一种撇油罐的入口沉降装置及撇油罐的制作方法

1.本发明涉及撇油罐技术领域，具体涉及一种撇油罐的入口沉降装置及撇油罐。


背景技术：

2.原油开采出来后，经过油水分离后脱出的采出水仍含有一定量的原油、泥沙等物质，形成污水混合物；若污水不经过处理直接回注地层或排放，会逐渐堵塞地层或严重污染环境。
3.撇油罐是一种常用的污水处理设备，其利用油水的相对密度差来进行油水分离；如图1所示，撇油罐主要由罐体1、中心筒2、配水管3、集水管4、收油槽5、出水管6、溢流管7、排油管8等组成；含油污水经中心筒2和配水管3进入撇油罐的罐体1内，配水管3的出口与集水管4的进口之间的沉降分离区会发生一些油滴的聚结，油滴的浮力使它们与水流逆向浮升，水里释放出的少量气体有助于油滴上浮，油滴上浮至水面，最终被收油槽5收集、撇去，并通过排油管8排出；水向下流动通过出水管6流出。
4.如图2、3所示，中心筒2通过配水/集水干管9、配水/集水支管10与配水/集水口11相连，从配水/集水平面布置图和安装示意图可以看出，撇油罐的配水和集水口需要尽可能均匀布满撇油罐的横截面；为了提高分离效果，配水口与集水口需要错开22.5
°
布置。
5.现有撇油罐的计算方法主要控制撇油罐污水有效停留时间、污水沉降速度和进出水流速，根据斯托克斯公式和大量经验得出的现有撇油罐计算方法需要控制的参数值如下表1所示；
6.表1
[0007][0008]
现有撇油罐存在的缺点如下：
[0009]
现有撇油罐罐内构件较多，设计约束条件多，计算复杂，罐内布置复杂，对于设计和建造要求较高；同时如果含油污水具有很强的腐蚀性，则罐内管线容易被腐蚀破坏，降低了撇油效果，且不容易检查和维修。


