【文章內(nèi)容簡介】 為粗粒化填料有聚丙烯、無煙煤、陶粒、石英砂等，其外形可做成粒狀、纖維狀、管狀或膠結(jié)狀。目前粗?；瘷C理大體上有“潤濕聚結(jié)”和“碰撞聚結(jié)”兩種?！皾櫇窬劢Y(jié)”理論建立在親油性粗?；牧系幕A(chǔ)上。當含油廢水經(jīng)過親油性材料組成的粗?；采蠒r，分散油珠便在材料表面潤濕并附著，這樣材料表面被油膜包裹，再流來的油珠也更容易潤濕附著在上面，因而附著的油珠不斷擴大形成油膜，由于浮力和反向水流沖擊的作用，油膜開始脫落。脫落的油膜到水相中形成油珠，該油珠粒徑比聚集前多的油珠粒徑大，從而達到粗?；哪康??！芭鲎簿劢Y(jié)”理論建立在疏油材料基礎(chǔ)之上。當含油廢水經(jīng)過疏水性材料時，兩個或多個油珠可能同時與疏油材料的管壁上碰撞或互相之間碰撞，使它們合并容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與三維實體模擬4成大油珠，從而達到粗粒化的目的。無論是親油或疏油的粗粒化材料，兩種聚結(jié)都同時存在，只是前者以“潤濕聚結(jié)”作用為主，后者以“碰撞聚結(jié)”為主。因此，無論是親油性材料還是疏油性材料只要粒徑適合，就會有比較好的粗?；ЧＦ渲屑夹g(shù)關(guān)鍵是粗?；牧?。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。當含油污水通過這種材料時，微細油粒便吸附在其表而上，經(jīng)過不斷碰撞，油珠逐漸聚結(jié)擴大而形成油膜。最后在重力和水流推力下，脫離材料表面而浮升于水面。粗?；牧线€可分為無機和有機兩類。外形可做成粒狀、纖維狀、管狀。膠結(jié)狀聚丙烯、無煙煤、陶粒、石英砂等均可作為粗?；盍希盍系姆N類如圖121所示。圖 121 填料材料示意圖粗?；闹饕秉c是定期對聚結(jié)床清洗，定期更換聚結(jié)材料提高了運行費用。目前有一種趨勢就是將粗粒化技術(shù)與斜板除油技術(shù)結(jié)合起來，開發(fā)出聚結(jié)型斜板除油裝備。此裝備的分離過程不存在重新混合，因而避免了單獨使用斜板技術(shù)可能引起二次污染的可能性。而且此裝備不需要進行反沖洗、安裝方便、不易破損。 混凝除油 混凝除油是一種化學(xué)方法。當含油廢水中的乳化油和尺寸小于 顆粒必須采用化學(xué)方法去除，即向廢水中投加化學(xué)藥劑，破壞膠體顆粒的穩(wěn)定性，使廢水中難以沉淀的膠體顆粒能相互聚集，形成大顆粒后沉淀下來。混凝過程包括混合、反應(yīng)、凝聚和絮凝幾個過程。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，有時也投加助凝劑促進混凝效果，但它本身不起混凝作用。容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與三維實體模擬5近年來化學(xué)混凝法主要集中在開發(fā)新的水處理藥劑。Thomas E. 低分子量的有機胺，特別是季銨鹽處理采油廢水中的溶解有機物。Doyle 用聚合物有機粘土吸附采油廢水中的溶解有機物，也取得了良好的試驗結(jié)果。在有機高分子絮凝劑方面，多以丙烯酰胺和丙烯酸的二元及三元共聚物為主。此外，生物破乳劑、生物絮凝劑、低污染或無污染的水質(zhì)處理劑也是重要的研究方向?；瘜W(xué)混凝與其他方法聯(lián)合使用處理采油廢水也取得較好的去除效果。陳進富教授等采用粉末活性炭(PAC)與陰離子聚丙烯酰胺(HPAM)、陽離子聚丙烯酰胺(YPAM)復(fù)配處理綏中某油田采油廢水，COD %～%，隨PAC用量的增加，CODCr去除率有所增大。PAC與HPAM 或YPAM復(fù)配去除 CODCr較單獨使用PAC的效果好 [5]。 氣浮法除油氣浮法除油就是向廢水中通入空氣（有時還一同加入浮選劑），并以微小氣泡的形式從水中析出成為載體，使廢水中的乳化液、微小懸浮顆粒等污染物質(zhì)粘附在氣泡上，隨氣泡一起上浮到水面，形成氣、水、油珠三相混合體。通過收集泡沫、浮油達到除油的目的。含油廢水中的乳化油易粘附在氣泡上，增加其上浮速度。氣浮除油效率隨著氣泡與油珠和固體顆粒的接觸效率和附著效率的提高而提高。