旋轉式負壓排泥裝置的設計和應用

關金華* 金維增 洪 鶴

（1.撫順職業技術學院 2.撫順遠宏石化設備科技開發制造有限公司）

0 引言

目前國內各大油田采油廠以及石油化工廠在生產過程中都會排放大量含油污水，同時帶有泥沙、懸浮物和其他雜質。在污水沉降過程中，由于重力作用，含油污水中顆粒較大的泥沙、懸浮物和其他雜質會通過重力沉降至罐底部，形成污泥。這部分污泥短時間內對系統影響不大，但是隨著含油污水處理量增加，并向其中投加絮凝劑等化學藥劑，使含油污水中的顆粒和懸浮物以及其他雜質絮凝生成較大的絮體沉降，沉降物在罐中積累到一定高度后可能隨沉降出水進入過濾系統，這部分絮體或污泥會對污水處理系統造成很大危害，形成污水處理惡性循環，嚴重影響水質處理，且沉降的污泥也很難清除，只能停止生產，人工清理罐內污泥[1-2]。

含有油污的沉降罐排泥清理問題是個系統問題，現有的排泥技術（包括人工清理、自然排泥、強制性排泥等）不能有效地將沉降罐底部的污泥排出。隨著時間推移，大量污泥沉降堆積在罐內，需及時、周期性地對沉降罐內的污泥進行排放及清理，這樣不僅嚴重影響污水的沉降效果，還會增加維修工人的工作量及企業的經濟損失，并造成安全隱患[3-5]。

1 結構特征

為了克服現有排泥技術的不足，使污水處理廠維持連續穩定工作，同時進行罐底污泥清除作業，有效減少環境污染，降低勞動強度，設計了一種安裝在沉降罐內的旋轉式負壓排泥裝置，如圖1 所示。裝置主要包括負壓吸泥器，如圖1 c）所示。旋轉驅動機構包括設置于沉降罐中心位置上的底座、固定在底座上的驅動電機以及與驅動電機帶傳動的旋轉軸，在旋轉軸上間隔設有輸泥管，其一端與泥沙導管連接，另一端通過旋轉軸與輸泥總管連接，泥沙總管上設有排泥閥，輸泥總管與泥沙泵連接。負壓排泥器設于泥沙導管的下方，當排泥閥門打開并啟動泥沙泵時，沉降罐中心位置上的旋轉驅動機構旋轉，底部的污泥由負壓排泥器吸取并通過吸泥導管、輸泥管、輸泥總管以及排泥閥被排出沉降罐外。

旋轉式負壓排泥裝置上設有液體循環裝置，包括吸液管、液泵、進液導管、布液管，在吸液管上設有液體閥門，吸液管通過液泵與進液導管連接。布液管沿沉降罐內圓周設置并與進液導管連接，布液管上開設有若干個布液口。

負壓排泥器（如圖2 所示）是根據流體射流原理設計的，由伯努利方程可得：

圖1 旋轉式負壓排泥裝置

圖2 負壓排泥裝置圖

在沉降罐底部安裝多套負壓排泥器，由液泵使介質（通常是水）產生較高的壓力，經過噴嘴時，助排液在喉頸位置生成高速，壓力急劇降低，在吸泥室（混合室）形成低壓區，相對于儲罐低部污泥產生壓差（即負壓），罐底污泥在該負壓作用下經過四個吸盤流過泥沙導管進入混合室，使污泥與助排液充分混合后，經擴散管增壓區后速度降低，匯總進入輸泥總管[6-7]。

在負壓排泥裝置內增加旋轉驅動機構，如圖3 所示。通過旋轉驅動機構旋轉增大了吸泥器吸取泥沙、污泥的面積，液體循環裝置將液體循環注入沉降罐底部，并在沉降罐底部產生渦流效應，從而攪動水底的泥沙，將未被吸取的泥沙、污泥等雜質推入吸盤附近，有利于泥沙泵將泥沙、污泥等吸走，同時在沉降罐內產生的渦流能夠將沉降罐內一部分未分離的混合液體再次分離。旋轉驅動機構可以提高泥沙泵的工作效率，能夠有效地將泥沙排出沉降罐外，并且降低了成本，其結構新穎，使用、安裝方便，實用性強，可大范圍推廣應用。