技术实现要素：

[0010]
针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供一种撇油罐的入口沉降装置及撇油罐，其对含油污水具有很好的排气、布液和沉降的效果，在满足分离指标的同时降低工程成本。
[0011]
本发明公开了一种撇油罐的入口沉降装置，所述入口沉降装置包括：入口管嘴、布
液排气半开管和筒状的导液竖挡板；
[0012]
所述入口管嘴安装在撇油罐的罐壁上，所述布液排气半开管置于所述撇油罐的罐体内且安装在撇油罐操作液面以上，所述布液排气半开管的开口朝下且与所述入口管嘴的罐体内端相连接；
[0013]
筒状的所述导液竖挡板位于所述布液排气半开管的下方且沿着撇油罐的罐壁安装，筒状的所述导液竖挡板距撇油罐的罐底有预设距离。
[0014]
作为本发明的进一步改进，所述入口管嘴包括管口，所述管口的罐体外端安装有第一法兰且在与罐体外壁的连接处安装有加强板，所述管口的罐体内端通过第二法兰、垫片和第一螺栓螺母与所述布液排气半开管的一端相连，所述布液排气半开管的另一端安装有封头钢板，所述管口的罐体内段通过支撑和连接板固定在罐体内壁上。
[0015]
作为本发明的进一步改进，所述布液排气半开管水平布设且通过连接板、第二螺栓螺母和半开管支撑板安装在所述导液竖挡板上。
[0016]
作为本发明的进一步改进，所述布液排气半开管安装在撇油罐操作液面以上1m，所述布液排气半开管的直径与撇油罐进口管线直径相同，所述布液排气半开管深入撇油罐的长度为布液排气半开管直径的5～7倍，优选为6倍；所述布液排气半开管的开口角度为120
°
，开口长度为布液排气半开管直径的2.5～3.5倍，优选为3倍。
[0017]
作为本发明的进一步改进，所述导液竖挡板上安装有用于加固所述导液竖挡板的横向加强钢板、竖向加强钢板和/或支撑加强板，所述导液竖挡板在与罐体内壁的连接处安装有罐壁焊接板。
[0018]
作为本发明的进一步改进，所述导液竖挡板的底部安装有导液竖挡板支撑，所述导液竖挡板支撑设置在罐底上，所述罐底上相对应所述导液竖挡板的下端设有罐底加强板。
[0019]
作为本发明的进一步改进，筒状的所述导液竖挡板距撇油罐的罐底2～3m。
[0020]
本发明还公开了一种撇油罐，包括：罐体和设置在所述罐体内的撇油槽、出水口和入口沉降装置；
[0021]
所述撇油槽和出水口设置在远离所述入口沉降装置的罐壁上。
[0022]
作为本发明的进一步改进，所述撇油罐的油水分离模拟方法，包括：
[0023]
使用计算流体力学模拟撇油罐内流动情况；根据撇油罐内部的流动情况，选择欧拉多相流模型进行模拟，在入口、出口以及内部构件流速较高的地方，采用紊流模型，在其他流速较低的地方采用层流模型；对气泡、油滴、固体颗粒的模型采用离散相追踪模型，得出撇油罐内流场分布和油滴粒径的分离效果；根据模拟结果对撇油罐内部构件的几何尺寸及布置，进行优化，确认撇油罐的分离性能达标。
[0024]
作为本发明的进一步改进，计算流体力学网格模型的参数包括：直径、罐高、含油污水流量、水流量、油流量、操作液位和有效容积。
[0025]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0026]
本发明的入口沉降装置简化了常规撇油罐的中心筒、布水配管等结构，解决了常规撇油罐内构件较多、设计约束条件多、计算复杂、罐内布置复杂，对于设计和建造要求较高的问题；其利用相对简单的结构满足分离要求，能够缩短设计建造周期，节约工程成本；
[0027]
本发明的入口沉降装置解决了常规撇油罐内管线容易被腐蚀破坏，且不容易检查
和维修的问题，增加了撇油罐运行的稳定性；
[0028]
本发明所采用的数值模拟计算方法解决了传统撇油罐计算只控制停留时间等间接参数，无法准确得出准确的油水分离效果问题；其可以对不同油滴粒径分离效率仿真计算，得出准确的分离效果；该方法仿真模拟了流体中的油滴、气泡、固体颗粒等分离轨迹，直观定量地优化撇油罐内部结构。
附图说明
[0029]
图1为现有撇油罐的结构示意图；
[0030]
图2为现有撇油罐的配水、集水平面布置图；
[0031]
图3为现有撇油罐的配水、集水安装示意图；
[0032]
图4为本发明一种实例公开的撇油罐的结构示意图；
[0033]
图5为本发明一种实例公开的撇油罐的入口沉降装置的结构示意图；
[0034]
图6为图5的a-a结构示意图；
[0035]
图7为图5的b-b结构示意图；
[0036]
图8为本发明一种实例公开的撇油罐的计算流体力学油相分布图；
[0037]
图9为本发明一种实例公开的撇油罐的仿真模拟油滴轨迹图；
[0038]
图10为本发明一种实例公开的撇油罐的计算流体力学网格图。
[0039]
图中：
[0040]
现有技术：
[0041]
1、罐体；2、中心筒；3、配水管；4、集水管；5、收油槽；6、出水管；7、溢流管；8、排油管；9、配水/集水干管；10、配水/集水支管；11、配水/集水口。
[0042]
本发明：
[0043]
①
、第一法兰；
②
、管口；
③
、加强板；
④
、支撑；
⑤
、垫片；
⑥
、第一螺栓螺母；
⑦
、第二法兰；
⑧
、布液排气半开管；
⑨
、封头钢板；
⑩
、横向加强钢板；竖向加强钢板；导液竖挡板；罐壁焊接板；罐底加强板；导液竖挡板支撑；支撑加强板；连接板；第二螺栓螺母；半开管支撑板。
具体实施方式
[0044]
为使本发明实例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实例中的附图，对本发明实例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实例是本发明的一部分实例，而不是全部的实例。基于本发明中的实例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实例，都属于本发明保护的范围。
