2 水力旋流器用于分离含油污水的介绍

　　2.1旋流器的基本结构和分离原理

　　水力旋流器是一种应用非常广泛的液体非均相混合物的分离设备，其基本原理是将具有一定密度差的液-液、液-固、液-气等两相或多相混合物在离心作用下进行分离，分离效率高、分离设备占用空间小，并且可连续操作。由于两相或多相液体混合物的分离在各种行业里都是一种非常普遍的现象，因此水力旋流器在化工、石油、选矿、环保、制药、食品、轻工、城市废水处理、造纸等诸多行业都有非常广阔的潜在应用市场。

　　针对钻井平台含油污水对液-液分离的要求，区别于传统的结构，双锥旋流器有着明显的特点和优势。其锥角很小，多了一个锥段并且有着更长的尾管段。小锥角可使锥段具有相当长的长度，从而保证足够的分离空间与分离时间，可以保证旋流器对微细颗粒有着较高的分离效率。另外，为了减小流体通过旋流器的压降，在小锥角的锥段与圆柱段之间还设置一个具有比较大角度的大椎段，通过大椎段的连接可以使圆柱段和旋流器进口都有比较大的直径，以保证旋流器的有个足够的生产能力（图2）。

　　液-液旋流器分离原理为：当混合介质由切向入口进入旋流腔后，在旋流腔内高速旋转，产生强烈的涡流。旋转的液体向下进入圆锥段后，旋流器的内径逐渐缩小，液体旋转速度相对加快。同时水力旋流器内底流口径最小，使液体无法全部从底流管排出，由于两相介质的密度差，使两相介质所受的离心力不同，轻质分散相油向轴线附近的低压区移动，聚集在轴线附近，边旋转边向上做螺旋运动，形成内旋流，最终从溢流口排出；连续相水也受到离心力的作用，因其密度大，被甩向四周沿旋流器边壁移动，与油分离开，并在后续液流的推动下，分离出的水由底流口排出。

　　2.2油水分离用水力旋流器的发展状况

　　油水分离旋流器的研究是由MT.Thew领导的研究小组于70年代首先开始进行的[1]，其研究的背景是：传统的海上采油平台上的污水处理装置采用带絮凝床的重力分离设备，以一个单独的100μ的原油油滴来说，在VLCC（超级油轮）上的重力分离装置中每上升15～20m的距离需要约5～15h，而实际的油滴尺寸约为30～50μ，在重力场中上升的速度就更慢，一个VCLL的污水处理量约为104～106L/min，这就意味着重力分离设备所需的体积为0.18m3/（h.T），而这种要求在海上采油系统中是很不现实的。

　　Thew等的研究结果首先公布于1980年的国际旋流器会议上，他们用Forties和Kuwait原油进行了初步的实验，并得到了一些重要结论[2-3]。通过很多人后续的研究和试验，油水分离旋流器分离技术逐渐成熟，如今它已在国外油田生产系统中获得广泛使用。

　　2.3旋流器与重力分离法的对比

　　旋流分离技术在油水分离中可用于油污水去油，与重力分离法一样，经过其处理后的含油污水，含油浓度可以控制在15ppm以内，完全满足排放要求[4]。同时，旋流分离技术被认为是一种高效节能型分离技术，相对于重力结合聚结或过滤或吸附等组合方式它具有如下优点[5]：

　　（1）结构简单：相对于重力分离法的1级、2级分离筒等结构方式，旋流器具有明显的优势；

　　（2）成本低，包括制造成本低、后期维护费用少、能耗低、无须任何帮助分离的介质；

　　（3）占地面积小、安装方便、运行费用低。水力旋流器的体积小，安全灵活可竖置也可横置，不需要特殊的安装条件，只需简单的支撑及管线连接即可工作，对于许多受空间限制的钻井平台有着特殊的意义；

　　（4）使用方便灵活，水力旋流器可以单独使用，也可并联使用来加大处理量，或串联使用增加处理深度；

　　（5）工艺比较简单，运行参数确定后可长期稳定运行，管理方便，有着明显的社会效益和经济效益。特别值得指出的是，这种分离过程完全是在封闭的状态下进行的，净化后的液体和分离的介质均可由管道输送回收，实现了闭路循环，不产生二次污染。

　　但旋流分离也有不足之处：

　　（1）通用性较差。处理不同性质的物料往往需要不同结构尺寸或操作条件的旋流器。不同的油水混合物往往具有不同的物性，因此，旋流器往往需要根据所处理的含油污水的物性参数进行专门设计；

　　（2）对运行条件要求高。需根据处理介质的性质、进料浓度和流量等的不同而专门设计，并确定其操作条件。如果参数设计不当，容易将液滴（油滴或水滴）打碎乳化而恶化分离过程；

　　（3）分离过程同样为不完全分离。水力旋流器和其它许多分离装置一样是不完全分离，但只要合理确定切割值，完全可满足工艺规定的要求。

　　3 结束语

　　随着海洋防污要求的越来越高，机舱污油水、平台零排放等所产生的大量含油污水都需要得到及时、高效的处理，旋流分离技术作为一种高效低成本的分离技术，已经有着非常成熟的系列产品。因此，在海洋石油钻井平台上，液-液旋流分离设备由于具有分离指标达标、体积小、安装方便、操作简单及维护成本低的特点，完全可以作为一种可信赖的含油污水处理设备进行应用。