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CN115650463A - 层流分离装置和油水混合液处理设备 - Google Patents

层流分离装置和油水混合液处理设备 Download PDF

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CN115650463A CN202210682028.2A CN202210682028A CN115650463A CN 115650463 A CN115650463 A CN 115650463A CN 202210682028 A CN202210682028 A CN 202210682028A CN 115650463 A CN115650463 A CN 115650463A
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Abstract

本发明提供了一种层流分离装置，包括聚结管、设置在聚结管上方的分离管，以及设置在分离管上方的排出管。聚结管和分离管之间通过第一连通管组彼此相连，分离管与排出管之间通过第二连通管组彼此相连。聚结管、分离管和排出管大致平行且间隔开地布置，并且均螺旋式地延伸，从而整体上形成一个螺旋式结构。待处理的油水混合液经第一管线进入聚结管，经处理后通过第一连通管组进入到分离管进行层流分离。所分离的油相通过第二连通管组进入排出管后经第二管线排出，所分离的水相从分离管经第三管线排出。本发明还提供了一种包括这种层流分离装置的油水混合液处理设备。

Description

层流分离装置和油水混合液处理设备
相关申请的交叉引用
本申请要求享有于2021年7月7日提交的发明名称为“油水混合液处理装置和方法”中国专利申请202110769487.X的优先权，该专利申请的全部内容通过引用结合于本文中。
技术领域
本发明涉及水处理领域，具体地涉及一种对油水混合液，例如含油污水进行油水分离的层流分离装置。本发明还涉及一种包含这种层流分离装置的油水混合液处理设备。
背景技术
油田化工企业会产出大量的含油污水。例如，仅就中石化集团而言，其各油田产出污水就达100×104m3/d。一般来说，含油污水的乳化严重，含有大量粒径微小的油滴及悬浮物质。这些微小的油滴及悬浮物质会稳定地悬浮在污水中，油水分离速度慢，去除困难。
为了加快油水分离，在现有技术中一般需要投加除油剂、絮凝剂或浮选剂、助凝剂等大量药剂，其加药量从几十mg/L到200mg/L，高的可达超过600mg/L。然而，大量加药会导致一系列问题，例如污水处理成本高、污泥产量大等等，给油田的生产运行带来沉重负担。
因此，本领域需要一种效率更高且无须投药的油水分离技术。
发明内容
本发明的一个目的在于提出一种层流油水分离装置，其能够通过层流分离技术来实现油水分离。本发明的另一个目的在于提出一种油水混合液处理设备。
根据本发明的第一方面，提供了一种层流分离装置，包括其中设有聚结填料的聚结管、设置在所述聚结管上方的分离管，以及设置在所述分离管上方的排出管。所述聚结管和分离管之间通过第一连通管组彼此相连，所述分离管与排出管之间通过第二连通管组彼此相连。所述聚结管、分离管和排出管大致平行且间隔开地布置，并且均螺旋式地延伸，从而整体上形成一个螺旋式结构。其中，待处理的油水混合液经第一管线进入所述聚结管，在所述聚结管中处理后通过所述第一连通管组进入到所述分离管进行层流分离。所分离的油相通过所述第二连通管组进入所述排出管后经第二管线排出，所分离的水相从所述分离管经第三管线排出。
在一个优选的实施例中，所述第一连通管组包括多个第一连通管，所述第二连通管组包括多个第二连通管，其中，每个第一连通管均与每个第二连通管彼此之间错开地布置。
在一个优选的实施例中，所述第二管线设置在所述排出管的顶端，所述第三管线设置在所述分离管的底端。
在一个优选的实施例中，所述第一管线在所述层流分离装置的上部与所述聚结管连接。
