許行，許越，鄧松圣

（1.解放軍后勤工程學(xué)院，重慶400042；2.科廷理工大學(xué)，澳地利珀斯U1987）

成品油庫(kù)隔油池設(shè)計(jì)問(wèn)題的探討

許行1，許越2，鄧松圣1

（1.解放軍后勤工程學(xué)院，重慶400042；2.科廷理工大學(xué)，澳地利珀斯U1987）

隔油池是油庫(kù)含油污水處理的主要設(shè)施。根據(jù)成品油庫(kù)隔油池的特點(diǎn)及使用現(xiàn)狀，指出目前隔油池設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題。從理想隔油池工作模式的角度，分析影響懸浮油顆粒浮升速度的因素，研究懸浮油顆粒浮升速度與隔油池表面負(fù)荷率的內(nèi)在關(guān)系，為隔油池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確立理論依據(jù)。提出適合不同類(lèi)型成品油庫(kù)隔油池的合理設(shè)計(jì)參數(shù)的確定方法，并通過(guò)計(jì)算實(shí)例加以說(shuō)明。

成品油庫(kù)；含油污水；隔油池設(shè)計(jì)

0 引言

油田、煉油廠、碼頭等油庫(kù)在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢水。為防止水體污染對(duì)環(huán)境造成危害，通常都設(shè)有專(zhuān)門(mén)的污水處理工作站[1-3]。然而，在我國(guó)數(shù)量更多、分布更廣的是各類(lèi)成品油油庫(kù)。這些油庫(kù)以儲(chǔ)存汽油、煤油、柴油等輕質(zhì)油品為主，在儲(chǔ)運(yùn)及管理過(guò)程中也不可避免產(chǎn)生廢水。與油田、煉油廠、碼頭等油庫(kù)不同，成品油油庫(kù)的廢水主要來(lái)源于油罐切水和油罐清洗時(shí)產(chǎn)生的含油污水。成品油油庫(kù)含油污水的成分及數(shù)量與油庫(kù)的儲(chǔ)油品種、周轉(zhuǎn)量有關(guān)，但普遍排放量都不大，而且屬間歇性排放。目前，除少數(shù)大型成品油油庫(kù)外，通常不專(zhuān)設(shè)投資高、運(yùn)行費(fèi)用大的污水處理系統(tǒng)。對(duì)含油污水的處理主要通過(guò)設(shè)置隔油池的方式解決[4-6]。但必須指出，現(xiàn)有的文獻(xiàn)對(duì)污水處理主要側(cè)重于對(duì)懸浮顆粒沉淀方面的論述，而對(duì)密度比水小的懸浮顆粒分離機(jī)理的研究相對(duì)較少。這也是當(dāng)前隔油池的設(shè)置存在諸多問(wèn)題的一個(gè)重要原因。成品油油庫(kù)類(lèi)型、規(guī)模差異性很大，隔油池應(yīng)該結(jié)合油庫(kù)含油污水排放的實(shí)際情況合理選擇參數(shù)。據(jù)此，本文就隔油池設(shè)計(jì)問(wèn)題作一探討。

1 隔油池的隔油原理

隔油池的隔油原理，其實(shí)質(zhì)是利用油水的密度差而達(dá)到分離的目的。理想隔油池工作模式基于以下假定：

（1） 隔油池中過(guò)水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的水流速度均相同，以水平分速v流動(dòng)。

（2） 懸浮油顆粒在浮升過(guò)程中以等速上升，上升速度為u。

（3） 在隔油池的進(jìn)口區(qū)域，含油污水中的懸浮油顆粒均勻地分布在整個(gè)過(guò)水?dāng)嗝嫔稀?/p>

（4） 懸浮油顆粒一經(jīng)升到池頂，即認(rèn)為被去除。

根據(jù)上述假定，浮油顆粒自由浮升的基本模式如圖1所示（u0為在給定的浮升時(shí)間t內(nèi)，位于進(jìn)水口水面上的懸浮油顆粒正好升到池頂?shù)乃俣龋?/p>

