油水分离器在酸性水汽提装置中的应用

油水分离器在酸性水汽提装置中的应用

陈󰀁相

(巴陵石油化工有限公司烯烃事业部,湖南󰀁岳阳󰀁414014)

摘󰀁要:根据酸性水装置的特点,采用油水分离器动态脱油取代原脱油罐沉降静态脱油,缩短了工艺流程,消除了酸性水大罐的泄漏,介绍了油水分离器在酸性水装置中的成功应用以及油水分离器的结构组成、工作过程、使用特点及工作原理。

关键词:酸性水汽提装置;油水分离器;浅池原理

ApplicationofOil-waterSeparatorUnitintheAcidicWaterVapor

CHENXiang

(BalingPetrochemicalCo󰀁,Ltd󰀁,OlefinDivision,HunanYueyang414014,China)

Abstrct:Thedynamicoil-waterseparatorfromtheoiltankreplacedtheoriginalsettlementfromstaticfromoilac󰀂

cordingtocharacteristicsofacidicwaterdevice,whichshortenedtheprocess,eliminatedthelargecansofacidicwater

leak󰀁TheapplicationofOil-waterseparatordevicesintheacidicwater,aswellasthestructureofthecompositionofthe

workingprocess,theuseofthecharacteristicsandworkingprinciplewereintroduced󰀁

Keywords:acidicwateruni;toil-waterseparator;principlesofshallowpool

某厂酸性水汽提装置于98年建成投产,采用单塔常压汽提

工艺,利用硫化氢、氨都不同程度溶解于水中,在蒸汽作用下分

离出氨气和硫化氢气体的机理,用直接蒸汽将酸性水加热使硫化氢和氨从酸性水中分离出来,以达到净化酸性水的目的。该

装置有2个酸性水大罐,每个罐400m3,公称直径8m,板厚6mm,

材质Q235A,其中A罐为酸性水脱油罐,采用静置后油水自动分

层的方法定期进行脱油,B罐为缓冲罐。由于酸性水具有很强的

腐蚀性,这两台酸性水罐自投用以来,腐蚀较为严重,罐壁多次出现腐蚀裂纹和穿孔,底板也出现过穿孔泄漏,罐壁泄漏可以采

用粘结修复,但底板泄漏却无法进行检修,只能监控运行,造成

了一定的安全隐患。根据这些情况,装置决定采用新型油水分

离器来解决这些问题。由于油水分离器是一个动态的物理脱油

过程,脱油效果稳定,容易实现脱油自动化,成本较低,设备外形尺寸也可以做得比较小,在容易腐蚀的部位和部件可以采用涂

层防腐或者采用耐蚀钢材质,延长设备使用寿命,保证酸性水装

置的长周期运行。同时也能够在不影响酸性水汽提装置正常运

行的情况下,对出现问题的酸性水大罐进行检修。

1󰀁油水分离的工艺流程及其改进

考虑到特殊工况下需要将酸性水罐作为一个缓冲容器,同

时是在不停工的情况下进行的改造,因此保留原酸性水流程,为

了增加对脱油效果的调节手段,采用酸性水泵前和泵后脱油的两套流程,见1(粗实线为流程新增部分),流程方面可以工艺要

