旋转式负压排泥装置的设计和应用

关金华* 金维增 洪 鹤

（1.抚顺职业技术学院 2.抚顺远宏石化设备科技开发制造有限公司）

0 引言

目前国内各大油田采油厂以及石油化工厂在生产过程中都会排放大量含油污水，同时带有泥沙、悬浮物和其他杂质。在污水沉降过程中，由于重力作用，含油污水中颗粒较大的泥沙、悬浮物和其他杂质会通过重力沉降至罐底部，形成污泥。这部分污泥短时间内对系统影响不大，但是随着含油污水处理量增加，并向其中投加絮凝剂等化学药剂，使含油污水中的颗粒和悬浮物以及其他杂质絮凝生成较大的絮体沉降，沉降物在罐中积累到一定高度后可能随沉降出水进入过滤系统，这部分絮体或污泥会对污水处理系统造成很大危害，形成污水处理恶性循环，严重影响水质处理，且沉降的污泥也很难清除，只能停止生产，人工清理罐内污泥[1-2]。

含有油污的沉降罐排泥清理问题是个系统问题，现有的排泥技术（包括人工清理、自然排泥、强制性排泥等）不能有效地将沉降罐底部的污泥排出。随着时间推移，大量污泥沉降堆积在罐内，需及时、周期性地对沉降罐内的污泥进行排放及清理，这样不仅严重影响污水的沉降效果，还会增加维修工人的工作量及企业的经济损失，并造成安全隐患[3-5]。

1 结构特征

为了克服现有排泥技术的不足，使污水处理厂维持连续稳定工作，同时进行罐底污泥清除作业，有效减少环境污染，降低劳动强度，设计了一种安装在沉降罐内的旋转式负压排泥装置，如图1 所示。装置主要包括负压吸泥器，如图1 c）所示。旋转驱动机构包括设置于沉降罐中心位置上的底座、固定在底座上的驱动电机以及与驱动电机带传动的旋转轴，在旋转轴上间隔设有输泥管，其一端与泥沙导管连接，另一端通过旋转轴与输泥总管连接，泥沙总管上设有排泥阀，输泥总管与泥沙泵连接。负压排泥器设于泥沙导管的下方，当排泥阀门打开并启动泥沙泵时，沉降罐中心位置上的旋转驱动机构旋转，底部的污泥由负压排泥器吸取并通过吸泥导管、输泥管、输泥总管以及排泥阀被排出沉降罐外。

旋转式负压排泥装置上设有液体循环装置，包括吸液管、液泵、进液导管、布液管，在吸液管上设有液体阀门，吸液管通过液泵与进液导管连接。布液管沿沉降罐内圆周设置并与进液导管连接，布液管上开设有若干个布液口。

负压排泥器（如图2 所示）是根据流体射流原理设计的，由伯努利方程可得：

图1 旋转式负压排泥装置

图2 负压排泥装置图

在沉降罐底部安装多套负压排泥器，由液泵使介质（通常是水）产生较高的压力，经过喷嘴时，助排液在喉颈位置生成高速，压力急剧降低，在吸泥室（混合室）形成低压区，相对于储罐低部污泥产生压差（即负压），罐底污泥在该负压作用下经过四个吸盘流过泥沙导管进入混合室，使污泥与助排液充分混合后，经扩散管增压区后速度降低，汇总进入输泥总管[6-7]。

在负压排泥装置内增加旋转驱动机构，如图3 所示。通过旋转驱动机构旋转增大了吸泥器吸取泥沙、污泥的面积，液体循环装置将液体循环注入沉降罐底部，并在沉降罐底部产生涡流效应，从而搅动水底的泥沙，将未被吸取的泥沙、污泥等杂质推入吸盘附近，有利于泥沙泵将泥沙、污泥等吸走，同时在沉降罐内产生的涡流能够将沉降罐内一部分未分离的混合液体再次分离。旋转驱动机构可以提高泥沙泵的工作效率，能够有效地将泥沙排出沉降罐外，并且降低了成本，其结构新颖，使用、安装方便，实用性强，可大范围推广应用。