氣液接觸時間延長可提高接觸效率和吸附效率，從而提高除油效率。增大油珠直徑，減小氣泡直徑和提高氣泡濃度既可以提高接觸效率，也可提高附著效率，因此是提高出有效率的重要措施。其他一些因素如溫度、PH值、礦化度、處理水含油量和水中所含原油類型也都直接或間接地影響除油效率 [6]。 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物被降解，轉(zhuǎn)化成新的生物細胞及簡單形式的無機物，從而達到去除有機物的目的。生化法是在初級處理基礎(chǔ)上進行的二級處理技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于城市污水和印染、石化、釀造、造紙等工業(yè)污水的處理。在采油污水處理方面近年來也有許多研究，一般要求進入生化處理系統(tǒng)前含油50mg/L ，厭氧折流板反應(yīng)器、半推流式活性污泥系統(tǒng)、ASBR、厭氧 好氧接觸氧化等技術(shù)有很好的處理效果。生化法是一種去除有機物污染很成熟的方法，應(yīng)用于采油污水處理有很好的容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與三維實體模擬6前景。常見的幾種簡單的處理技術(shù)：(1) 生物降解技術(shù)：通過生物體的代謝作用降解、轉(zhuǎn)化污水中的油，可采用活性泥法、滴濾法、曝氣法或接觸氧化法、水生植物法、水生植物一化學(xué)絮凝法、地層滲透法等生化方法。(2) 微生物絮凝技術(shù)：利用生物有機高分子絮凝物質(zhì)替代化學(xué)絮凝劑處理含油污水，適于油氣田勘探開發(fā)流動作業(yè) [7]。(3) 高效生物降解技術(shù)：利用生物技術(shù)培育出對石油具有特殊降解能力的優(yōu)勢菌種，用細胞固定技術(shù)將其固定在合適的載體上，吃掉采油污水中的烴。該技術(shù)能避免二次污染，降低處理費用，凈化效果比化學(xué)處理好。 水力旋流器除油水力旋流分離技術(shù)是20世紀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)離心力遠遠大于重力場而得到強化分離的效果。在處理量和除油性能相同的條件下，重量比其他除油設(shè)備輕80%—90%，工程建設(shè)投資約低50%。水力旋流器分離工作的基本原理是離心沉降作用。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入水力旋流器后，產(chǎn)生了強烈的旋轉(zhuǎn)運動，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，從而達到分離的目的 [8]，如圖122所示。圖122 水力旋流器基本工作原理模型容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與三維實體模擬7水力旋流器的發(fā)展經(jīng)歷了一個相當長的歷史階段，1891年，Bretney在美國申請了第一個旋流器專利。自此以后，旋流器在各個領(lǐng)域得到了很大的發(fā)展。1914年，水力旋流器正式應(yīng)用于磷肥的工業(yè)生產(chǎn)。20世紀30年代后期，水力旋流器以商品的形式出現(xiàn)，主要應(yīng)用于紙漿水處理。從20世紀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。1953年，Van Rossum jiang將水力旋流器用于脫出油中的水分，為水力旋流器的應(yīng)用開拓了新的空間。20世紀80年代以后，許多科技工作者致力于水力旋流器的研究和推廣應(yīng)用，英國BHRA流體工程中心發(fā)起的水力旋流器國際學(xué)術(shù)研討會，更是將水力旋流器的發(fā)展推到了極致。20世紀90年代，我國大部分油田已進入中、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)運而生 [9]。