在一个优选的实施例中，所述第一管线在离所述层流分离装置的顶部为所述层流分离装置的整体高度的0-1/2的位置处与所述聚结管连接。
在一个优选的实施例中，所述聚结管的长度为所述分离管的20％-90％，所述排出管的长度与所述分离管的长度相同。
在一个优选的实施例中，所述聚结管的底端终止于所述第一连通管组中的最低的连通管处，而所述聚结管的顶端起始于第一管线与聚结管的连接部。
在一个优选的实施例中，所述分离管、聚结管和排出管的管径依次减小。
在一个优选的实施例中，所述第一连通管组设置于每一螺旋环的中上部区域，而所述第二连通管组设置于每一螺旋环的顶端。
根据本发明的第二方面，提供了一种油水混合液处理设备，包括依次布置的旋流分离装置、层流分离装置、电场分离装置、加药分离装置、物理沉降装置以及过滤装置。其中，所述层流分离装置是根据本发明的第一方面所述的层流分离装置。
根据本发明的层流分离装置具有整体上螺旋式延伸的结构，使得分离装置中的每一环都构成“仰角式”的油水分离器，相比于水平放置的层流分离装置而言具有更高的分离效率。此外，螺旋式竖直设置的层流分离装置具有较小的占地面积，便于安装应用。
根据本发明的层流分离装置利用“浅池”原理而充分分离。相较于普通的斜板除油等“浅池”除油装置，分离管中的液面深度低，液体流动缓慢，液体更易保持层流状态，更有利于油滴的上浮。排出管中形成的低含水的油相与分离管形成中的低含油的水相保持相对独立，从而减小了水力扰动对油水界面的影响，并显著提高了油水分离效率。
附图说明
下面将结合附图来对本发明进行详细地描述，在图中：
图1示意性显示了根据本发明的油水混合液处理设备的整体结构；
图2示意性显示了图1所示设备中的层流分离装置的垂直结构；和
图3示意性显示了图1所示设备中的层流分离装置的平面展开结构。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记表示。附图并未按照实际的比例绘制，并且各幅图中的某些细节被故意放大以便显示出所需要的细节之处。
具体实施方式
下面将结合附图来对本发明进行进一步的说明。在本文中，用语“上游”和“下游”以及类似用语均针对待处理流体的流动方向而定义。
图1显示了根据本发明的油水混合液处理设备10的整体结构图。该油水混合液处理设备10用于处理含油污水或油田采出液。然而可以理解，根据本发明的油水混合液处理设备10也可以用于处理其它油水混合液，例如市政污水。
如图1所示，根据本发明的油水混合液处理设备10通过由箭头示意性示出的进水管线20接受含油污水。含油污水在根据本发明的油水混合液处理设备10中依次经过旋流分离装置100、层流分离装置200、电场分离装置300、加药分离装置400、物理沉降装置500以及过滤装置600，进行分级处理。最终，经净化的水经由排水管线90排出整个装置。
图2和3分别示意性显示了图1所示设备中的层流分离装置200的局部的垂直结构和平面展开结构。如图2和3所示，来自旋流分离器100的一级处理流体经由第一管线21进入层流分离装置200中。层流分离装置200整体上形成一个螺旋式上升的结构。具体地说，如图2示意性所示，层流分离装置200包括聚结管210、分离管220以及排出管230，它们沿垂直方向由下往上地依次布置，聚结管210处于最下方，其上是分离管220，最上方是排出管230。聚结管210、分离管220以及排出管230彼此大致平行且间隔开地布置，并且均呈螺旋式地向上延伸。因此，层流分离装置200整体上形成一个螺旋式上升的结构。
根据本发明，在聚结管210与分离管220之间设置有第一连通管组240，从而将聚结管210与分离管220彼此相连。类似地，在分离管220与排出管230之间也设置有第二连通管组260，从而将分离管220与排出管230彼此相连。
第一连通管组240和第二连通管组260均包括若干个竖直布置的连通管。为清楚起见，在图3中仅示出了设置在聚结管210和分离管220之间的一个管段270，以及位于管段270两侧的第一连通管组240中的两个第一连通管241、242。另外，为清楚起见，在图3中仅示出了设置在分离管220和排出管230之间的三个管段281、282、283，位于这些管段附近的第二连通管组260中的三个第二连通管261、262、263。
