旋轉(zhuǎn)葉片1的作用下加速形成渦旋，預(yù)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)流葉片1的出口角和轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速相匹配，使預(yù)旋后撇出物的旋轉(zhuǎn)角速度和轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速一致；預(yù)旋后的撇出物在很小的相對(duì)切向速度差的條件下流入柱狀轉(zhuǎn)鼓3內(nèi)的各扇形分離區(qū)，并同柱狀轉(zhuǎn)鼓3一同按照固體渦形成旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)離心力作用下各扇形分離區(qū)內(nèi)密度不同的油水兩相快速實(shí)現(xiàn)分離；分離后水相經(jīng)水相溢流堰排入水相出口管9，油相和撇出物中含有的部分氣體則通過油相溢流堰流入油氣分離區(qū)11再次分離后分別排入油相出口管12和氣相出口管10；在保持水、油兩相出口壓力相同的情況下，分離過程中油、水兩相間的分界面將控制在水相溢流堰所處的圓環(huán)位置處，因此設(shè)備的分離特性不受操作條件和撇出物物性參數(shù)的影響，具有較高的穩(wěn)定性。

本發(fā)明實(shí)際使用時(shí)，可根據(jù)撇油器的處理量選擇合適的本發(fā)明分離設(shè)備，將分離設(shè)備的入口管線與撇油器的出口管線連接，根據(jù)撇油器出口含油量，選擇安裝一級(jí)分離設(shè)備或兩級(jí)分離設(shè)備串聯(lián)，若采用兩件分離設(shè)備串聯(lián)，則最后一級(jí)分離設(shè)備的水相出口管的出水直接外排，油相出口管和撇油船儲(chǔ)油艙連接；具體分離時(shí)，檢查分離設(shè)備前后閥門，確認(rèn)開啟后打開來液閥，使撇出物順暢的流過分離設(shè)備，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

本發(fā)明的分離設(shè)備具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)離心加速高，可調(diào)性好：分離設(shè)備中的柱狀轉(zhuǎn)鼓3直接由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，因此可以根據(jù)分離物料的性質(zhì)及處理量進(jìn)行調(diào)整，離心加速度可達(dá)1000個(gè)g以上。較高的離心加速度使具有較小密度差的油水兩相迅速分離，與水力旋流器和軸向渦流分離器相比，分離過程在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)完成，離心加速度始終保持不變，因此可以分離出更小顆粒的油滴，分離效率也得到了大大的提高，最高分離效率可達(dá)99％以上。

(2)渦流形成過程穩(wěn)定，油滴不發(fā)生破碎：入口管線2和柱狀轉(zhuǎn)鼓3同軸，入口管線2末端安裝有預(yù)旋導(dǎo)流葉片1，撇出物在預(yù)旋導(dǎo)流葉片1片形成的獨(dú)立螺旋流道中逐漸形成渦流，并以和柱狀轉(zhuǎn)鼓3轉(zhuǎn)速相同的切向速度進(jìn)入分離區(qū)，渦流形成過程穩(wěn)定，剪應(yīng)力低、無局部渦流，因此從根本上減小了造成油滴破碎的物理?xiàng)l件。與Turbylec型離心分離機(jī)相比，渦流形成過程穩(wěn)定，油滴發(fā)生破碎的概率更低。

(3)分離過程流體保持固體渦的形態(tài)，無剪切：分離區(qū)被格柵分隔成若干獨(dú)立的扇形區(qū)域，分離過程中各扇形區(qū)內(nèi)流體始終保持和轉(zhuǎn)鼓一致角速度旋轉(zhuǎn)，形成嚴(yán)格的固體渦形態(tài)，避免了流體慣性對(duì)流態(tài)的影響，分離過程中無剪切效應(yīng)。

(4)穩(wěn)定性高、操作簡單：利用溢流堰直徑控制分離后水相和油相分界面的措施，可以大幅度降低操作參數(shù)和撇出物物性參數(shù)對(duì)設(shè)備分離特性的影響，具有較高的工作穩(wěn)定性。分離后水相和油相經(jīng)溢流堰流入各自的排出管線，工作時(shí)無需精確的控制各操作工藝參數(shù)，操作簡單，可以在無專業(yè)操作人員的工作環(huán)境下使用。

(5)可實(shí)現(xiàn)水、油、氣三相分離：油相溢流堰上部留有油、氣兩相分離區(qū)，對(duì)于含有氣體的撇出物，其不僅可以完成油、水兩相的分離，還可以將氣相分離出，因此不僅可以用于處理溢油撇出物，還可以用于處理高含水油田的采出液。

在實(shí)際操作中，本發(fā)明的固體渦離心分離設(shè)備和方法主要用于溢油撇出物的在線分離，針對(duì)水面溢油應(yīng)急處理中撇出物含水率高(平均含水率90％左右)，撇油船頻繁往返溢油發(fā)生地和應(yīng)急碼頭而導(dǎo)致撇油效率低的問題，將該設(shè)備直接安裝在撇油船上，運(yùn)行時(shí)只需啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)即可，對(duì)撇出物進(jìn)行油水分離，處理后達(dá)標(biāo)水相直接排出，濃縮后油相排入船上儲(chǔ)油艙，從而大幅度減少撇油船往返次數(shù)，增加撇油船工作效率，提高溢油應(yīng)急處理能力。該撇出物油水分離設(shè)備和方法操作方便、穩(wěn)定性能好、效率高，可以適用撇出物中含油量、含氣量的大范圍變化，滿足撇油船的特殊運(yùn)行情況。操作時(shí)，溫度控制在-20～80℃，入口壓力低于1.0Mpa，停留時(shí)間小于20S，操作參數(shù)無需精確控制，滿足缺少專業(yè)操作人員的溢油應(yīng)急工作條件。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。