如今的水力旋流器處理量更大，產(chǎn)品粒度更細，應(yīng)用領(lǐng)域更廣泛，能夠替代螺旋分級機完成一段磨礦的分級作業(yè)。水力旋流器的應(yīng)用包括固液分離、氣液分離、固固分離、液液分離、液氣固三相同時分離以及其他應(yīng)用。液液旋流分離器具有體積小、質(zhì)量輕、分離效率高、工作可靠等優(yōu)點。油水混合物在水力旋流器中一般僅停留2—4s，比傳統(tǒng)設(shè)備內(nèi)停留時間縮短近千倍，且旋流器的重量僅為傳統(tǒng)設(shè)備的幾十分之一。水力旋流器分離技術(shù)是利用密度差進行多相分離的非均相機械分離過程，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。目前水力旋流器還作為一種高效的顆粒分級設(shè)備。當采出油、 ，3/gcm采出水中油滴粒徑大于20181。m時，旋流器可在幾秒鐘內(nèi)迅速將油從水中分離出去。～，當進水含油量 1000 時，出水?/L含油可降到50 。水力旋流器技術(shù)很大程度上優(yōu)于其他含油廢水的工藝處理/mgL除油技術(shù)。如圖123 所示，水力旋流器的分離效果與負載壓強密切相關(guān)。在壓力持續(xù)增加的狀態(tài)下，水力旋流器的去除效率大幅度增加，當壓強超過某一點時，旋流器的去除效率呈平穩(wěn)狀態(tài)，不會有明顯的上升，該點壓強值為水力旋流器的最佳工作壓強。容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與三維實體模擬8圖123 水力旋流器負載壓強與除油效率的關(guān)系水力旋流分離器通?？煞譃殪o態(tài)水力旋流器和動態(tài)水力旋流器。靜態(tài)水力旋流器用于固液分離已經(jīng)有較長歷史，在石油工業(yè)中也被用于鉆井液的處理，原油井口除砂等場合，而用于液液分離則晚得多。(1) 靜態(tài)水力旋流器單體結(jié)構(gòu)的油水分離用靜態(tài)水力旋流器如圖 124 所示。油水混合液在一定壓力下從入口高速切向進入旋流器的旋流腔，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，從底流口排出，輕質(zhì)相油則被迫移向軸心并向上流動，從溢流口排出，從而實現(xiàn)油水分離過程。按照使用場合與分離側(cè)重點的不同，靜態(tài)水力旋流器可以分為脫油型、采出液預(yù)分離型、脫水型三類，其外形結(jié)構(gòu)基本類似，只是旋流管的數(shù)量、結(jié)構(gòu)尺寸及操作參數(shù)有所區(qū)別。脫油型靜態(tài)水力旋流器因其占地少、分離效率高等優(yōu)點在發(fā)達國家含油廢水處理特別是海上石油開采平臺上已成為不可替代的標準設(shè)備預(yù)分離水力旋流器能脫除高含水采出液中的大部分水相脫水型水力旋流器被用于脫除原油或凝析油中圖 124 油水分離的靜態(tài)水力旋流器容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與三維實體模擬9的殘余含水量。(2) 動態(tài)水力旋流器如圖125所示，這是世界上最早出現(xiàn)的動態(tài)水力旋流器，由法國Total石油公司和NEYRTEC公司于1984年在歐共體資助下合作開發(fā)而成。電機通過 V帶帶動轉(zhuǎn)筒高速旋轉(zhuǎn)，油水混合液由泵輸送經(jīng)入口端流過旋轉(zhuǎn)柵流道及其尾部的導(dǎo)向錐，旋轉(zhuǎn)柵對來液起導(dǎo)流及預(yù)旋轉(zhuǎn)加速作用；高速旋轉(zhuǎn)的液流靠與轉(zhuǎn)筒內(nèi)壁間的摩擦作用形成更大、更強的“旋流場”，離心加速度超過重力加速度的1000倍；輕質(zhì)相的油被迫向轉(zhuǎn)筒中心運移而形成油核，最終經(jīng)溢流嘴及收油桿組件排出；重質(zhì)相水則向轉(zhuǎn)筒壁運移，同時在軸向力作用下由底流出口排出，最終實現(xiàn)油水分離[10]。圖 125 Total 型動態(tài)水力旋流器結(jié)構(gòu)我國在此方面的技術(shù)研究起步較晚，上個世紀90年代，動態(tài)水力旋流技術(shù)被引入我國。