新型三相離心機處理油田干化池含油廢水的研究

摘要：設計開發(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)試驗結果表明：油田干化池的含油廢水經犅犓犇１０００三相離心機分離后，油中含水率降至３．５６％，油的回收率達到８５．２６％，排渣體積分數達到６２．１８％，為油田干化池含油廢水中油的回收提供了理想的設備。
　　關鍵詞：離心機　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前的熱點課題。油水分離是一個負熵過程［１］，必須加入能量。目前最常用的重力沉降池和離心設備都是利用油水間的密度差對其進行分離的［２］。重力式油水分離器已得到廣泛應用，有多種類型，但處理能力低、設備占地面積大［３］。離心分離法常用的設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。在現有的離心機設計中，離心力場由旋轉的碟片產生，流體的旋轉速度取決于流體與碟片之間的摩擦阻力，流體的旋轉速度滯后于碟片，因此用于分離的離心加速度遠低于碟片的離心加速度［５］。本文設計開發(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，并進行了工業(yè)試驗。
　?。薄』窘Y構及主要設計參數
　　設計的三相離心機采用流體與分離部件同步旋轉的方法，流體獲得的離心加速度與主軸的轉速同步，物料從中空軸給入，通過分配圓管進入分離空間，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構見圖１。其由進料系統(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）進料系統(tǒng)由靜止的進油接管、軸承、旋轉中空軸等部件組成。由于中空軸必須旋轉，而進料的外部系統(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)形料槽以及旋轉筒底部的噴嘴組成。噴嘴安裝在旋轉筒底盤，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，分配系統(tǒng)、分離系統(tǒng)與主軸一起旋轉，物料從中空軸給入，通過分配圓管進入分離空間，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，依據對油田現場干化池含油廢水的實驗室研究結果，設計離心機的最高轉速為１５００r／min，離心半徑為０．５m，最大離心因數為１２４５，分離區(qū)容積犞＝０．５m3。
    ２　工業(yè)試驗
    工業(yè)試驗是在油田現場進行的，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、變頻調速器等組成，設備連接見圖２。
    離心機的轉速由變頻器控制，調節(jié)頻率０～５０Hz，相應轉速０～１５００r／min，進入離心機的含油廢水流量由回流閥和流量調節(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　轉速試驗
    離心機的兩個主要參數流量和轉速可以在控制過程中靈活調節(jié)。轉速可以通過變頻器無級調節(jié)，流量通過調節(jié)閥、回流閥調節(jié)，流量計顯示瞬時讀數。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數的變化關系，試驗結果見表１和表２。
    當轉速超過１２００r／min時，由于現場基礎水平。度不高，造成離心機在運行時不夠平穩(wěn)，因而沒進行１５００r／min的轉速試驗，考慮到轉速和各出料口流量的關系，試驗最大流量?。竚3／h。
              
    根據表１和表２可以分析出相同流量下不同轉速流場指標的變化情況以及相同轉速下不同流量流場指標的變化情況。
    （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)律的試驗結果與理論計算基本吻合，這也證實了該離心機設計理念的正確性。當噴嘴尺寸一定時，離心機的最大出料量取決于轉速，轉速越大，出料量越大。
    （２）出渣體積分數的變化規(guī)律：在不同給料流量下，出渣體積分數隨轉速的增加均呈上升趨勢，這是由于隨著轉速的增加，物料所受到的離心力越大，油、水、渣三相分離速度越快，出渣體積分數也就越高。在轉速相同時，給料量越大，出渣體積分數越高。
    （３）出水含油率的變化規(guī)律：不同流量下，隨轉速的增加，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，當轉速超過某一極限時，出水噴嘴流量增加過大造成油進入水中引起含油率上升。可見，在一定的流量下，要獲得較理想的分離指標，須選擇合適的轉速和噴嘴尺寸。從試驗可以看出，當流量為８m3／h時，轉速為９００r／min較適宜，此時噴嘴尺寸與轉速比例合適，油、水、渣分離指標較理想，試驗結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，隨轉速增加，油中含水率呈下降趨勢，這是因為轉速越高，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速，才能達到油、水、渣三相的有效分離。對于試驗給定的噴嘴尺寸條件，處理量達到８m3／h時，在轉速達９００r／min后，分離效果較好，若進一步增加轉速，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，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，在給定的處理量下，提高離心轉速可強化分離效果，但在設計的離心轉速下，只有當噴嘴尺寸和此時的離心轉速相匹配時，才會獲得良好的分離效果。因此，在固定離心轉速９００r／min的條件下，考察了處理量為８m3／h時，分離指標和噴嘴尺寸的比例關系。油、水、渣排料過程的理論分析和２．２的試驗結果均表明，離心機的排料過程在徑向是由外向內逐漸過渡的，因此，排油噴嘴的尺寸可固定為１０mm，使進入油區(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，排渣體積分數下降，渣的去除率提高。因此，綜合考慮排渣體積分數和渣的去除率兩個指標，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，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。試驗結果見表５。
                
    　　工業(yè)穩(wěn)定試驗設備運行平穩(wěn)，物料進出流暢，油、水、渣三相分離良好，油田干化池的含油廢水經離心機分離后，獲得了較為理想的工業(yè)試驗指標，油中含水率降至３．５６％，油的回收率達到８５．２６％，排渣體積分數達到６２．１８％，達到了現場提出的工業(yè)試驗要求。存在的不足是，由于設備基礎水平度不高，進一步提高離心轉速，設備振動較大，因而限制了該機的處理量，同時技術指標也受到了一定的影響。
    ３　結論
    （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％，油的回收率達到８５．２６％，排渣體積分數達到６２．１８％。
    （３）BKD--１０００三相離心機設備運行良好，出流順暢，油、水、渣在徑向三相分層明顯，分離指標較好，可有效回收油田干化池含油廢水中的原油，工業(yè)應用前景良好。