【正文】 裝孔，每個(gè)單體的水力旋流器 30 通過板上的安裝孔被橫向安裝在壓力容器內(nèi)，左右兩腔室和隔板通過螺栓固定安裝，如圖 221 所示。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。輕相油通過頂部內(nèi)置在 33內(nèi)的集油槽流入隔離板 25。在此設(shè)備中，分離后的輕質(zhì)相油的收集是一個(gè)關(guān)鍵的過程，從局部放大圖中可清晰的看到，隔離板 25 分別由 25A 和 25B 兩部分共同構(gòu)成，它們之間形成了一個(gè)內(nèi)封閉的空間來收集單體旋流器內(nèi)油水分離后的油相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22液體，并通過設(shè)置在隔離板上的排油管 25C 流至排油管 23 排出容器。每個(gè)旋流器單體頂部都有相應(yīng)的排油管，可見，整個(gè)排油過程中采用的方式是獨(dú)立排油，可區(qū)別于下文介紹的內(nèi)部公共排油形式 [20]。通過局部放大圖很容易看到單體旋流管頂部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，入口塊 32 與溢流管33 之間存在一段內(nèi)徑很小的軸向排油通道來連接 33 內(nèi)的內(nèi)徑稍大的溢流管，含油廢水的切向入口被設(shè)置在管壁一旁。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可更好的解決混合液與油相的入口問題，因?yàn)檫^小的溢流口尺寸不利于中心油柱的排出，過大的溢流口尺寸會導(dǎo)致從溢流口會排出過多的未完成分離的混合液。圖222 單體旋流管局部放大圖20容器壁；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；32入口塊；33集油管；37螺栓實(shí)際處理中，水力旋流器組合設(shè)備的處理能力是取決于單體旋流器的數(shù)量和型號的。由于海上平臺的空間是有限的，而該設(shè)備內(nèi)部的溢流管道和固定的螺栓占據(jù)了一定的壓力容器內(nèi)部空間，限制了單體水力旋流器的個(gè)數(shù)和排列方式，從而減少了含油廢水的處理量。另外，內(nèi)部的溢流管道維修不方便，在海上平臺的環(huán)境上，將會給維修工人帶來麻煩。 三腔室水力旋流器結(jié)構(gòu)基于對上述的兩腔室 Vortoil 型旋流器所存在的缺點(diǎn)和不足，Kevin ’Brien于 1994 年 8 月提出了“三腔體水力旋流器”結(jié)構(gòu)專利（） ，該結(jié)構(gòu)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23計(jì)是先前結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，結(jié)構(gòu)如圖 223 所示。(1) 原有設(shè)備的改進(jìn)在專利 中，作者針對原有設(shè)備的處理量小，輸油管線維修不方便等缺點(diǎn)提出了新的組合式壓力容器結(jié)構(gòu)，很好的解決了兩腔室水力旋流器所存在的問題 [21]。 圖223 三腔體壓力容器式設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖100水力旋流器；110壓力容器；112入口腔壁；114 集水腔壁；116 溢流腔壁；125封頭板；11126螺栓；131入口；132排水口；133 排油口；13135 排污口；137138隔板開口；141入口腔；143底流腔；145溢流腔；150旋流管；155底流口該水力旋流器設(shè)備在結(jié)構(gòu)上屬于三腔體水力旋流器，從其結(jié)構(gòu)簡圖看來，該裝備是一個(gè)空心的壓力容器，內(nèi)有兩塊隔板將壓力容器分為三個(gè)部分，即溢流腔、入口腔、底流腔。隔板上均勻分布著安裝孔，單體的水力旋流器通過安裝孔固定在壓力容器空間內(nèi)，在各個(gè)接觸點(diǎn)都設(shè)有良好的密封措施。各個(gè)腔體是通過法蘭和螺栓連接的。排油方式由獨(dú)立排油轉(zhuǎn)變?yōu)楣才庞?，這種方式大大減少了維修過程中的困難和麻煩。