（a）浮油顆粒升速u(mài)≥u0

圖1 懸浮油顆粒浮升的基本模式

當(dāng)某一懸浮油顆粒進(jìn)入隔油池后，一方面隨著水流在水平方向流動(dòng)，其水平分速為v，這一速度由式（1）決定：

式中v——懸浮油顆粒的水平分速；

A′——浮油區(qū)的垂直斷面面積，A′=H·B；

Q——進(jìn)水流量；

H——浮油區(qū)的有效水深；

B——浮油區(qū)池寬。

另一方面，懸浮油顆粒在浮力作用下沿垂直方向上升，其垂直上升的速度為u。根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)中速度合成的定律，懸浮油顆粒運(yùn)動(dòng)的軌跡為其水平分速v和升速u(mài)的矢量和，在自由浮升中，該矢量和是一傾斜的直線，其斜率為。當(dāng)升速u(mài)≥u0時(shí)，無(wú)論這種懸浮油顆粒在進(jìn)水口處于什么位置，該懸浮油顆粒都可以浮到池頂而去除，圖1（a）中的跡線xy與x′y′所代表的即是。而當(dāng)懸浮油顆粒升速u(mài)

設(shè)升速為u的懸浮油顆粒占全部懸浮油顆粒的百分?jǐn)?shù)為p（u），其中（u）的懸浮油顆粒將會(huì)從水中浮升到池頂而去除。在同一浮升時(shí)間，h=u·t；H=u0·t，那么：

式中h——浮油區(qū)在u升速下的浮升高度。

因此，對(duì)于升速為u（u＜u0）的全部懸浮油顆粒，可以浮升于池頂?shù)臄?shù)量為：

隔油池能去除的懸浮油顆粒包括u≥u0以及u

式中

P0——升速u(mài)

1-P0——升速u(mài)≥u0的懸浮油顆粒去除的百分?jǐn)?shù)。

由式（1）可知：

由圖1可以看出，各參數(shù)間有如下的關(guān)系：

將式（6）代入式（1），并簡(jiǎn)化得：

式中A＝L·B，表示浮油區(qū)的水平橫斷面面積，故：

由式（8）及式（9）可以看出，在理想隔油池中，表面負(fù)荷率q0與懸浮油顆粒的最小升速u(mài)0在數(shù)值上是相同的。但它們所表達(dá)的物理概念卻完全不一樣。懸浮油顆粒自由升速u(mài)0的單位是m／h；而表面負(fù)荷率則表示單位面積的隔油池在單位時(shí)間內(nèi)所能通過(guò)的流量，單位是m3／（m2·h）。但從這一關(guān)系中，我們可以知道，只要確定懸浮油顆粒的最小升速u(mài)0，就可以求得理想隔油池的表面負(fù)荷率。由斯托克斯公式計(jì)算[7]，即：

式中u——污水中油珠的浮升速度/（cm/s）；

β——水中懸浮雜質(zhì)碰撞引起的阻力系數(shù)，取β=0.95[8]；

g——重力加速度，g=981 cm/s2；

μ水——水的絕對(duì)黏度/Pa·s;

φ——實(shí)際油珠非球形的形狀修正系數(shù)，一般可取φ=1.0；

ρy，ρ0——分別為水和油珠的密度/（g/cm3）；

d——油滴粒徑/cm。

從式（4）和（8）還可以看出，隔油池的除油效率是池水平橫斷面面積的函數(shù)，而不是池深H的函數(shù)。因而從原理上講，隔油池宜采用大的表面積以及較淺的水深。

2 隔油池設(shè)計(jì)

隔油池的設(shè)計(jì)包括功能設(shè)計(jì)與構(gòu)造設(shè)計(jì)兩部分。功能設(shè)計(jì)是確定隔油池的浮油區(qū)、進(jìn)水區(qū)、出水區(qū)等的構(gòu)成；構(gòu)造設(shè)計(jì)是確定隔油池的幾何尺寸。

2.1 設(shè)計(jì)流量

當(dāng)含油污水是自流進(jìn)入隔油池時(shí)，應(yīng)以油庫(kù)可能產(chǎn)生的最大含油污水量作為設(shè)計(jì)流量；當(dāng)含油污水是泵送進(jìn)入隔油池時(shí)，隔油池設(shè)計(jì)流量應(yīng)按泵的額定流量作為設(shè)計(jì)流量。

2.2 實(shí)際除油效率

確定除油率的依據(jù)應(yīng)是含油污水經(jīng)隔油處理后達(dá)到現(xiàn)行環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。含油污水除油率取決于浮油顆粒的浮升速度和表面負(fù)荷率[9]。浮油顆粒的浮升速度又與污水密度有關(guān)，影響油庫(kù)污水的密度主要是含油濃度。通常情況下，成品油油庫(kù)油罐切水時(shí)產(chǎn)生的含油污水含油質(zhì)量濃度在200～1 500 mg/L。除油效率μ可由下式表示：

