【doc】波纹板聚结法油水分离技术
波纹板聚结法油水分离技术
波纹板聚结法油水分离技术
郑陵杜英生(天津大学化学工程研究所天津市300072)',7巴c,,.—一/:/ 摘要首先介绍了板式聚结法原油脱水和污水除油等油水分离过程的发展概 况,指出板式聚结器具有效率高,设备简单的特点,特别是波纹板填料聚结器中波 纹板提供了流体在上面来回流动的曲折通道,这些曲折通道使分散液滴产生最大程
度的聚结,使波纹板聚结法成为近几年国内外研究和应用的一项新型油水分离技术.
通过对聚结碌理的分析,指出平行板分离器是各种聚结器分离的基础,并由此导出 波纹板聚结器油滴脱除率1--exp(一K(p--18p.)g^x~-sLj.最后,还介绍了各种聚结 器的结构,指出波纹板聚结器实际上是在卧式游离水脱除器的前面放置聚结填料,填
料长度从0.6096m到2.7432m不等,这取决于要求油水分离的程度.填料材料采用 7O,85的聚丙烯与15,30的人造纤维混合体,可保证长久的吸油功能. 主题词油水分离渡纹板聚结原油脱水污水处理油水分离器
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1.发展概况
1950年美国Shell(壳牌)公司制成第一台平行板捕集器(PPI)可去除的最小油滴直径
为6Om.在这之后不久,又设计出波纹板捕集器(CPI).波纹板捕集器要比平板捕集器好,
原因是波纹板增加了聚结表面积,波峰处更利于聚结油滴的上浮和固体物质的下沉这些捕
集器都是供炼厂处理污水之用,在油田上未能得到应用".
Fram公司于70年代开发了先进的聚结板分离器(CoalescingPlateSeparater),简称 CPS.其中的聚结元件为一叠V型板,板上有放液孔,允许聚结油滴垂直穿过板.8O年代C—
ENATCO公司开发了商标为Performax的板式聚结器(Performax为Performancemaxiza—
tion的缩写),这是一种错流设备(erossflowdevices),有人称为组合式波纹板(Assymetric
corrugatedplate).这些波纹板提供了流体在上面来回流动的曲折通道.这些曲折通道使分散
液滴产生最大程度的聚结.Performax分离器首先是应用到水的净化上,即从含油污水中去除
油,这一应用甚为成功.之后经过不断地开发,又在天然气去雾和原油脱水中得到了应用.这
些新型的油水分离技术不仅提高了分离效果,还使板式分离技术在密闭容器中得到应用.因
此特别适合油水分离的需要….
2.聚结原理及其计算
方法
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文献Eli认为,Performaxq复式聚结器的颗粒去除原理与平行板捕集器是一样的,即利
用油滴只需浮升较短距离就能到达板表面.通过与板表面碰撞,油滴发生聚结.CENATCO
公司分析了Performax处理器能提高处理能力的原因是:?水谪(或油滴)只需沉降(或浮
升)到邻近的板表面,而不必沉降(或浮升)到油水界面(oil—waterinterface);?波纹板片
油田地面工程(OSE)第13卷第2期(1994.4)l
(matrix)结构有非常大的聚结表面积;?能减少湍流,提高分离效率.rformax板与平
行
板的设计条件相当,即:雷诺数不超过400,最大水平流速为2.5m/rain.与所有重力分离器
一
样?Fram公司的聚结板式分离器(CPS)也是基于Stokes公式预测其性能,并有专门的
计算机程序
文献[2]通过综合考虑污水水质状况(污水油滴粒度分布和浓度分布)和重力分离装置
的结构参数,建立波纹板重力分离的数学模型,可直接计算排出水中的含油量: e=I—c',.—J—Lg(一x,y)3F
式中:F——每一板层通道的截面积,cm;e——浓度累加分布函数,C, 一
,();
d=g(x,)为最小可分离粒径与分离装置结构参数的关系式,即I临界粒径函数.对于由
波纹板对置构成的板组,其I临界粒径函数为:
一
?
式中:R——波峰高度,cm;V——板层自身所占体积,cma;
V?——重力分离装置的体积,cm.;Q——含油污水流量,cma/s. 文献[3]通过对波纹板聚结器内流动方向和截面不断变化的液流等量地用多层板层流来
表示,以及用Samter平均粒径来表示进口油滴平均粒径等假设,并列入校正因数K,导
出波纹板聚结器的油滴脱除率为:
一
()
式中:"——液流速度,m/s;——水的粘度,Pa?s;工——波纹板长度,m;
P——水的密度,kg/m.;^一波纹板波高,m;——油的密度,kg/ms. 3.几种波纹板聚结器的结构
Fram公司的聚结板式分离器(CPS)的结构见图1.聚结板由玻璃纤维制成,每块板上
有散液孔,聚结的油滴从波纹板峰的放液孔溢出.由于波纹通道的宽度不等(见图2),流体
在其问时而得到加速,时而得到减速,加剧了分散液滴间的碰撞和聚结.该设备主要适合处
理含油量在200~1000ppm的污水.出口水质在50ppm左右.
进瞌
围1聚结板式分离器(CPS)图2聚结波纹板结构
文献[4]对多层错流式聚结器申请了专利,如图3,4所示.其聚结部分是由多层斜板 重叠而成,与单层板式聚结器相比,可大大提高分离效率,而且不易阻塞.图中所示为散开
2油田地面工程(OSE)第13卷第2期(1994.4)
式.也可制成密闭式容器以利油田使用.
圉3多层错流式聚结器
文献[1]描述了Performax聚结器的结构+并
指出Performax聚结器实际上是在卧式游离水脱
除器(FWKO)的前面安置了聚结填料.两者的
差别是容器的长度.在聚结器中,大部分的油水
分离是在聚结部分中完成的.因而容器长度要比
游离水脱除器短.相对而言,FWKO是基于停留
时间进行分离的,固而需要较长的容器.
除上述差别外,PerfoYri3.ax聚结器的其他结
构类似于FWKO,标准结构设计中有气相部分,
油相部分和水相部分.当进油浓度较高时,油水
界面控制在容器中心线(脱水器设计).当进油浓
度较低时(2000ppm),界面将控制在较高的地方,
圉4聚结部分的多层斜板(AA截面)
盎浅
圉5Performx板式聚结器
并要求有较好的出水水质(撤油器设计).图5为典型的Performax设计文献[1]用具体数
据给出了在油田实际运用中FWKO与Performax的处理效果的比较. 单分子膜拣
薄嚷挂亲爿(性
纤维吸附情况
圉6亲油性纤维分子蕞的形成圉7亲木性纤维吸附单分子蕞
Performax聚结部分可由不同材料制造,如聚丙烯,不锈钢和碳钢.材料选择基于操作条
件.板网部分为一种改进的波纹板,波纹板垂直安装并和容器纵轴线平行.板上的波纹走向
成30.,6O.角,相间的波纹板上波纹互相平行}而相邻两板的波纹成交叉状.这样,流体流经
此部分时作向上和向下运动,有助于分散相液滴的聚结.实验表明分离段的整个截面安装这
种波纹板,将获得最佳处理效果.填料的长度从0.6096m(2ft),2.7432m(9ft)(下转21页)
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