并且，設(shè)備通過左端的封頭板可方便、快捷的進(jìn)行拆卸。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。(2) 結(jié)構(gòu)具體說明如圖223所示的三腔體水力旋流器的結(jié)構(gòu)示意圖，該壓力容器110主要部分由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24一對空心套筒112和114組成，兩個(gè)套筒是通過螺栓118配合連接，內(nèi)部有兩個(gè)隔板121和122，將設(shè)備橫向分為出油腔，入口腔和排水腔。內(nèi)設(shè)多個(gè)單體旋流管150，從橫向方向通過隔離板的開孔137和138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，三個(gè)腔室通過螺栓連接，有較好的密封性。從它們的體積分布來看，進(jìn)口腔室最大，溢流腔最小，在節(jié)約了內(nèi)部空間的同時(shí)也保障了含油廢水的最大處理量。圖224 單體水力旋流器局部放大結(jié)構(gòu)圖151旋流管；152后膛入口；153頂端溢流塊；154頂端；156扳手平面；158旋流管底流通道；161入口塊；164護(hù)耳；166 后壁；169軸向通道；171 溢流塞；181旋流管末端；185O形圈；191軸肩含油廢水從采油廢水口131進(jìn)入到入口腔，油水混合液經(jīng)一定的壓力由旋流管周圍的切向方向進(jìn)入單體旋流管中頂部的切向入口152與161之間，如圖224單體旋流管局部放大圖所示，油水混合相在旋流管內(nèi)部高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由于密度、離心力的差異，重質(zhì)相水被甩至管壁并沿底流通道158向底流口流動(dòng)，在底流腔內(nèi)收集，由排水口132排出。輕質(zhì)油相的溢流過程是由溢流塞171結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，它與延長管151的頂端相連，利用溢流塞底部的凸臺與頂端154通過螺紋連接，輕質(zhì)相油在離心力的作用下向上運(yùn)動(dòng)至油相通道169進(jìn)入旋流管頂部溢流槽178，從溢流口排除進(jìn)入排油腔143收集，從而達(dá)到油水的分離目的。相比與Vortoil型水力旋流器的排油方式，該設(shè)備采用公共排油。其中，混合液由切向入口進(jìn)入到旋流管150，這會使旋流管單體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的趨勢，入口塊161的不對稱設(shè)計(jì)起到了阻止旋轉(zhuǎn)的反向力，這樣，在水力旋流器的操作過程中，是通過緊錮螺紋來解決工作過程中的不穩(wěn)定。單體水力旋流器從結(jié)構(gòu)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25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。從結(jié)構(gòu)上看，溢流塞內(nèi)部的集油槽是一個(gè)內(nèi)徑漸開闊的狹長錐型空間，特別是軸向通道169，相比之下，內(nèi)徑最小，含油廢水在以一定的壓力進(jìn)入到旋流管內(nèi)，混合相幾乎無法進(jìn)入到集油槽。在壓力容器設(shè)備中，進(jìn)口腔和底流腔各設(shè)有一個(gè)排污口13135，排污口上設(shè)有閥門，可供維修使用。13132和133相應(yīng)的進(jìn)出口上也設(shè)有閥門，以供根據(jù)實(shí)際處理量的大小來調(diào)節(jié)各腔室的流量。圖225 單體旋流管結(jié)構(gòu)爆炸圖159螺紋； 172凸臺；175密封圈；182孔；183扳手平面由單體水力旋流器局部放大圖和爆炸圖（如圖225所示）可知，單體水力旋流管主要由延長管151和護(hù)耳164，旋流管頂端154和溢流塞171組成。溢流塞通過特有的凸臺結(jié)構(gòu)17密封圈結(jié)構(gòu)175和旋流管頂端的螺紋固定在旋流管頂端154上，保障了單體水力旋流器的密封性能，后膛入口152與入口塊161之間的矩形切口是圓周曲線方向上的切向入口，混合液體由此進(jìn)入到單體管中進(jìn)行分離。