新型三相離心機(jī)處理油田干化池含油廢水的研究

摘要：設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了犅?tīng)藸莫玻保埃埃靶滦腿?a href='http://seenwhilewandering.com/Product/SSearch_--%E7%A6%BB%E5%BF%83%E6%9C%BA.html' target='_blank'>離心機(jī)用于油田干化池含油廢水中油的回收。工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果表明：油田干化池的含油廢水經(jīng)犅?tīng)藸莫玻保埃埃叭?a href='http://seenwhilewandering.com/Product/SSearch_--%E7%A6%BB%E5%BF%83%E6%9C%BA.html' target='_blank'>離心機(jī)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(jī)　含油廢水　廢水處理　離心分離
　　０　引言
　　含乳化油的油水分離是當(dāng)前的熱點(diǎn)課題。油水分離是一個(gè)負(fù)熵過(guò)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(duì)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(lèi)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(jī)［４］。工業(yè)用離心分離機(jī)主要分為立式和臥式兩種，其中又以臥式離心機(jī)為主。在現(xiàn)有的離心機(jī)設(shè)計(jì)中，離心力場(chǎng)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(jì)開(kāi)發(fā)了一種新型三相離心機(jī)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(yàn)。
　?。薄』窘Y(jié)構(gòu)及主要設(shè)計(jì)參數(shù)
　　設(shè)計(jì)的三相離心機(jī)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(guò)分配圓管進(jìn)入分離空間，輕重物料分別通過(guò)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(guò)程。犅?tīng)藸莫玻保埃埃靶滦腿嚯x心機(jī)的基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)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(dòng)系統(tǒng)、潤(rùn)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(dòng)，因此采用軸承過(guò)渡。
    （２）料漿分配系統(tǒng)由１６個(gè)分配圓管組成，分為上下兩層，每層８?jìng)€(gè)。分配圓管固定在中空軸上。通過(guò)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?jìng)€(gè)扇形單元，總計(jì)６４個(gè)扇形單元。上層粗分離物料通過(guò)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(pán)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(pán)，沿徑向分為３圈，每圈８?jìng)€(gè)。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(pán)、固定外圓筒、軸承座、支腿等組成。
    （６）傳動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)、皮帶輪、中空軸等組成。
    （７）潤(rùn)滑系統(tǒng)由潤(rùn)滑油箱、潤(rùn)滑油泵等組成，采用強(qiáng)制潤(rùn)滑。
    （８）控制系統(tǒng)采用變頻器控制。
    電機(jī)帶動(dòng)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(guò)分配圓管進(jìn)入分離空間，輕重物料分別通過(guò)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(guò)程。
    離心機(jī)的處理能力犙犳＝１０m3／h，依據(jù)對(duì)油田現(xiàn)場(chǎng)干化池含油廢水的實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果，設(shè)計(jì)離心機(jī)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(yàn)
    工業(yè)試驗(yàn)是在油田現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的，處理對(duì)象為干化池的含油廢水，從干化池取出的樣品，用LD--４０實(shí)驗(yàn)室離心機(jī)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(cè)，油、水、渣體積含量分別約為２０％、７０％、１０％。
    ２．１　試驗(yàn)系統(tǒng)
    試驗(yàn)系統(tǒng)由膠泵、流量調(diào)節(jié)閥、回流閥、過(guò)濾器、流量計(jì)、熱水清洗閥、BKD--１０００三相立式離心機(jī)、變頻調(diào)速器等組成，設(shè)備連接見(jiàn)圖２。
    離心機(jī)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(jī)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(shí)流量由流量計(jì)監(jiān)視。膠泵流量４０m3／h，揚(yáng)程４０m。
    ２．２　轉(zhuǎn)速試驗(yàn)
    離心機(jī)的兩個(gè)主要參數(shù)流量和轉(zhuǎn)速可以在控制過(guò)程中靈活調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)速可以通過(guò)變頻器無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，流量通過(guò)調(diào)節(jié)閥、回流閥調(diào)節(jié)，流量計(jì)顯示瞬時(shí)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(jī)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(yàn)結(jié)果見(jiàn)表１和表２。
    當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)１２００r／min時(shí)，由于現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)水平。度不高，造成離心機(jī)在運(yùn)行時(shí)不夠平穩(wěn)，因而沒(méi)進(jìn)行１５００r／min的轉(zhuǎn)速試驗(yàn)，考慮到轉(zhuǎn)速和各出料口流量的關(guān)系，試驗(yàn)最大流量?。竚3／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(chǎng)指標(biāo)的變化情況以及相同轉(zhuǎn)速下不同流量流場(chǎng)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(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的增加，出渣流量逐漸增加，離心機(jī)的排料在徑向是由外到內(nèi)完成的，首先滿(mǎn)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(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算基本吻合，這也證實(shí)了該離心機(jī)設(shè)計(jì)理念的正確性。當(dāng)噴嘴尺寸一定時(shí)，離心機(jī)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(shì)，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(shí)，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(shì)，這是因?yàn)樵谔囟ǖ慕o料流量下，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)某一極限時(shí)，出水噴嘴流量增加過(guò)大造成油進(jìn)入水中引起含油率上升。可見(jiàn)，在一定的流量下，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(yàn)可以看出，當(dāng)流量為８m3／h時(shí)，轉(zhuǎn)速為９００r／min較適宜，此時(shí)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(yàn)結(jié)果與理論分析計(jì)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(shì)，這是因?yàn)檗D(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(shí)間越長(zhǎng)，油中含水率越低。在流量一定時(shí)，轉(zhuǎn)速過(guò)高，會(huì)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(duì)于試驗(yàn)給定的噴嘴尺寸條件，處理量達(dá)到８m3／h時(shí)，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(huì)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(yàn)
    離心機(jī)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(qiáng)化分離效果，但在設(shè)計(jì)的離心轉(zhuǎn)速下，只有當(dāng)噴嘴尺寸和此時(shí)的離心轉(zhuǎn)速相匹配時(shí)，才會(huì)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(shí)，分離指標(biāo)和噴嘴尺寸的比例關(guān)系。油、水、渣排料過(guò)程的理論分析和２．２的試驗(yàn)結(jié)果均表明，離心機(jī)的排料過(guò)程在徑向是由外向內(nèi)逐漸過(guò)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(shí)排出即可。試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果見(jiàn)表３、表４。
    由表３可見(jiàn)，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(gè)指標(biāo)，給料流量為８m3／h時(shí)，選擇直徑為１．２mm的排渣噴嘴較適宜。
               
               
    由表４可見(jiàn)，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(gè)指標(biāo)，給料流量為８m3／h時(shí)，選擇直徑為３mm的排水噴嘴較適宜。
    ２．４　工業(yè)穩(wěn)定運(yùn)行試驗(yàn)
    在工業(yè)條件試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定犅?tīng)藸莫玻保埃埃叭嗔⑹诫x心機(jī)工業(yè)穩(wěn)定運(yùn)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(shí)間為３．７５min，按圖２所示的流程，穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行７２h，共取樣８批，每批取樣３次合并。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表５。
                
    　　工業(yè)穩(wěn)定試驗(yàn)設(shè)備運(yùn)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(jī)分離后，獲得了較為理想的工業(yè)試驗(yàn)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(chǎng)提出的工業(yè)試驗(yàn)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(dòng)較大，因而限制了該機(jī)的處理量，同時(shí)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(jī)可用于含油廢水的油、水、渣三相分離，但需針對(duì)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(yàn)表明：油田干化池的含油廢水經(jīng)犅?tīng)藸莫玻保埃埃叭嚯x心機(jī)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(jī)設(shè)備運(yùn)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。