[0045]
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
[0046]
如图4～7所示，本发明提供一种撇油罐的入口沉降装置，其可分离出含油污水中的油滴和悬浮物，对含油污水具有很好的排气、布液和沉降的效果；该入口沉降装置包括：入口管嘴、布液排气半开管
⑧
、筒状的导液竖挡板及相应的支撑；其中，入口管嘴安装在撇油罐的罐壁上，布液排气半开管
⑧
置于撇油罐的罐体内且安装在撇油罐操作液面以上，
布液排气半开管
⑧
的开口朝下且与入口管嘴的罐体内端相连接；筒状的导液竖挡板位于布液排气半开管
⑧
的下方且沿着撇油罐的罐壁安装，筒状的导液竖挡板距撇油罐的罐底有预设距离。
[0047]
具体的：
[0048]
本发明的入口管嘴包括管口
②
，管口
②
的罐体外端安装有第一法兰
①
且在与罐体外壁的连接处安装有加强板
③
，管口
②
的罐体内端通过第二法兰
⑦
、垫片
⑤
和第一螺栓螺母
⑥
与布液排气半开管
⑧
的一端相连，布液排气半开管
⑧
的另一端安装有封头钢板
⑨
，管口
②
的罐体内段通过支撑
④
和连接板固定在罐体内壁上。
[0049]
本发明的布液排气半开管
⑧
水平布设且通过连接板第二螺栓螺母和半开管支撑板安装在导液竖挡板上；其中，布液排气半开管
⑧
安装在撇油罐操作液面以上1m，布液排气半开管
⑧
的直径与撇油罐进口管线直径相同，布液排气半开管
⑧
深入撇油罐的长度为布液排气半开管直径的5～7倍，优选为6倍；布液排气半开管
⑧
的开口角度为120
°
且开口方向为正下方，开口长度为布液排气半开管直径的2.5～3.5倍，优选为3倍。
[0050]
本发明的导液竖挡板上安装有用于加固导液竖挡板的横向加强钢板
⑩
、竖向加强钢板和/或支撑加强板导液竖挡板在与罐体内壁的连接处安装有罐壁焊接板导液竖挡板的底部安装有导液竖挡板支撑导液竖挡板支撑设置在罐底上，罐底上相对应导液竖挡板的下端设有罐底加强板筒状的导液竖挡板距撇油罐的罐底2～3m，优选为2.8m。
[0051]
本发明的上述支撑结构可提高入口沉降装置的机械强度。
[0052]
如图4所示，本发明提供一种撇油罐，包括：罐体和设置在罐体内的撇油槽、出水口和入口沉降装置；撇油槽和出水口设置在远离入口沉降装置的罐壁上，即如图4所示的入口沉降装置设置在左侧，撇油槽和出水口设置在右侧，且撇油槽设置在罐体的油相液面处，出水口设置在罐体的底部。应用本发明入口沉降装置的撇油罐可以达到常规撇油罐相同的布液排气的效果，同时简化撇油罐的内部结构。
[0053]
本发明撇油罐的工作原理，包括：
[0054]
生产水经过安装在撇油罐上部的布液排气半开管
⑧
进入撇油罐内，在布液排气半开管
⑧
处完成初步的气液分离；然后进入导液竖挡板导液竖挡板将生产水引到撇油罐底部并降低生产水流速，生产水中的大部分固体颗粒也在导液竖挡板下部沉积在罐底；从导液竖挡板底部流出的生产水将在撇油罐内进行重力沉降，油滴上浮至水面，最终进入撇油槽，处理好的生产水从罐底部的出水口流出。
[0055]
本发明使用计算流体力学模拟撇油罐内流动情况、油滴运动轨迹以及停留时间等因素，为撇油罐的设计提供依据。使用计算流体动力学研究撇油罐内部构件，得出撇油罐内流场分布和油滴粒径的分离效果，根据模拟结果对撇油罐内部构件的几何尺寸及布置进行合理优化，确认撇油罐的分离性能达标。其中，图8所示的为撇油罐的计算流体力学油相分
布图，该图仅用于示意出油相的分布，图8中上下的深色区为低油相分布或无油相分布，中部的亮色区域为油相分布区，且亮色区域自边缘向中间其油相分布越高；图9所示的为撇油罐的仿真模拟油滴轨迹图，该图仅用于示意出自入口沉降装置至撇油槽的油滴轨迹。
[0056]
实例：
[0057]
使用计算流体动力学，共模拟了三种尺寸的安装本发明入口沉降装置的撇油罐，具体参数见表2；
[0058]
表2
[0059]
参数模型1模型2模型3单位直径22.52719m罐高121212m含油污水流量563.3839.8387m3/h水流量561836.4385m3/h油流量2.33.42m3/h操作液位101010m有效容积265938131872m3
[0060]
计算流体仿真网格模型如图10所示，根据撇油罐内部的流动情况，选择欧拉多相流模型进行模拟，在入口、出口以及内部构件流速较高的地方，采用紊流模型，在其他流速较低的地方采用层流模型；对气泡、油滴、固体颗粒的模型采用离散相追踪模型。
[0061]
得到三种模型的不同油滴粒径的分离效率，如表3所示；
[0062]
表3
[0063]
油滴粒径(μm)模型1分离效率(％)模型2分离效率(％)模型3分离效率(％)1545.844.647.02053.952.755.23072.771.574.05088.387.489.27598.297.098.7100100.0100.0100.0150100.0100.0100.0250100.0100.0100.0500100.0100.0100.0
[0064]
由模拟结果可以得出：安装本发明入口装置的撇油罐能够100％去除100μm以及上粒径的油滴，满足实际生产需要。
[0065]
本发明首次将计算流体力学(cfd)模拟方法应用于撇油罐油水分离模拟，通过跟踪颗粒轨迹及颗粒分布计算油水分离效果，与常规撇油罐油水分离计算手段相比，提升了分析模拟计算精准度，可以得出准确的分离效果。
[0066]
以上仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。