【正文】 旋流技術(shù)被引入我國。 圖 123 水 力旋流器負(fù)載壓強(qiáng)與除油效率的關(guān)系 容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與三維實(shí)體模擬 8 水力旋流分離器通?？煞譃殪o態(tài)水力旋流器和 動(dòng)態(tài)水力 旋流器。 水力旋流器分離技術(shù)是利用密度差進(jìn)行多相分離的非均相機(jī)械分離過程，因此適用水力旋流器分離的物料必須是具有一定密度差的多相液體混合物。從 20世紀(jì) 40年代前開始，旋流器正式投入選煤的應(yīng)用是從荷蘭國家礦產(chǎn)部資助大噸位的選煤和礦石處理方面的研究開始的。 水力旋流器除油 水力旋流分離技術(shù)是 20世紀(jì) 80年代以來迅速發(fā)展起來的油水分離技術(shù) ， 旋流分離技術(shù)屬于離心分離的范疇，根據(jù)離心力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于重力場(chǎng)而 得到 強(qiáng)化分離的效果。 生化處理技術(shù) 生化法主要是通過微生物的新陳代謝過程使污水中的有機(jī)物被降解 ， 轉(zhuǎn)化成新的生物細(xì)胞及簡單形式的無機(jī)物 ， 從而達(dá)到去除有機(jī)物的目的。 PAC與 HPAM或 YPAM復(fù)配去除 CODCr較單獨(dú)使用 PAC的效果好[5]。 目前油田常用的混凝劑有精制硫酸鋁、粗制硫酸鋁、聚合氯化呂（ PAC）、氯化亞鐵、硫酸亞鐵、陽離子型聚丙烯酰胺 (PAM)等，有時(shí)也投加助凝劑促進(jìn)混凝效果，但它本身不起混凝作用。膠結(jié)狀聚丙烯、無煙煤、陶粒、石英砂等均可作為粗粒化填料，填料的種類如圖 121所示。 無論是親油或疏油的粗?；牧?，兩種聚結(jié)都同時(shí)存在，只是前者以 “ 潤濕聚結(jié) ” 作用為主，后者以 “ 碰撞聚結(jié) ” 為主。含油污水通 過裝有粗?；牧系难b置，在潤濕聚結(jié)、碰撞聚結(jié)、截流、附著作用下油珠由小變大的過程該法用于處理分散油、乳化油，設(shè)備小、操作簡單但濾料易堵塞，有表面活性劑時(shí)效果較差。實(shí)際上，廢水中或多或少地含有懸浮固體，它具有吸附油珠的特性，從而降低了油珠的上浮速度。本文主要介紹幾種典型的 常見 處理 方法 。 隨著石油工業(yè)的不斷發(fā)展 ， 油氣產(chǎn)量持續(xù)上升，石油天然氣工業(yè)目前已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)全新的發(fā)展階段。顆粒粒徑一般為 1～ 100μm， 主要包括粘土顆粒、粉砂和細(xì)砂等。從對(duì)水體的污染來說，主要是石油和焦油。目前，隨著我國石油石化工業(yè)的迅猛發(fā)展，油氣產(chǎn)量的持續(xù)上升，對(duì)環(huán)境所造成環(huán)境污染也日益嚴(yán)重。 本設(shè)計(jì) 將在查閱大量文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，了解 國內(nèi)外 各種典型的油 水分離 單元處理 的方法和 技術(shù) 。本題目將在查閱大量文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，了解各種典型的油 水分離單元處理技術(shù)，收集國內(nèi)外目前所用各種類型單體旋流管的結(jié)構(gòu)與尺寸，能進(jìn)行類比 設(shè)計(jì)；以 Cyclotech 公司的 B20 系列脫油型水力 旋流器為切入點(diǎn)，掌握其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的全部技術(shù)細(xì)節(jié)，借鑒管殼式換熱器等壓力容器設(shè)計(jì)方面的相關(guān)知識(shí)，完成其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所包含的全部工作內(nèi)容。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 注：本協(xié)議書對(duì)于“非公開學(xué)位論文”在保密期限過后同樣適用。 本人系作品的唯一作者，即著作權(quán)人。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 (1) 陳家慶 編著 . 石油石化工業(yè)環(huán)保技術(shù)概論 . 北京：中國石化出版社 , 20xx. (2) 馮永訓(xùn) 主編；彭忠勛 , 何桂華 , 鄧波 副主編 . 油田采出水處理設(shè)計(jì)手冊(cè) . 