求进行灵活调整,可采用酸性水先进油水分离器󰀂脱气罐󰀂酸

性水泵󰀂汽提塔流程,也可采用酸性水先进脱气罐󰀂酸性水泵󰀂油水分离器󰀂汽提塔流程,通过酸性水大罐跨线可将大罐切出,实现动态脱油过程。

图1󰀁油水分离器工艺流程图

2󰀁油水分离器的结构及工作原理

2󰀁1󰀁油水分离器的结构

根据酸性水装置的工况和介质特征,油水分离器设计处理

量为20m3/h,外形尺寸直径为󰀁1820,长度6400mm,为一圆形卧

式容器(见下图2),分为6个腔室,分别为旋流腔、两个粗粒化

腔、两个斜板腔和缓冲腔,粗粒化腔二有一跨线,脱油效果能够

满足工艺要求的情况下可以不用投用该腔室。

2󰀁1󰀁1󰀁旋流腔

旋流腔主要由两组旋液分离器组成,旋分器上部为一短圆

筒形空腔,酸性水依靠液力流动在圆筒内产生高速旋转,下部为

一短圆锥室,利用圆锥截面紧缩,使介质获得极大的加速度。2󰀁1󰀁2󰀁粗粒化腔

粗粒化腔主要由不锈钢丝通过加工成螺旋不锈钢丝,再将 190 广州化工2009年37卷第6期螺旋状的不锈钢丝编制网,最后由丝网卷制成滤芯,这种结构具

有很大的表面积,能够捕捉含油污水中大于20微米的油珠,使

其逐步聚合后变成大油珠,加速油水的分离。2󰀁1󰀁3󰀁斜板腔

斜板腔由3个部分组成,布水区主要是采用均布稳流构件

(主要是45度交错的波纹片)。均匀分布流体,并使流场稳定,

避免产生涡流、扰动和返混;聚结区是由倾斜放置的W型波纹聚

结板组成,波纹聚结板的上表面具有亲水疏油性,而下表面则有亲油疏水性,有利于强化油水分离过程。分离区主要是使经过

聚结形成的大油滴和水相在这个区域内浮升、沉降,形成两相分

离。

2󰀁1󰀁4󰀁缓冲腔缓冲腔主要是在保持流量稳定,起到一定的缓冲作用。

图2󰀁油水分离器结构图

2󰀁2󰀁油水分离器工作原理

油水分离的原理实际上也就是采用液-液非均相分离最常

用且最经济的方法-重力法,利用水和油的密度不同,使水中分

散悬浮的油滴浮升而将其分离[1],同时采用一定的强化技术,一

方面利用浅池原理加以改进,根据斯托克斯定律(Stokes)可以导

出,一定粒径油滴的脱除效率󰀂i可以表示为:󰀂i=( - 0)gd2iAT/18!Q(1)

!!!水的密度,Kg/m3

0!!!油的密度,Kg/m3

di!!!油滴直径,M

g!!!重力加速度,m/s2

AT!!!浮升面积,m2

!!!!水的动力粘度,Pa s

Q!!!含油污水处理量,m3/s

由公式(1)可知,油滴的脱除效率只与油滴粒径、油与水的

物性、处理量和浮升面积有关,而与浮升高度无关,即∀浅池原

理#。因此,油水分离器采用低浮升高度、多层板的结构,增大浮

升面积,提高油滴脱除效率。提高油水分离效果的另一方法是

聚结技术,也就是粗粒化技术,根据斯托克斯定律,油滴的浮升

速度与油滴粒径的平方成正比,油水分离器根据这个原理,使细

小油滴在表面亲油疏水固体物质上粘附形成大油滴而加快分离

过程,油水分离器的原理也就是将浅池原理和聚结技术有机结

合,达到油水快速分离的效果,具体过程是:未经处理的含油污

水首先由污水输送泵输入油水分离器内,经过特殊制造组合完

成的旋液分离腔室,液体在旋液分离器中依靠液力流动产生高

速旋转,由于油与水有不同密度差而产生的离心力场不同,利用该离心力对含油污水进行预处理,污水在旋流器中可产生二次上升液流,因此其分离速率比常用的静置分离的斜板分离快几

