山东黄金集团三山岛金矿新立选矿车间 山东莱州 261400
摘要：近年来，我国的石油开采迅速，在进行石油开采的中后期，进行有水分离已经成为我国油条工业生产过程中的重大难题之一。本文研究了油水分离浮选柱的旋流分离作用机理，考察了给料速度、充气速率、循环压力、底流分流比起泡剂用量等因素对旋流分离作用过程及分离效率的影响，分析了旋流分离机理并建立了旋流分离效率的数学模型。
关键词：油水分离浮选柱；微泡浮选；旋流分离；油水分离
1 旋流分离过程
油水分离浮选柱是在常规的静态水力旋流器的基础上和浮选柱结合起来，通过浮选柱自吸式气泡发生器产生的微细气泡的携带作用形成的油－气复合体将含油污水中的乳化细粒级油滴从旋流分离区运移至柱分离区，再通过柱分离区“狭长的”、具有“安静的”流体动力学环境的静态分离作用，完成油水分离。分离性差的含油污水从浮选柱中下部通过循环泵加压后进入浮选柱内置旋流器，在离心力场作用下进一步进行旋流分离。
2 试验
2.1样品
试验用水样取自胜利孤岛油田第六联合站（以下简称孤六联合站）一次油、气、水分离罐。含油污水水样进行水质分析（见表1）。
2.2装置
分离系统由油水分离浮选柱、给料泵（进水、出水用）、循环泵、混合罐（加药搅拌）装置等组成。试验中使用油水分离浮选柱规格为直径400mm，高4000mm，材质为有机玻璃。测量控制系统包括气体流量计、液体流量计、电动调节阀、Pid数显调节仪、气含率测定仪等。浮选柱的液位自动控制系统包括压力变送器、电子式直行程电动调节阀以及Pid数显调节仪等组成。
2.3方法
试验中采用脱油效率来评价油水分离浮选柱旋流分离段油水分离效率。分别从切线给料口和底流净化出水口取样，测量两点的含油浓度分别为c1、c2。分离效率Ｒ即为：
图1处理量对脱油率及出水含油量的影响
3.2充气速率的影响
试验条件：处理量C=1.5m3/h，循环压力P=0.26MPa，底流分流比S=95%。充气速率的影响结果见图2。
图2吸气量对脱油率及出水含油量的影响
从图2中可以看出，旋流分离段的脱油率随着吸气量的增加而先增大后减小，出水含油量则随着吸气量的增大而先减小后趋于平稳。气流量较小时，气泡的数量较多，气泡的兼并现象不是很强烈，由于较小的气泡随着充气量的增大而增多，这样，油滴与油滴碰撞聚结成大油滴的机率以及气泡和油滴发生碰撞、黏附的机率增大，故浮选柱旋流分离段的脱油效率不断增大以及出水含油量减小。
3.3循环压力的影响
试验条件：处理量C=1.5m3/h，吸气量I=2.5m3/h，底流分流比S=95%。循环压力的影响结果见图3。由图3可知，随着循环压力的增大，出水含油浓度逐渐降低，脱油率逐渐提高。在合适的压力范围内，压力越大，常压释放后产生的气泡尺寸越小，数量越多；同时可以给油滴和气泡碰撞提供一个合适有利于油气复合体的形成的能量。循环压力为0.30MPa时，脱油率可达83.25%，出水含油量降低为17.39mg/L。
图4
从图4可以看出，随着底流分流比的减小，旋流分离段的脱油率逐渐增大到最后有所下降，出水含油量则逐渐下降到最后有稍微上升。在满足出水含油量要求的情况下，尽量提高底流口净化出水流量，从而减少溢流浮油中含水量，进而减少溢流浮油二次净化或处理的成本。因此综合考虑出水要求、底流分流比以及脱油效率，确定较佳底流分流比为95%。
3.5起泡剂用量的影响
试验条件：处理量C=1.5m3/h，循环压力P=0.28MPa，吸气量I=2.5m3/h，底流分流比S=95%，试验结果见图5。
图5
从图5可以看出，随着起泡剂用量增加，脱油率呈增加趋势，出水含油量呈减小趋势。因为起泡剂的加入，一方面使气泡的尺寸减小，数量增加，增加了气泡与油粒的碰撞几率；另一方面使油粒絮体的憎水基团增加，提高了气泡的粘附数量及牢度，从而提高浮选效果。
4 旋流分离作用分析
4.1旋流分离数学模型
操作参数处理量C、吸气量I、循环压力P、底流分流比S是影响旋流分离效果的主要因素，根据这些操作参数跟旋流分离效率即脱油率E的影响关系结果分析，建立拟合公式模型
其中，X1～X11为拟合函数待优化系数。根据试验数据，用MATLAB进行非线性拟合，旋流分离效率跟处理量C、吸气量I、循环压力P、底流分流比S存在如下关系即旋流分离模型为：
根据上式旋流分离模型表明，旋流分离效率即脱油率Ｒ随着循环压力p和充气速率I的增加而先增加后减小，随着给料速率C和底流分流比S的增加而先减小后增大。
结语
（1）试验确定的给料速度为1.50m3/h，充气速率为2.50m3/h，循环压力为0.28MPa，底流分流比为95%。
（2）起泡剂可以使气泡尺寸减小，数量增加，有利于油水分离，但同时增加了含油污水中药剂的含量，使含油污水更难处理，同时还有起泡剂成本价格较高，因此最终确定不添加起泡剂。
（3）建立旋流分离效率即脱油率与处理量、吸气量、循环压力和底流分流之间的数学关系模型。
参考文献
[1]马力强，刘炯天，岳广傲，等.旋流－静态微泡浮选柱净化含油废水试验研究[J].中国矿业大学学报,2009，38(4):554－557.
[2][7]刘海生．油水分离旋流器分离性能及其优化设计软件研究[D].成都:西南石油大学,2006．
论文作者:高尚,李虎
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第27期
论文发表时间:2018/3/2
标签：油水论文; 气泡论文; 含油量论文; 浮选论文; 压力论文; 效率论文; 速率论文; 《建筑学研究前沿》2017年第27期论文;