針對圖226所示的單體旋流管左視圖，可以很清楚的了解單體旋流管的切向入口設(shè)計(jì)問題。在進(jìn)口弧形結(jié)構(gòu)163中，頂部設(shè)有一切向進(jìn)口槽162，它位于整個(gè)旋流管結(jié)構(gòu)的頂部，進(jìn)口設(shè)計(jì)為切向方向，是為了使高速的混合液體進(jìn)入單體結(jié)構(gòu)時(shí)產(chǎn)生加速旋轉(zhuǎn)的渦流。為了減少混合液對內(nèi)部結(jié)構(gòu)的腐蝕性，入口塊161采用的是耐腐蝕材料制造而成。整個(gè)進(jìn)口塊161的側(cè)壁被設(shè)計(jì)為有兩個(gè)平面167A 形狀，這是為了與單體旋流管內(nèi)部軸向平面結(jié)構(gòu)相配合，使其在安裝時(shí)，進(jìn)口塊161可更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26方便的在管151軸向延長方向固定。在進(jìn)口弧形結(jié)構(gòu)上還設(shè)有護(hù)耳164，它的形狀與頂端溢流塊153大體一致，由圖5單體旋流管的局部放大圖可清楚的看到，當(dāng)結(jié)構(gòu)153與護(hù)耳164裝配時(shí)，恰恰延長了單體管的內(nèi)部軸向距離，此類形式的設(shè)計(jì)也保障了裝備各個(gè)零件時(shí)的密封性能，如此配合是的進(jìn)口塊161結(jié)構(gòu)在單體旋流管中更好的固定。圖226 單體旋流管頂端左視圖162切向進(jìn)口槽；163進(jìn)口弧形結(jié)構(gòu)；164護(hù)耳；16167側(cè)壁頂端溢流塊153的獨(dú)立設(shè)計(jì)是為了方便維修。在實(shí)際的生產(chǎn)處理中，單體旋流管在經(jīng)過一段時(shí)期使用后，在內(nèi)部會堆積很多沉淀物，如果沒有頂端溢流塊的獨(dú)立設(shè)計(jì)，維修人員就需要從切向入口162入手，將整個(gè)入口塊161撬開，這樣就會破壞旋流管頂部結(jié)構(gòu)，特別是切向入口162，任何磨損都可能會影響到單體旋流管的分離效率。頂端溢流塊153的獨(dú)立設(shè)計(jì)，解決的維修過程中的繁瑣和麻煩，通過吊耳164就可以方便的對入口塊161進(jìn)行拆卸更換，減少了不必要的人力和成本。圖227 單體旋流管軸肩部分左視圖181旋流管末端；183扳手平面；191 軸肩；19193葉片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27如圖227所示的是單體旋流管頂部的溢流塞左視圖，溢流塞171在末端有一個(gè)正六邊形的扳手平面183，在延長管151上，也存在相應(yīng)的一個(gè)扳手平面156，這類結(jié)構(gòu)是為了安裝的方便和快捷，相關(guān)的工作人員可直接通過這兩個(gè)平面擰緊延長管151上的溢流塞，保障單體旋流管的良好的密封性能。溢流塞171上還有一個(gè)很重要的軸肩結(jié)構(gòu)191，此軸肩所在同心圓的直徑比旋流管150的其它部分以及隔板121和122上的安裝孔137和138都要大。這種設(shè)計(jì)，增加了溢流腔與進(jìn)水腔的密封性能。同時(shí)，在壓力容器內(nèi)安裝單體的水力旋流管時(shí)，軸肩結(jié)構(gòu)所起到的作用就是固定單體水力旋流管，緩解在工作狀況下水流對單體結(jié)構(gòu)沖擊帶來的不穩(wěn)定性。在靠近軸肩191的位置上，有一對O 形圈185（如圖225所示），O形圈結(jié)構(gòu)使每一根單體水力旋流器150 與隔板121的每個(gè)開口處有良好的密封性能，它使入口腔的含油廢水不會因?yàn)榘惭b空隙流進(jìn)分離后的溢流腔內(nèi)，保證了各個(gè)腔室只能由水力旋流管連接。同理可知在隔板122上的安裝孔138的位置上，也有一堆O形圈結(jié)構(gòu)來保證相鄰兩個(gè)腔室的密封性。圖228 組合旋流管在容器內(nèi)排列左視圖由圖228可知容器組合式單體旋流分離器的安裝情況，所有旋流管在壓力容器內(nèi)按照正六邊形均勻分布，正六邊形外接于圓，這種方式充分利用了圓柱形設(shè)備內(nèi)的有限空間，最大限度的保證了單體水力旋流器整體的數(shù)量，從而在同體積的壓力容器設(shè)備中可以處理最大量的含油廢水。