1997年，為解決大慶油田注聚采出液的處理難題，大慶石油學(xué)院開始了該技術(shù)的研究工作，并于當年試制了國內(nèi)第1臺動態(tài)水力旋流器樣機。當年8月，該樣機在大慶石油管理局某中轉(zhuǎn)站投入現(xiàn)場試驗，其主要分離指標為：當聚合物含量在400ppm左右、水中含油2022～3000mg/L時，經(jīng)動態(tài)水力旋流器一級處理后含油量可降到200mg/L以下 [11]。液液旋流分離器應(yīng)用于油氣儲運方面主要包括以下幾個方面：①水中除油。靜態(tài)旋流分離技術(shù)用于含油污水除油，不僅能處理常規(guī)重力分離技術(shù)難于處理的介質(zhì)，而且設(shè)備體積小，性能穩(wěn)定可靠，分離能力是常規(guī)重力分離設(shè)備的幾十倍至數(shù)百倍，旋流器在環(huán)境保護中獲得廣泛的應(yīng)用。②油中除水。在油田開采的初中期，油中含有一定量的水，為了減少輸送成本和便于原油加工，需要將油中的水去除。在成品油應(yīng)用過程中也常常采用旋流器，如在燃料油或液壓油使用中有時也使用旋流器除去油中的水。容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與三維實體模擬10③原油脫水。在油田開采的中后期，注水采油被廣泛采用，開采出的油水混合物中，含有大量的水，含水率一般在30%～90%，為了使原油脫水凈化與污水除油凈化后，分別得到合格的油品和水質(zhì) [12]，有必要使進入污水除油旋流器中的水%以內(nèi)，使進入原油脫水凈化旋流器中的油含水穩(wěn)定在20%下，為此要求在污水旋流除油及原油旋流脫水之前增設(shè)原油旋流預(yù)脫水環(huán)節(jié)，為污水旋流除油及原油旋流脫水凈化提供保障。水力旋流器具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、生產(chǎn)能力大、分離效率高、占地面積小、無傳動部件和易于實現(xiàn)自動控制的優(yōu)點，在選礦、洗煤、石油、天然氣、石化、三廢處理、淀粉工業(yè)、食品及飲料、造紙工業(yè)、高嶺土、水泥工業(yè)等許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用 [13]。我國在水力旋流分離技術(shù)發(fā)展較晚，20世紀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)普遍是引進成套的旋流器設(shè)備，根據(jù)國外文獻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，設(shè)計出適合我國油田實際情況的油水旋流器，開始了水利旋流分離器的實驗科研研究。水力旋流器除油技術(shù)是一種重要的分離技術(shù)，但是在實際情況下，單體的水力旋流器難以滿足較大的處理流量的要求時，通?？梢詫⒍鄠€單體結(jié)構(gòu)按照一定方式并聯(lián)組合起來工作。工程中，常見的水力旋流器有壓力容器式，開放排架式，另外還有輻射蛛網(wǎng)式、垂直排列式、徑向分布式等。 國內(nèi)外的壓力容器組合式除油設(shè)備 中國大慶石油學(xué)院研發(fā)的組合式油田采出液預(yù)分離水力旋流器該設(shè)備是將多根單體結(jié)構(gòu)的油田采出液預(yù)分離水力旋流器進行組合、固定在一個壓力容器殼體內(nèi)部，同時在容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)上采用一些獨特的設(shè)計來改善水力旋流器的預(yù)分離效果 [14]。如圖131所示，該設(shè)備的入口腔相對于其他兩腔體要大許多，即在不加大單體水力旋流器整體長度的前提下采用盡可能大的入口腔長度，另外在正對著入口腔的入口處及入口腔內(nèi)部靠近單體水力旋流器入口一側(cè)設(shè)計有擋流板組件，使油水混合液先經(jīng)過擋流板組件，在入口腔內(nèi)使其中的油進行一定程度