图3 旋转驱动机构

2 工作原理

旋转式负压排泥装置中间旋转轴的下部径外设有齿轮，与安装在驱动电机上的伸出轴通过齿轮啮合来传递运动。旋转轴上端与输泥总管啮合，在啮合处安装有密封圈。中空结构的旋转轴在输泥总管内旋转，通过轴承座与输泥总管固定连接，且输泥总管与旋转轴连通。驱动电机驱动旋转轴通过轴承和轴承座在输泥总管内旋转。

当沉降罐底部有污泥等杂质沉淀出现后，打开泥沙泵和排泥阀门，沉降罐底部的污泥被负压排泥器上的吸盘吸取，经吸泥导管、输泥管、输泥总管排出沉降罐罐体外。此时，同时开启旋转驱动机构和液体循环装置，驱动电机驱动旋转轴在输泥总管内旋转，旋转驱动机构带动负压排泥器旋转，使吸泥器吸取污泥的面积增大，并通过旋转驱动机构旋转搅拌沉降罐内的泥沙、污泥等杂质，使沉降罐内产生离心场，泥沙、污泥等杂质和水分离，分离出的泥沙、污泥等杂质再次通过吸盘吸取并排出沉降罐外。打开液体阀门并开启液体循环装置上的液泵，吸液管吸取沉降罐内的液体，一部分液体经射流阀、集输液管、喷嘴喷进吸泥室内并在吸泥室产生超低压；另一部分液体通过进液导管再次注入沉降罐底部并通过布液管上的布液口排进入沉降罐内，沉降罐内的液体在沉降罐底部产生旋流，将沉降罐底部未能吸收到的部分污泥等一些沉淀杂质推向吸盘处，由吸盘再次吸取排除沉降罐外，这样不断地将沉降罐底部的污泥全部吸收并排出沉降罐。在高液体位时，由于液体在沉降罐底部形成高压，从而将底部的污泥挤压进吸泥器附近，通过吸盘吸取排出沉降罐。

3 性能特点和技术参数

3.1 性能特点

该设备的性能特点如下[8-9]：（1）可对沉降罐内部混合液体进行旋转分离；（2）安装方便，采用焊接组装形式连接；（3）无相应安全隐患问题发生；（4）运行成本低，操作维修方便；（5）可采用自动化控制；（6）排泥效率高，可达到净排泥效果；（7）旋转驱动机构可以提高泥沙泵的工作效率，能够有效地将泥沙排出沉降罐外；（8）根据储罐内污泥量进行排泥，不影响连续生产作业。

3.2 技术参数

该设备的技术参数如下：工作液压力为0.35 ～1.5 MPa，工作温度为0～100 ℃， 最大负压值为-0.3 MPa，单台助排液流量为≥30 m3/h，每台负压排泥器吸泥面积为8～25 m2，排污泥效率≥98.8%。

4 运行维护

（1）安装旋转驱动机构时，需要在沉降罐中心位置上固定一个底座，用于安装驱动电机以及与驱动电机带传动的旋转轴。

（2）泥沙导管、输泥管、输泥总管等以及负压排泥器的连接管路，采用焊接组合式连接与法兰连接，必须保证焊缝均匀牢固，无砂眼和裂纹；螺栓紧固，各个连接处密封可靠。

（3）根据沉降罐每天处理含油污水量（主要是含泥沙量），随时调整使用旋转式负压排泥装置的时间及工作频率，如长时间不启动装置，沉降罐内的淤泥会产生堆积，影响排泥效果。

（4）设备正常运行期间，应对储罐内的垃圾（如塑料袋、木棍等）进行清理，防止设备失控，导致起参数不准确[10-11]。

5 结论

目前油田污水处理系统中的沉降罐大多已使用负压排泥器。相对于人工清理，该设备效率更高，并且可以根据污泥含量情况随时排泥，大大降低了工人劳动强度，减少了环境污染。但在沉降储罐中，仍有大量污泥没有被负压排泥器的吸盘吸取，排到储罐外。针对这种情况，设计了旋转式负压排泥器，使吸盘吸取污泥的面积增大，以及通过旋转驱动机构旋转搅拌沉降罐内的泥沙、污泥等杂质，使沉降罐内产生离心场，将泥沙、污泥等杂质和水分离，被分离的泥沙、污泥等杂质再次通过吸盘吸取并排出沉降罐外。