這種排列會導(dǎo)致在所有單體水力旋流器中存在6個(gè)特殊位置的單體管150A分布在壓力容器邊緣，這些特殊位置的水力旋流器與內(nèi)層116A最近。這6個(gè)的水力旋流器 150A由于位置的特殊性，它在工作過程中受到內(nèi)層116A的限制，是無法自由旋轉(zhuǎn)的。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28 “三角式”排布的水力旋流器隨著水力旋流器技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，Keith US6918494中針對傳統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)（如圖229所示）提出了一種新型結(jié)構(gòu)的壓力容器組合，即三角式排布的水力旋流器（如圖2210所示）。這類結(jié)構(gòu)在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過改變單體旋流管的排布方式提升了傳統(tǒng)設(shè)備的處理效率。(1) 原有設(shè)備概述在此專利提出之前，傳統(tǒng)的水力旋流器內(nèi)部單體旋流管的安裝是彼此平行的，我們可以從圖229 中清晰的看到，結(jié)構(gòu)外形是一個(gè)圓柱形的壓力容器12，隔離板14，16將壓力容器分割為溢流腔，進(jìn)水腔，底流腔。該設(shè)備的進(jìn)水腔的體積最大，即在不加大單體水力旋流器整體長度的前提下，盡可能的增大入口腔的長度，可以更大量的處理含油廢水。單體旋流管由溢流部分20，分離部分24，底流部分26和入口部分22組成，在旋流管底部安裝了一根公共排水管36。圖229 傳統(tǒng)水力旋流器結(jié)構(gòu)簡圖12壓力容器；14，16隔離板；18單體旋流管；20溢流部分；22混合液入口部分；24分離部分；26底流部分；28 混合液入口腔；30混合液入口；33排油口；35排水口；36 公共排水管油水混合液在壓力的作用下，通過混合液入口30高速運(yùn)動(dòng)進(jìn)入到壓力容器的混合液入口腔28中，液體從入口腔28以切線的方向進(jìn)入單體水力旋流管18的入口31進(jìn)入到入口部分22中，進(jìn)行油水分離過程，含油廢水在單體旋流管內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，所形成的高速旋轉(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)，從底流口的公共排出口36排出，輕質(zhì)相油則被迫移向軸心并向上流動(dòng)，從溢流口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2920流至溢流腔在由排油口33排出壓力容器設(shè)備 [22]。由結(jié)構(gòu)簡圖可以清晰看到，單體旋流管頂部存在一段圓柱型結(jié)構(gòu)32，在整個(gè)單體管結(jié)構(gòu)中，圓柱型結(jié)構(gòu)的直徑最大。在這種情況下，各個(gè)單體旋流管之間是平行安裝的，而且相鄰兩根單體旋流管之間的安裝距離較近，所有的最大直徑位置都被排布在徑向的同一位置上，這就會影響到單體水力旋流器的具體安裝。各個(gè)旋流管之間的距離是由圓柱型結(jié)構(gòu)的最大直徑所決定。這樣的排列會影響壓力容器中單體水力旋流器的安裝個(gè)數(shù)。此外，每根旋流管的入口位置31都在壓力容器內(nèi)部的徑向同一位置上，這種分布會使徑向某一位置入口排列密集，混合液在高速運(yùn)動(dòng)的過程中進(jìn)入旋流管之前在入口處會有彼此的干擾，這樣會降低水力旋流器的處理性能。(2) 原有設(shè)備改進(jìn)針對傳統(tǒng)水力旋流器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和不足，在專利US6918494B2中作者Keith “三角形 ”分布的壓力容器式水力旋流組合形式，該結(jié)構(gòu)有效的解決了傳統(tǒng)設(shè)備中旋流管入口部分進(jìn)口