旋轉(zhuǎn)式負(fù)壓排泥裝置的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

關(guān)金華* 金維增 洪 鶴

（1.撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2.撫順遠(yuǎn)宏石化設(shè)備科技開發(fā)制造有限公司）

0 引言

目前國內(nèi)各大油田采油廠以及石油化工廠在生產(chǎn)過程中都會(huì)排放大量含油污水，同時(shí)帶有泥沙、懸浮物和其他雜質(zhì)。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(zhì)會(huì)通過重力沉降至罐底部，形成污泥。這部分污泥短時(shí)間內(nèi)對(duì)系統(tǒng)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(xué)藥劑，使含油污水中的顆粒和懸浮物以及其他雜質(zhì)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(jìn)入過濾系統(tǒng)，這部分絮體或污泥會(huì)對(duì)污水處理系統(tǒng)造成很大危害，形成污水處理惡性循環(huán)，嚴(yán)重影響水質(zhì)處理，且沉降的污泥也很難清除，只能停止生產(chǎn)，人工清理罐內(nèi)污泥[1-2]。

含有油污的沉降罐排泥清理問題是個(gè)系統(tǒng)問題，現(xiàn)有的排泥技術(shù)（包括人工清理、自然排泥、強(qiáng)制性排泥等）不能有效地將沉降罐底部的污泥排出。隨著時(shí)間推移，大量污泥沉降堆積在罐內(nèi)，需及時(shí)、周期性地對(duì)沉降罐內(nèi)的污泥進(jìn)行排放及清理，這樣不僅嚴(yán)重影響污水的沉降效果，還會(huì)增加維修工人的工作量及企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失，并造成安全隱患[3-5]。

1 結(jié)構(gòu)特征

為了克服現(xiàn)有排泥技術(shù)的不足，使污水處理廠維持連續(xù)穩(wěn)定工作，同時(shí)進(jìn)行罐底污泥清除作業(yè)，有效減少環(huán)境污染，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，設(shè)計(jì)了一種安裝在沉降罐內(nèi)的旋轉(zhuǎn)式負(fù)壓排泥裝置，如圖1 所示。裝置主要包括負(fù)壓吸泥器，如圖1 c）所示。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括設(shè)置于沉降罐中心位置上的底座、固定在底座上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及與驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶傳動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸，在旋轉(zhuǎn)軸上間隔設(shè)有輸泥管，其一端與泥沙導(dǎo)管連接，另一端通過旋轉(zhuǎn)軸與輸泥總管連接，泥沙總管上設(shè)有排泥閥，輸泥總管與泥沙泵連接。負(fù)壓排泥器設(shè)于泥沙導(dǎo)管的下方，當(dāng)排泥閥門打開并啟動(dòng)泥沙泵時(shí)，沉降罐中心位置上的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，底部的污泥由負(fù)壓排泥器吸取并通過吸泥導(dǎo)管、輸泥管、輸泥總管以及排泥閥被排出沉降罐外。

旋轉(zhuǎn)式負(fù)壓排泥裝置上設(shè)有液體循環(huán)裝置，包括吸液管、液泵、進(jìn)液導(dǎo)管、布液管，在吸液管上設(shè)有液體閥門，吸液管通過液泵與進(jìn)液導(dǎo)管連接。布液管沿沉降罐內(nèi)圓周設(shè)置并與進(jìn)液導(dǎo)管連接，布液管上開設(shè)有若干個(gè)布液口。

負(fù)壓排泥器（如圖2 所示）是根據(jù)流體射流原理設(shè)計(jì)的，由伯努利方程可得：

圖1 旋轉(zhuǎn)式負(fù)壓排泥裝置

圖2 負(fù)壓排泥裝置圖

在沉降罐底部安裝多套負(fù)壓排泥器，由液泵使介質(zhì)（通常是水）產(chǎn)生較高的壓力，經(jīng)過噴嘴時(shí)，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(qū)，相對(duì)于儲(chǔ)罐低部污泥產(chǎn)生壓差（即負(fù)壓），罐底污泥在該負(fù)壓作用下經(jīng)過四個(gè)吸盤流過泥沙導(dǎo)管進(jìn)入混合室，使污泥與助排液充分混合后，經(jīng)擴(kuò)散管增壓區(qū)后速度降低，匯總進(jìn)入輸泥總管[6-7]。

在負(fù)壓排泥裝置內(nèi)增加旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，如圖3 所示。通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)增大了吸泥器吸取泥沙、污泥的面積，液體循環(huán)裝置將液體循環(huán)注入沉降罐底部，并在沉降罐底部產(chǎn)生渦流效應(yīng)，從而攪動(dòng)水底的泥沙，將未被吸取的泥沙、污泥等雜質(zhì)推入吸盤附近，有利于泥沙泵將泥沙、污泥等吸走，同時(shí)在沉降罐內(nèi)產(chǎn)生的渦流能夠?qū)⒊两倒迌?nèi)一部分未分離的混合液體再次分離。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)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(jié)構(gòu)新穎，使用、安裝方便，實(shí)用性強(qiáng)，可大范圍推廣應(yīng)用。