北京 : 中國石化出版社 , 20xx 年 9 月 . (3) Kevin A. Juniel. Practical application of produced water treating technology for landbased injection operations. NATCO Group, May 20xx Revision. (4) Ahmadun Fakhru’lRazi, Alireza Pendashteh, Luqman Chuah Abdullah, Dayang Radiah Awang Biak, Sayed Siavash Madaeni, Zurina Zainal Abidin. Review of technologies for oil and gas 容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與三維實(shí)體模擬 produced water treatment. Journal of Hazardous Materials, 20xx, 170(23): 530551. (5) Alastair Sinker. Less oil in, less oil out: a holistic approach to enhanced produced water treatment. Produced Water Society, Houston, 17th – 19th January 20xx. (6) A B Sinker, M Humphris, N Wayth. Enhanced deoiling hydrocyclone performance without resorting to chemicals. SPE 56969, presentation at the 1999 Offshore Europe Conference held in Aberdeen, Scotland, 7–9 September 1999. (7) Kevin J. O’Brien, Pate A. Thompson. Stephen T. McCoy. Three chamber vessel for hydrocyclone separator. United States Patent , August 9, 1994. (8) S. M. Stroder, E. E. Wolfenberger. Hydrocyclone separsation: a preferred means of water separation and handling in oilfield production. SPE27671, presentation at the 1994 SPE Permian Basin Oil and Gas Recovery Conference held in Midland, texas, 1618 march 1994. (9) J. C. Ditria, M. E. Hoyack. The separation of solids and liquids with hydrocyclonebased technology for waste treatment and crude processing. SPE28815, presentation at the SPE Asia Pacific Oil amp。參考管殼式換熱器 的布管 方式、管板設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)，依據(jù) GB1501998《鋼制壓力容器》， 完成 了 設(shè)備 的直徑、壁厚、 隔板、封板、 法蘭、鞍座等一系列所需元件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 、選擇 和強(qiáng)度校核； 在此基礎(chǔ)之上，使用 Auto CAD 軟件繪制了設(shè)備裝配圖和主要零部件圖紙，并使用 NX UG 軟件進(jìn)行三 維實(shí)體模擬。石油及其煉制品 (汽油 、 煤油 、 柴油 等 )在開采、煉制、貯運(yùn)和使用過程中進(jìn)入 海洋 環(huán)境而造成的污染 ， 是目前一種世界性的 、 嚴(yán)重的海洋污染。一般來 說，有以下特點(diǎn)： (1) 含油量高。無機(jī)鹽離子主要包括 ： Ca2+， Mg2+，K+， Na+， Fe2+， Cl， HCO3， CO32等。在原有的初級(jí)處理基礎(chǔ)上 ， 結(jié)合油田實(shí)際情況增加深度處理單元可以進(jìn)一步凈化污水 ， 滿足油田的發(fā)展需要。通常重力除油常分為自然除油和斜板除油。在油水分離設(shè)備中加斜板，增加分離設(shè)備的工作表面積，縮小分離高度，可以提高油珠顆粒的去除效率。 “ 潤濕聚結(jié) ” 理 論建立在親油性粗?；牧系幕A(chǔ)上。從材料的形狀來看，可分為纖維狀和顆料狀；從材料的性質(zhì)來看，許多研究者認(rèn)為材質(zhì)表而的親油疏水性能是主要的，而且親油性材料與油的按觸角小于 70度為好。此裝備的分離過程不存在重新混合，因而避免了單獨(dú)使用斜板技術(shù)可能引起二次污染的可能性。 Doyle 用聚合物有機(jī)粘土吸附采油廢水中的溶解有機(jī)物 ， 也取得了良好的試驗(yàn)結(jié)果。含油廢水中的乳化油易粘附在氣泡上，增加其上浮速度。 生化法是一種去除有機(jī)物污染很成熟的方法 ， 應(yīng)用于 采油污水處理有很好的前景。待分離的多相或非溶性單相介質(zhì)以一定的壓力從水力旋流器上部周邊切向進(jìn)入水力旋流器后，產(chǎn)生了強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由于介質(zhì)間的密度差，所受的離心力、向心浮力和流體曳力的大小不同，受離心力沉降作用 ，大部分重相經(jīng)旋流器底流口排出，而大部分輕相則由溢流口排出，從而達(dá)到分離的目的 [8]， 如圖 122所示 。 20世紀(jì) 90年代，我國 大部分油田已進(jìn)入中、高含水期開采階段，已建的基于重力沉降原理的傳統(tǒng)設(shè)備已不能滿足處理大量采出液的要求，基于旋流分離原理的液液旋流分離技術(shù)作為重力分離的替代技術(shù)也就應(yīng)運(yùn)而生 [9]。m時(shí)，旋流器可在幾秒鐘內(nèi)迅速將油從水中分離出去。