如图3所示，一级处理流体经由第一管线21进入到层流分离装置200的聚结管210中。在聚结管210中设有聚结填料(如图3中示意性示出)。因此，一级处理流体中的细小油滴会在聚结填料的表面碰撞和聚结，从而长大成为大油滴。随着一级处理流体在聚结管210中流动，逐步实现破乳。破乳后的油滴上浮至聚结填料的上部，并逐步通过第一连通管组240中的第一连通管进入到分离管220中。
聚结管210中的聚结填料可使用本领域所公知的类型，例如粒状填料、束状填料、规整填料等。
一级处理流体在分离管220中利用“浅池”原理而充分分离。相较于普通的斜板除油等“浅池”除油装置，分离管220中的液面深度低，液体流动缓慢，液体更易保持层流状态，更有利于油滴的上浮。之后，上浮的油滴逐步通过第二连通管组260中的第二连通管进入排出管230中。同时，在排出管230中通过自然层流作用进一步分离出的水可在重力作用下通过第二连通管组260中的第二连通管返回到分离管220中。
在根据本发明的层流分离装置200中，排出管230中形成的低含水的油相与分离管220形成中的低含油的水相保持相对独立，从而减小了水力扰动对油水界面的影响，并显著提高了油水分离效率。
随着流体在分离管220中以层流的形式流动，所分离出的油相将经过第二连通管组260逐步富集在排出管230中，并经第二管线22而排出。同时，残余的水相将沿分离管220继续流动，最后经第三管线23进入电场分离器300，以进行下一级处理。
根据本发明的一个具体的实施例，第一连通管组240中的各个第一连通管与第二连通管组260中的各个第二连通管沿油水混合液的流动方向彼此之间错开地布置。作为一个示例，如图3所示，第二连通管261处于第一连通管241和242的中间。通过这种设置方式，避免了在第一连通管组240与第二连通管组260之间形成短路，使得从聚结管210进入到分离管220中的流体必须沿分离管220流动一段距离后才可能进入到排出管230中。由此，通过避免在第一连通管组240与第二连通管组260之间形成短路，显著地提高了油水分离效果。
根据本发明，聚结管210、分离管220以及排出管230相互平行且间隔开地呈螺旋式布置，如图2示意性所示。在一个优选的实施例中，第一连通管组240设置于每一螺旋环的中上部区域(即中间偏上位置)，例如，距离每一环的顶端为环高的1/4-1/2处，而第二连通管组260位于每一环的顶端处。通过这种方式，螺旋式布置的层流分离装置200中的每一环都构成“仰角式”的油水分离器。由于重力作用，水中油滴聚并后爬升至每一环的顶部聚集，然后通过第二连通管组260进入排出管230，水相则下沉聚集于至每一环底端，并自动逐级下行至分离管220底端。相比于水平放置的层流分离装置，具有上述结构的本发明的层流分离装置200克服了现有技术中的油水界面与出油口、出水口距离短的缺点，具有更高的分离效率。此外，通过螺旋式竖直设置的聚结管210、分离管220以及排出管230，极大地减小了层流分离装置200的占地面积。整个层流分离装置200的结构紧凑，便于安装应用。
由于水相和油相的密度差，水相相对向下运动而油相相对向上运动。根据本发明，整个层流分离装置200的水相出口设置在分离管220的下方，而油相出口设置在排出管230的上方。这样，分离管220下方的水相中的油含量较低，保证了经第三管线23排出的水相的水质；而排出管230上方的油相中含水量较低，使得经第二管线22排出的油相含水率低。
根据本发明的一个具体的实施例，聚结管210的长度为分离管220的20％-90％，而排出管230的长度与分离管220的长度相同。另外，第一管线21设置成在整个层流分离装置200的上部与聚结管210连接。在一个优选的实施例中，第一管线21在离层流分离装置200的顶部为层流分离装置200的整体高度的0-1/2，优选为0-1/4的位置处与聚结管210连接。由此能够增加油水分离的距离，进一步提高分离效果。
