新型三相离心机处理油田干化池含油废水的研究

摘要：设计开发了犅犓犇１０００新型三相离心机用于油田干化池含油废水中油的回收。工业试验结果表明：油田干化池的含油废水经犅犓犇１０００三相离心机分离后，油中含水率降至３．５６％，油的回收率达到８５．２６％，排渣体积分数达到６２．１８％，为油田干化池含油废水中油的回收提供了理想的设备。
　　关键词：离心机　含油废水　废水处理　离心分离
　　０　引言
　　含乳化油的油水分离是当前的热点课题。油水分离是一个负熵过程［１］，必须加入能量。目前最常用的重力沉降池和离心设备都是利用油水间的密度差对其进行分离的［２］。重力式油水分离器已得到广泛应用，有多种类型，但处理能力低、设备占地面积大［３］。离心分离法常用的设备有水力旋流器和离心分离机［４］。工业用离心分离机主要分为立式和卧式两种，其中又以卧式离心机为主。在现有的离心机设计中，离心力场由旋转的碟片产生，流体的旋转速度取决于流体与碟片之间的摩擦阻力，流体的旋转速度滞后于碟片，因此用于分离的离心加速度远低于碟片的离心加速度［５］。本文设计开发了一种新型三相离心机用于油田干化池含油废水中油的回收，并进行了工业试验。
　　１　基本结构及主要设计参数
　　设计的三相离心机采用流体与分离部件同步旋转的方法，流体获得的离心加速度与主轴的转速同步，物料从中空轴给入，通过分配圆管进入分离空间，轻重物料分别通过底部不同位置的喷嘴排出，进入各自的接料槽，完成分离过程。犅犓犇１０００新型三相离心机的基本结构见图１。其由进料系统、料浆分配系统、分离系统、接料系统、支撑系统、传动系统、润滑系统和控制系统组成。
    （１）进料系统由静止的进油接管、轴承、旋转中空轴等部件组成。由于中空轴必须旋转，而进料的外部系统固定不动，因此采用轴承过渡。
    （２）料浆分配系统由１６个分配圆管组成，分为上下两层，每层８个。分配圆管固定在中空轴上。通过圆管，待分离的物料均匀分配到各分离单元中。
    （３）分离系统由上至下共８层，每层分为８个扇形单元，总计６４个扇形单元。上层粗分离物料通过层间底部圆孔进入下层再次分离，如此形成多次分离，提高了分离精度。
    （４）接料系统由固定在支撑底盘上的环形料槽以及旋转筒底部的喷嘴组成。喷嘴安装在旋转筒底盘，沿径向分为３圈，每圈８个。最里圈为出油嘴，中间为出水嘴，最外圈为出渣嘴。
    （５）支撑系统由上下支撑圆盘、固定外圆筒、轴承座、支腿等组成。
    （６）传动系统由电机、皮带轮、中空轴等组成。
    （７）润滑系统由润滑油箱、润滑油泵等组成，采用强制润滑。
    （８）控制系统采用变频器控制。
    电机带动中空轴旋转，分配系统、分离系统与主轴一起旋转，物料从中空轴给入，通过分配圆管进入分离空间，轻重物料分别通过底部不同位置的喷嘴排出，进入各自的接料槽，完成分离过程。
    离心机的处理能力犙犳＝１０m3／h，依据对油田现场干化池含油废水的实验室研究结果，设计离心机的最高转速为１５００r／min，离心半径为０．５m，最大离心因数为１２４５，分离区容积犞＝０．５m3。
    ２　工业试验
    工业试验是在油田现场进行的，处理对象为干化池的含油废水，从干化池取出的样品，用LD--４０实验室离心机在２０００r／min下离心处理１０min，样品在离心管里分为３层，上层为油，中间为水，下层为半固态沉积物（固形物）。经检测，油、水、渣体积含量分别约为２０％、７０％、１０％。
    ２．１　试验系统
    试验系统由胶泵、流量调节阀、回流阀、过滤器、流量计、热水清洗阀、BKD--１０００三相立式离心机、变频调速器等组成，设备连接见图２。
    离心机的转速由变频器控制，调节频率０～５０Hz，相应转速０～１５００r／min，进入离心机的含油废水流量由回流阀和流量调节阀联合控制，瞬时流量由流量计监视。胶泵流量４０m3／h，扬程４０m。
    ２．２　转速试验
    离心机的两个主要参数流量和转速可以在控制过程中灵活调节。转速可以通过变频器无级调节，流量通过调节阀、回流阀调节，流量计显示瞬时读数。固定油、水、渣喷嘴尺寸分别为１０mm、３mm、１mm不变，考察５m3／h和８m3／h流量下，离心机转速与油、水、渣流量分配比、出水含油率、出油含水率及出渣体积分数的变化关系，试验结果见表１和表２。
    当转速超过１２００r／min时，由于现场基础水平。度不高，造成离心机在运行时不够平稳，因而没进行１５００r／min的转速试验，考虑到转速和各出料口流量的关系，试验最大流量取８m3／h。
              
