基于水力分級原理的組合型海上除油船

2019-10-21 07:03徐子楊田君芮賈祖娟王琪
科學與財富 2019年35期

徐子楊 田君芮 賈祖娟 王琪

摘 要:本裝置是一種基于靜置分層法與水力分級原理的組合型海上除油船。首先利用油水天然的密度差異,通過靜置分層法將收集的油水混合物中大量的水分排出,完成第一步分離。再經過水力旋流器,通過旋轉離心,油滴與水滴受到不同大小的離心力,實現了第二步的分離。本裝置使油水收集系統與油水分離系統協調配合,能夠快速、有效的解決海上突發的溢油事故,具有較高的研究與推廣價值。

關鍵詞:油水分離;靜置分層;水力分級

1.研究背景及目的

隨著海上油田開發業以及海上石油運輸業的發展,船舶溢油以及海上油田溢油事故時有發生。海上溢油事故已然成為近百年來人類對自然生態進行破壞的最為嚴重的活動之一。墨西哥灣溢油事故、渤海灣溢油事故等都對周邊海域生態環境以及人類的生產生活造成了巨大損害,也引起全世界人民的廣泛關注。溢油事故發生后,可以在海水表面形成油膜,阻礙海水內氣體的交換,這樣對魚類等海洋生物的呼吸產生嚴重的危害,使海洋生物發生窒息死亡;也會造成海鳥的羽毛被原油污染,嚴重影響鳥類的飛行功能,造成無法捕食而餓死等等。除此之外,油污上岸也會導致近海植物受損或死亡;油層還會阻隔海氣交換,導致局部地區氣候異常。針對該問題,本項目組提出了基于水力分級原理的組合型海上除油船。

2.組合型海上除油船

組合型海上除油船由油水收集器、初級分層罐、水力旋流器等組成。裝置結構如圖1所示。

(1)靜置分層罐

泄露的油污通過收集裝置被泵吸入,再提供動力使油水混合物進入初級分層罐,根據油水密度差別,油水混合物進入罐中會從上至下分為三層:油層、油水混合層、水層,在罐中不同位置設置排水口,第一步通過最高的排水口將含水量較少的油污排出收集起來,第二步將最低的排水口打開,將較為純凈的海水放出,此時剩余的油水混合物降至罐底層, 再通過最低的排水口通入水力旋流器進行進一步的分離。目的是使初級分層罐先大致將油水混合物進行分離,提高后期水力旋流器的分離效率。

(2)水力旋流器

目前水力旋流器已經在工業上被廣泛應用,但大多是用于固-液分離。液-液分離的水力旋流器適用于兩種互不相融且有一定密度差的液體。由于油和水的密度相差較小,并且在剪切力太大的情況下,油滴很容易形成較小的顆粒,產生乳化現象使得液-液分離的水力旋流器技術要求相較于固-液分離會更加困難。[1]目前國內外的水力旋流器外形結構不盡相同,原理也都大同小異??紤]到油水分離的難度,并且基于現有的水力分離器的研究成果,提出了新型的水力旋流器。新型水力旋流器結構如圖3所示。新型的水力旋流器的結構主要由射流入口、圓柱段、錐形段、花管、出口燈部分組成。

新型水力旋流器的原理是:油水混合物經射流泵進入水力旋流裝置。含油污水切向或螺旋向進入圓筒渦旋段,并沿旋流管軸向螺旋態流動。由于油、水的密度差,密度較大的水及固體顆??拷鼙?,而密度較小的油則集中到中心部位,在中心位置設置一不密封的玻璃花管,外壁開有一排一定孔徑的圓形小孔(小孔的孔徑、位置、數量均由試驗效果確定),這樣可以使集中的油污透過小孔進入花管內,分離之后的海水通過旋流器下端放出。油、水通過不同的出口分別導引出來,從而回收了水中的分散油,并凈化了水質。

新型水力旋流器關鍵性問題:(1)切線射入流量的大?。ㄈ肟谒俣龋τ诜蛛x效果的影響;(2)旋流器的外部構造對渦流運動形態的影響;(3)旋流器中花管直徑大小對油污收集的影響;(4)花管上小孔的孔徑、位置、密度優化設置;(5)不同油水所占比例對旋流器分離效果的影響。為解決以上關鍵性問題,設置了自循環系統,如圖4所示。

3.結論與展望

中國已進入環境污染事故的高發期,形式十分嚴峻。突發事件應急預案的制定對控制 事態發展、減輕和降低污染和危害都有不可估量的作用。針對有代表性的海洋突發性污染事件,應分別采取不同的應急預案。對海上運輸溢油事件,采取合適的方法勢在必行。目前的除油方法大多為先收集后用化學方法進行處理,該方法不僅周期長,效率低還可能會造成二次污染。該油水分離裝置不僅可以高效分離油水,而且采用物理方法和對海水無任何污染的氯化鈣增大水油密度差,節能又高效。

參考文獻:

[1]張鵬飛,汪九山,姚芳蓮.復合聚丙烯板在油水分離中的應用[J].中國塑料,2003,15(4):60-62

基金:華北水利水電大學2018年校級大學生創新訓練計劃一般項目(2018XB198)