油水混合液在一定壓力下從入 口高速切向進(jìn)入旋流器的旋流腔 ， 形成高速旋轉(zhuǎn)的渦流因離心力的差異 ， 重質(zhì)相水被甩至器壁并向底部流動(dòng) ， 從底流口排出 ， 輕質(zhì)相油則被迫移向軸心并向上流動(dòng) ， 從溢流口排出 ， 從而實(shí)現(xiàn)油水分離過程。 液 液旋流分離器應(yīng)用于油氣儲(chǔ)運(yùn)方面主要包括以下幾個(gè)方面： ① 水中除油。 容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與三維實(shí)體模擬 10 我國在水 力 旋流分離技術(shù)發(fā)展較晚， 20世紀(jì) 80年代末，國內(nèi)一些相關(guān)科研單位和企業(yè)才開始正式研究旋流器的分離技術(shù)，國內(nèi)普遍是引進(jìn)成套的旋流器設(shè)備，根據(jù)國外文獻(xiàn)資料中提供的油 水旋流器模型尺寸比例，結(jié)合自己的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出適合我國油田實(shí)際情況的油 水旋流器，開始了水利旋流分離器的實(shí)驗(yàn)科研研究。 容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與三維實(shí)體模擬 11 圖 131 組合式油田采出液預(yù)分離水力旋流器結(jié)構(gòu)簡圖 1排油腔； 2隔離板； 3旋流管； 4擋流板； 5進(jìn)水口； 6進(jìn)水腔； 7排水腔； 8溢流出口； 9旋流 管切向入口； 10底流出口 NATCO 公司的水力旋流裝置 壓力容器式 Oilspin AV系列旋流分離器 是 NATCO公司 針對(duì)優(yōu)化除油效率、增強(qiáng)抗腐蝕能力提出的水力旋流分離設(shè)備之一。 圖 134 Oilspin AVi 水力旋流器互動(dòng)處理能力 英國 Cyclotech 公司的 B20 裝置 英國 Cyclotech公司推出的 B20系列設(shè)備除油型水力旋流器如圖 135所示，該設(shè)容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與三維實(shí)體模擬 13 備 由 MI SWACO公司提供了所有入口和高速內(nèi)腔的表面內(nèi)襯材料來降低含油廢水處理中 的腐蝕性 [16]。內(nèi)設(shè)單體旋流管，從橫向方向通過隔離板的開孔安裝在容器內(nèi)腔，各旋流子與隔板孔接觸的圓周方向有良好的密封，使得三個(gè)腔體彼此隔離，只有通過旋流管連接。隨著含油廢水處理工藝的不斷 發(fā)展和完善，近年來在常見的壓力容器組合式油水旋流器中，主要出現(xiàn)了下文所介紹的四種類型的水力旋流器布局模式。 相比之下 Amoco 單錐管因 尾管設(shè)計(jì)相對(duì)較長， 分離時(shí)間加長而 得到的 分離效果更佳 [17]。（ 3）必須保證空氣柱處的流體穩(wěn)定，不能產(chǎn)生波動(dòng)現(xiàn)象，否則會(huì)產(chǎn)生重混，降低分離性能。 設(shè)計(jì)參數(shù)如下 ：取 Dn=35mm，則 D=2Dn=70mm， Du==， Do=3mm，Di==， L1=2Dn=70mm， L2=30Dn=1050mm， α=20176。Sgc 定義為離心加速度與重力加速度之比 ， grugc2S ?? (22) 由 smu /?? ， 2/ smu ?? ， mr ? 得， 3 )/(S 2 2 ??? msm smgc （ 3） 單體旋流器生產(chǎn)能力的計(jì)算 生產(chǎn)能力是指單位時(shí)間內(nèi)一臺(tái)設(shè)備的料液的體積量，正確估算水力旋流器的生產(chǎn)能力是設(shè)計(jì)分離系統(tǒng)的一個(gè)重要方面，對(duì)于液 — 液旋流器，雖然其生產(chǎn)能力也隨進(jìn)口壓力變化，但一旦旋流器的尺寸以及物料性質(zhì)一定，則生產(chǎn)能力是可以在一定的范圍內(nèi)變化的。為了防止旋流管間的干涉、便于拆卸，每根旋流管之間留有一定的間隙，參考換熱管中心距的選擇，通常換熱管中心距不小于 倍的換熱管外徑。 圖 221 VORTOIL型水力旋流器結(jié)構(gòu)簡圖 10壓力容器式水力旋流器； 20容器壁； 21采油污水進(jìn)口； 22排水口； 23排油口； 25A隔離板； 25B排油槽； 25C排油管道； 26進(jìn)口腔； 27底流腔； 30旋流管 含油廢水從污水進(jìn)口 21 進(jìn)入到旋流器內(nèi)，以切線的方向進(jìn)入到旋流管頂部的內(nèi)旋入口 32，如圖 222 單 體旋流管局部放大圖所示，進(jìn)入單體的含油廢水高速旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，油水兩相在密度差的作用下進(jìn)行分離，重相水通過旋流管底部流入集水腔 27 通過排水管 22 排出壓力容器。另外，內(nèi)部的溢流管道維修不方便，在海上平臺(tái)的環(huán)境上，將會(huì)給維修工人帶來麻煩。通常，底流腔與進(jìn)水腔是固定密封的，通過拆卸封頭板來更換內(nèi)部的單體水力旋流管，這種方式有效的縮短了維修時(shí)間，降低了維修成本。單體水力旋流器從結(jié)構(gòu)上看來，混合液進(jìn)口部與油相溢流口距離較近，但實(shí)際情況上，并不影響分離效率。為了減少混合液對(duì)內(nèi)部 結(jié)構(gòu)的腐蝕性，入口塊 161采用的是耐腐蝕材料