    根据表１和表２可以分析出相同流量下不同转速流场指标的变化情况以及相同转速下不同流量流场指标的变化情况。
    （１）出流分配比的变化规律：在固定给料流量时，随着转速的增加，出渣流量逐渐增加，离心机的排料在径向是由外到内完成的，首先满足出渣口的最大排料量，然后是排水量，最后是排油量，且各出料口流量变化规律的试验结果与理论计算基本吻合，这也证实了该离心机设计理念的正确性。当喷嘴尺寸一定时，离心机的最大出料量取决于转速，转速越大，出料量越大。
    （２）出渣体积分数的变化规律：在不同给料流量下，出渣体积分数随转速的增加均呈上升趋势，这是由于随着转速的增加，物料所受到的离心力越大，油、水、渣三相分离速度越快，出渣体积分数也就越高。在转速相同时，给料量越大，出渣体积分数越高。
    （３）出水含油率的变化规律：不同流量下，随转速的增加，出水含油率均呈先下降后上升的趋势，这是因为在特定的给料流量下，当转速超过某一极限时，出水喷嘴流量增加过大造成油进入水中引起含油率上升。可见，在一定的流量下，要获得较理想的分离指标，须选择合适的转速和喷嘴尺寸。从试验可以看出，当流量为８m3／h时，转速为９００r／min较适宜，此时喷嘴尺寸与转速比例合适，油、水、渣分离指标较理想，试验结果与理论分析计算基本吻合。
    （４）出油含水率的变化规律：不同流量下，随转速增加，油中含水率呈下降趋势，这是因为转速越高，油水所受离心力越大，离心沉降速度越快，分离效果越好。在相同转速下，流量越小，离心停留时间越长，油中含水率越低。在流量一定时，转速过高，会造成油从水嘴排出。只有选择合适的喷嘴尺寸和转速，才能达到油、水、渣三相的有效分离。对于试验给定的喷嘴尺寸条件，处理量达到８m3／h时，在转速达９００r／min后，分离效果较好，若进一步增加转速，虽然油中含水率还有所降低，但会使部分油混入水中，造成油的回收率下降。综合考虑油中含水率及油的回收率的指标，选择９００r／min较适宜。
    ２．３　喷嘴尺寸试验
    离心机的处理量、分离效果和喷嘴尺寸紧密相关，在给定的处理量下，提高离心转速可强化分离效果，但在设计的离心转速下，只有当喷嘴尺寸和此时的离心转速相匹配时，才会获得良好的分离效果。因此，在固定离心转速９００r／min的条件下，考察了处理量为８m3／h时，分离指标和喷嘴尺寸的比例关系。油、水、渣排料过程的理论分析和２．２的试验结果均表明，离心机的排料过程在径向是由外向内逐渐过渡的，因此，排油喷嘴的尺寸可固定为１０mm，使进入油区的油能够及时排出即可。试验中先固定排水喷嘴的尺寸，改变排渣喷嘴的尺寸，在确定排渣喷嘴尺寸后再改变排水喷嘴的尺寸以获得最佳分离效果。试验结果见表３、表４。
    由表３可见，随着喷嘴直径的增大，排渣体积分数下降，渣的去除率提高。因此，综合考虑排渣体积分数和渣的去除率两个指标，给料流量为８m3／h时，选择直径为１．２mm的排渣喷嘴较适宜。
               
               
    由表４可见，随着排水喷嘴直径的增大，水中含油率上升，部分油混入水中；喷嘴直径太小，部分水混入油中，油中含水率上升。因此，综合考虑油中含水率及油的回收率两个指标，给料流量为８m3／h时，选择直径为３mm的排水喷嘴较适宜。
    ２．４　工业稳定运行试验
    在工业条件试验的基础上，确定犅犓犇１０００三相立式离心机工业稳定运行的处理量为８m3／h，转速为９００r／min，油、水、渣喷嘴直径分别为１０mm、３mm、１．２mm，离心时间为３．７５min，按图２所示的流程，稳定连续运行７２h，共取样８批，每批取样３次合并。试验结果见表５。
                
    　　工业稳定试验设备运行平稳，物料进出流畅，油、水、渣三相分离良好，油田干化池的含油废水经离心机分离后，获得了较为理想的工业试验指标，油中含水率降至３．５６％，油的回收率达到８５．２６％，排渣体积分数达到６２．１８％，达到了现场提出的工业试验要求。存在的不足是，由于设备基础水平度不高，进一步提高离心转速，设备振动较大，因而限制了该机的处理量，同时技术指标也受到了一定的影响。
    ３　结论
    （１）BKD--１０００三相离心机可用于含油废水的油、水、渣三相分离，但需针对具体的物料合理匹配离心转速和各喷嘴尺寸的大小。
    （２）工业试验表明：油田干化池的含油废水经犅犓犇１０００三相离心机分离后，油中含水率降至３．５６％，油的回收率达到８５．２６％，排渣体积分数达到６２．１８％。
    （３）BKD--１０００三相离心机设备运行良好，出流顺畅，油、水、渣在径向三相分层明显，分离指标较好，可有效回收油田干化池含油废水中的原油，工业应用前景良好。