圖3 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

2 工作原理

旋轉(zhuǎn)式負(fù)壓排泥裝置中間旋轉(zhuǎn)軸的下部徑外設(shè)有齒輪，與安裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)上的伸出軸通過齒輪嚙合來傳遞運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)軸上端與輸泥總管嚙合，在嚙合處安裝有密封圈。中空結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸在輸泥總管內(nèi)旋轉(zhuǎn)，通過軸承座與輸泥總管固定連接，且輸泥總管與旋轉(zhuǎn)軸連通。驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸通過軸承和軸承座在輸泥總管內(nèi)旋轉(zhuǎn)。

當(dāng)沉降罐底部有污泥等雜質(zhì)沉淀出現(xiàn)后，打開泥沙泵和排泥閥門，沉降罐底部的污泥被負(fù)壓排泥器上的吸盤吸取，經(jīng)吸泥導(dǎo)管、輸泥管、輸泥總管排出沉降罐罐體外。此時(shí)，同時(shí)開啟旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和液體循環(huán)裝置，驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸在輸泥總管內(nèi)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)負(fù)壓排泥器旋轉(zhuǎn)，使吸泥器吸取污泥的面積增大，并通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)攪拌沉降罐內(nèi)的泥沙、污泥等雜質(zhì)，使沉降罐內(nèi)產(chǎn)生離心場，泥沙、污泥等雜質(zhì)和水分離，分離出的泥沙、污泥等雜質(zhì)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(huán)裝置上的液泵，吸液管吸取沉降罐內(nèi)的液體，一部分液體經(jīng)射流閥、集輸液管、噴嘴噴進(jìn)吸泥室內(nèi)并在吸泥室產(chǎn)生超低壓；另一部分液體通過進(jìn)液導(dǎo)管再次注入沉降罐底部并通過布液管上的布液口排進(jìn)入沉降罐內(nèi)，沉降罐內(nèi)的液體在沉降罐底部產(chǎn)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(zhì)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(shí)，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(jìn)吸泥器附近，通過吸盤吸取排出沉降罐。

3 性能特點(diǎn)和技術(shù)參數(shù)

3.1 性能特點(diǎn)

該設(shè)備的性能特點(diǎn)如下[8-9]：（1）可對(duì)沉降罐內(nèi)部混合液體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)分離；（2）安裝方便，采用焊接組裝形式連接；（3）無相應(yīng)安全隱患問題發(fā)生；（4）運(yùn)行成本低，操作維修方便；（5）可采用自動(dòng)化控制；（6）排泥效率高，可達(dá)到凈排泥效果；（7）旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)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(jù)儲(chǔ)罐內(nèi)污泥量進(jìn)行排泥，不影響連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)。

3.2 技術(shù)參數(shù)

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

4 運(yùn)行維護(hù)

（1）安裝旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，需要在沉降罐中心位置上固定一個(gè)底座，用于安裝驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及與驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶傳動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸。

（2）泥沙導(dǎo)管、輸泥管、輸泥總管等以及負(fù)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(gè)連接處密封可靠。

（3）根據(jù)沉降罐每天處理含油污水量（主要是含泥沙量），隨時(shí)調(diào)整使用旋轉(zhuǎn)式負(fù)壓排泥裝置的時(shí)間及工作頻率，如長時(shí)間不啟動(dòng)裝置，沉降罐內(nèi)的淤泥會(huì)產(chǎn)生堆積，影響排泥效果。

（4）設(shè)備正常運(yùn)行期間，應(yīng)對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)的垃圾（如塑料袋、木棍等）進(jìn)行清理，防止設(shè)備失控，導(dǎo)致起參數(shù)不準(zhǔn)確[10-11]。

5 結(jié)論

目前油田污水處理系統(tǒng)中的沉降罐大多已使用負(fù)壓排泥器。相對(duì)于人工清理，該設(shè)備效率更高，并且可以根據(jù)污泥含量情況隨時(shí)排泥，大大降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了環(huán)境污染。但在沉降儲(chǔ)罐中，仍有大量污泥沒有被負(fù)壓排泥器的吸盤吸取，排到儲(chǔ)罐外。針對(duì)這種情況，設(shè)計(jì)了旋轉(zhuǎn)式負(fù)壓排泥器，使吸盤吸取污泥的面積增大，以及通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)攪拌沉降罐內(nèi)的泥沙、污泥等雜質(zhì)，使沉降罐內(nèi)產(chǎn)生離心場，將泥沙、污泥等雜質(zhì)和水分離，被分離的泥沙、污泥等雜質(zhì)再次通過吸盤吸取并排出沉降罐外。