圖3 旋轉驅動機構

2 工作原理

旋轉式負壓排泥裝置中間旋轉軸的下部徑外設有齒輪，與安裝在驅動電機上的伸出軸通過齒輪嚙合來傳遞運動。旋轉軸上端與輸泥總管嚙合，在嚙合處安裝有密封圈。中空結構的旋轉軸在輸泥總管內旋轉，通過軸承座與輸泥總管固定連接，且輸泥總管與旋轉軸連通。驅動電機驅動旋轉軸通過軸承和軸承座在輸泥總管內旋轉。

當沉降罐底部有污泥等雜質沉淀出現后，打開泥沙泵和排泥閥門，沉降罐底部的污泥被負壓排泥器上的吸盤吸取，經吸泥導管、輸泥管、輸泥總管排出沉降罐罐體外。此時，同時開啟旋轉驅動機構和液體循環裝置，驅動電機驅動旋轉軸在輸泥總管內旋轉，旋轉驅動機構帶動負壓排泥器旋轉，使吸泥器吸取污泥的面積增大，并通過旋轉驅動機構旋轉攪拌沉降罐內的泥沙、污泥等雜質，使沉降罐內產生離心場，泥沙、污泥等雜質和水分離，分離出的泥沙、污泥等雜質再次通過吸盤吸取并排出沉降罐外。打開液體閥門并開啟液體循環裝置上的液泵，吸液管吸取沉降罐內的液體，一部分液體經射流閥、集輸液管、噴嘴噴進吸泥室內并在吸泥室產生超低壓；另一部分液體通過進液導管再次注入沉降罐底部并通過布液管上的布液口排進入沉降罐內，沉降罐內的液體在沉降罐底部產生旋流，將沉降罐底部未能吸收到的部分污泥等一些沉淀雜質推向吸盤處，由吸盤再次吸取排除沉降罐外，這樣不斷地將沉降罐底部的污泥全部吸收并排出沉降罐。在高液體位時，由于液體在沉降罐底部形成高壓，從而將底部的污泥擠壓進吸泥器附近，通過吸盤吸取排出沉降罐。

3 性能特點和技術參數

3.1 性能特點

該設備的性能特點如下[8-9]：（1）可對沉降罐內部混合液體進行旋轉分離；（2）安裝方便，采用焊接組裝形式連接；（3）無相應安全隱患問題發生；（4）運行成本低，操作維修方便；（5）可采用自動化控制；（6）排泥效率高，可達到凈排泥效果；（7）旋轉驅動機構可以提高泥沙泵的工作效率，能夠有效地將泥沙排出沉降罐外；（8）根據儲罐內污泥量進行排泥，不影響連續生產作業。

3.2 技術參數

該設備的技術參數如下：工作液壓力為0.35 ～1.5 MPa，工作溫度為0～100 ℃， 最大負壓值為-0.3 MPa，單臺助排液流量為≥30 m3/h，每臺負壓排泥器吸泥面積為8～25 m2，排污泥效率≥98.8%。

4 運行維護

（1）安裝旋轉驅動機構時，需要在沉降罐中心位置上固定一個底座，用于安裝驅動電機以及與驅動電機帶傳動的旋轉軸。

（2）泥沙導管、輸泥管、輸泥總管等以及負壓排泥器的連接管路，采用焊接組合式連接與法蘭連接，必須保證焊縫均勻牢固，無砂眼和裂紋；螺栓緊固，各個連接處密封可靠。

（3）根據沉降罐每天處理含油污水量（主要是含泥沙量），隨時調整使用旋轉式負壓排泥裝置的時間及工作頻率，如長時間不啟動裝置，沉降罐內的淤泥會產生堆積，影響排泥效果。

（4）設備正常運行期間，應對儲罐內的垃圾（如塑料袋、木棍等）進行清理，防止設備失控，導致起參數不準確[10-11]。

5 結論

目前油田污水處理系統中的沉降罐大多已使用負壓排泥器。相對于人工清理，該設備效率更高，并且可以根據污泥含量情況隨時排泥，大大降低了工人勞動強度，減少了環境污染。但在沉降儲罐中，仍有大量污泥沒有被負壓排泥器的吸盤吸取，排到儲罐外。針對這種情況，設計了旋轉式負壓排泥器，使吸盤吸取污泥的面積增大，以及通過旋轉驅動機構旋轉攪拌沉降罐內的泥沙、污泥等雜質，使沉降罐內產生離心場，將泥沙、污泥等雜質和水分離，被分離的泥沙、污泥等雜質再次通過吸盤吸取并排出沉降罐外。