根据本发明的另一个具体的实施例，分离管220的管径最大，聚结管210的管径其次，而排出管230的管径最小。通过这种设计，分离管220可降低油水混合液的流速并能够为油水分离提供一定的深度，有助于进一步提高分离效果。
根据本发明的另一个具体的实施例，聚结管210的顶端起始于第一管线21与聚结管210的连接部，低于分离管220的与第二管线22的连接部。在距离聚结管210的顶端约1/8-1/3处设置第一连通管组240中的第一个联通管，其与分离管220连接，且设置于分离管220的相应螺旋环的中间偏上位置。聚结管210的末端终止于第一连通管组240中的最低的连通管处。通过这种设置，可以防止聚结管210中的流体未经充分处理便通过第一连通管组240进入到分离管220中，同时避免了聚结管210中出现不发挥作用的死水区。
以下通过若干示例来说明根据本发明的层流分离装置200的处理效果。
进水为某油田采出液经初步处理后的含油污水，其中，进水含油量为87.3-3512.7mg/L。采用根据本发明的层流分离装置200进行处理之后，出水含油量为24.9-69.8mg/L，除油率达69.4％-91.2％。具体数据如下表1所示。
表1
Figure BDA0003698742020000061
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.层流分离装置(200)，包括其中设有聚结填料的聚结管(210)、设置在所述聚结管上方的分离管(220)，以及设置在所述分离管上方的排出管(230)，
所述聚结管和分离管之间通过第一连通管组(240)彼此相连，所述分离管与排出管之间通过第二连通管组(260)彼此相连，
所述聚结管、分离管和排出管大致平行且间隔开地布置，并且均螺旋式地延伸，从而整体上形成一个螺旋式结构，
其中，待处理的油水混合液经第一管线(21)进入所述聚结管，在所述聚结管中处理后通过所述第一连通管组进入到所述分离管进行层流分离，所分离的油相通过所述第二连通管组进入所述排出管后经第二管线(22)排出，所分离的水相从所述分离管经第三管线(23)排出。
2.根据权利要求1所述的层流分离装置，其特征在于，所述第一连通管组包括多个第一连通管，所述第二连通管组包括多个第二连通管，其中，每个第一连通管均与每个第二连通管彼此之间错开地布置。
3.根据权利要求2所述的层流分离装置，其特征在于，所述第二管线设置在所述排出管的顶端，所述第三管线设置在所述分离管的底端。
4.根据权利要求3所述的层流分离装置，其特征在于，所述第一管线在所述层流分离装置的上部与所述聚结管连接。
5.根据权利要求4所述的层流分离装置，其特征在于，所述第一管线在离所述层流分离装置的顶部为所述层流分离装置的整体高度的0-1/2的位置处与所述聚结管连接。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的层流分离装置，其特征在于，所述聚结管的长度为所述分离管的20％-90％，所述排出管的长度与所述分离管的长度相同。
7.根据权利要求6所述的层流分离装置，其特征在于，所述聚结管的底端终止于所述第一连通管组中的最低的连通管处，而所述聚结管的顶端起始于第一管线与聚结管的连接部。
8.根据权利要求1到5中任一项所述的层流分离装置，其特征在于，所述分离管、聚结管和排出管的管径依次减小。
9.根据权利要求1到5中任一项所述的层流分离装置，其特征在于，所述第一连通管组设置于每一螺旋环的中上部区域，而所述第二连通管组设置于每一螺旋环的顶端。
10.油水混合液处理设备(10)，包括依次布置的旋流分离装置、层流分离装置、电场分离装置、加药分离装置、物理沉降装置以及过滤装置，其中，所述层流分离装置是根据权利要求1到9中任一项所述的层流分离装置(200)。
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