十倍以上,且体积小、效率高、不受进液含油量的变化影响,确保

分离效果恒定。通过上述分离的污水含油量可确保在50~100mg/L左右

(根据油珠粒径大小和污水的乳化程度确定)。然后再靠压力自

动流入采用不锈钢材料经特殊制作的W型波纹板聚合器中,含油污水在此聚合器中经过曲折的流道后,使液体在实现层流的

同时达到均匀布水的目的,从而可将大部分大于30微米以上的

浮油聚合分离。最后污水经过均匀布水后输入经过特殊加工、用各种不同

规格螺旋网目的不锈钢网复合制作的粗粒化滤芯元件后,排出

到下道后续单元。该粗粒化聚合滤芯元件完全可捕捉到水中大

于20微米以上的细小油粒,使其逐渐变大后脱离粗粒化元件,而上浮到水面,从而达到快速油水分离的目的。

同时,被分离出的油在设备中积累到一定厚度油层后,由浮

油收集器自动将油收集排至油收集腔内,当腔内的油层达到一定液位时,由设置在集油腔内的油液位传感器将信号送至控制

柜,自动开启电动阀(同时也具备有人工手动开启功能)将油排

至油收集柜内,作为综合利用。

3󰀁油水分离器的使用特点

3󰀁1󰀁利用油水的密度差采用流体动力学原理,结合旋液离心分

离法对含油污水进行处理而设计的旋液分离器,其处理效率是沉降分离的几十倍。

3󰀁2󰀁采用特殊工艺压制而成的不锈钢W型波纹板聚结器。具

有均匀布水、增长污水流动距离、缩短油粒上浮距离、增大油滴

的聚合机率、加速油水聚合分离的时间,可确保后续分离效果的稳定。

3󰀁3采用一种特殊工艺手段加工完成的螺旋网复合制成的粗粒

化聚合滤芯元件和精细粗粒化聚合滤芯元件,作为对细小油粒(大于20微米)的聚合分离。不受污水中悬浮物质阻塞的影响,

压力降小。

3󰀁4设备内安装了一套利用油水的不同导电率和密度差设计制

作的油位自动监测排油装置,实现了自动排油功能。3󰀁5为了保证液流在设备内能均匀布水、层流,不形成液流死区,

在设备内还配备了一套完整的液体层流布水系统,以确保废水

在设备内始终形成层流状态。3󰀁6内还安装了超压自动保护,温度显示,液位自动显示,蒸汽反

冲洗等安全保护阀门及仪表,保证设备能长期可靠稳定运行,实

现无人操作自动化。

3󰀁7设备上配备有PLC自动控制系统,并配备了标准开放型数据通讯接口,能与DCS进行实时数据通信,可以在DCS系统操作

站上显示相关的信息及报警。所有控制单元、通讯单元、供电单

元及过程I/O卡件等,均组合装配在一现场自动操作显示防爆控制柜内,并且冗余配置。

4󰀁油水分离器的应用效果

自油水分离器投用以来,对其出口水质进行过跟踪检测,油水分离器出入口含油量见下表1。工艺运行参数为:入口压力

0󰀁2~0󰀁35MPa,出口压力0󰀁18~0󰀁32MPa,物料流量10~15m3/

h,介质温度40∃~45∃。 191 2009年37卷第6期广州化工表1󰀁油水分离器出入口含油量对比表

时间水中油含量/(%10-6)

入口采样点出口采样点除油率

2007󰀁4󰀁058:00134󰀁9237󰀁490󰀁722

2007󰀁4󰀁078:00187󰀁8861󰀁950󰀁670

2007󰀁4󰀁118:00129󰀁1361󰀁720󰀁522

2007󰀁4󰀁138:00121󰀁3645󰀁390󰀁626

2007󰀁4󰀁168:00106󰀁852󰀁710󰀁506

2007󰀁4󰀁188:00129󰀁7255󰀁780󰀁570

2007󰀁4󰀁208:00130󰀁5254󰀁40󰀁583

2007󰀁4󰀁238:00126󰀁3260󰀁230󰀁523

2007󰀁4󰀁258:00121󰀁1851󰀁640󰀁574

2007󰀁4󰀁278:00119󰀁156󰀁20󰀁528

2007󰀁4󰀁308:00115󰀁1252󰀁520󰀁544

2007󰀁5󰀁228:00135󰀁9963󰀁430󰀁534

2007󰀁5󰀁258:00128󰀁4262󰀁530󰀁513

2007󰀁5󰀁298:00169󰀁8668󰀁260󰀁598

2007󰀁6󰀁018:00165󰀁1251󰀁390󰀁689

2007󰀁6󰀁058:00115󰀁2954󰀁630󰀁526

2007󰀁6󰀁088:00135󰀁4660󰀁190󰀁556

2007󰀁6󰀁128:00139󰀁5263󰀁70󰀁543

2007󰀁6󰀁158:00136󰀁9862󰀁750󰀁542

2007󰀁6󰀁198:00182󰀁3258󰀁420󰀁680从表中数据来看,油水分离器的除油率都稳定在50%以上,