2.3 隔油池的設(shè)計(jì)表面積A：

式中Qmax——最大設(shè)計(jì)流量/（m3／s）；

α——隔油池表面修正系數(shù)。

因?yàn)閷?shí)際的隔油池容積利用率不是100%，而且又要受水流紊動(dòng)的影響，按照一般公式求出的隔油池表面面積往往偏小，應(yīng)予以修正。α值與系數(shù)v/u有關(guān)[10]，可由表1查得。

表1 表面積修正系數(shù)α與速度比υ/u的關(guān)系

2.4 浮升區(qū)有效水深H

式中A0——隔油池水流橫斷面面積/m2，A0=Q/v。

浮升區(qū)的有效水深H通常取2～3 m。

2.5 隔油池的寬度B

隔油池的表面負(fù)荷率、浮升時(shí)間亦可以通過(guò)試驗(yàn)或按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定。

2.6 隔油池的長(zhǎng)度L

式中v——最大設(shè)計(jì)流量時(shí)的水平流速/（mm／s），

通常v≤15u，且取v<5 mm／s[9]。

3 計(jì)算實(shí)例

某成品油油庫(kù)需處理的含油廢水最大流量為Qmax=1 200 m3/d，污水含油濃度為140 mg/L，25℃時(shí)水的密度ρy=0.998 g/cm3，水的絕對(duì)黏度μ水=0.009 8 g/（cm·s），油品的密度ρ0=0.920 g/cm3，油滴最小粒徑d0=100 μm，試設(shè)計(jì)一平流式隔油池。

（1） 污水中油珠的設(shè)計(jì)浮升速度u：

由斯托克斯公式得：

（2） 含油污水去除效率：

式中q0——表面負(fù)荷率/（m3／（m2·h）），這里取

（3） 隔油池的表面面積A：

取池內(nèi)水流的水平流速υ=6u＝2.46 mm/s，查表1可得，α=1.37。

（4） 隔油池水流橫斷面面積A0：

（5） 隔油池有效水深H：

若取隔油池寬度B為3 m，則：

1.5≤H=1.88≤2 m（符合要求）

（6） 隔油池有效長(zhǎng)度L：

（7） 隔油池總高度：

隔油池總高度應(yīng)為隔油池有效高度加上不小于0.4 m的超高，故隔油池計(jì)算總高度取2.38 m。

綜上計(jì)算，該油庫(kù)的隔油池的設(shè)計(jì)幾何尺寸L×B×H確定為：12 m×3 m×2.5 m。

4 結(jié)束語(yǔ)

隔油池是目前成品油庫(kù)含油污水處理的一種經(jīng)濟(jì)有效的處理方法，因此進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)非常重要。由于成品油庫(kù)類(lèi)型、儲(chǔ)油品種、作業(yè)量及環(huán)境條件的差異性，隔油池應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況建造。一些油庫(kù)可能產(chǎn)生高濃度的含油污水，若直接由隔油池處理達(dá)標(biāo)有困難時(shí)，可以考慮設(shè)置自動(dòng)切水器或排污放水閥等裝置，在含油污水進(jìn)入隔油池之前先行預(yù)處理，降低其濃度。

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Abstract:Oil separation tank is a kind of important facilities for oily wastewater treatment at oil depots.According to the characteristics of oil separation tanks and their application situation at product oil depots,this paper points out existing problems in design of the present oil separation tanks.Based on the ideal oil separation tank working pattern,this paper analyzes the influencing factors on the suspended oil particle floatingup speed,studies intrinsic relation between the suspended oil particle floating-up speed and the surface loading rate of the oil separation tanks,establishes a theoretical basis for structural design of oil separation tanks,provides the reasonable parameter determination method which adapts to design of oil separation tanks at various types of product oil depots,and finally explains them with examples.

Key words:product oil depot;oily wastewater;oil separation tank design

（19）Discussion on Design of Oil Separation Tanks at Product Oil Depots

XU Hang（Logistical Engineering University of PLA,Chongqing 400042，China）,XU Yue,DENG Song-sheng

TE972.1

A

1001－2206（2010）05－0019－04

許行（1958-），男，浙江人，教授，1994年畢業(yè)于西南石油大學(xué)，碩士，現(xiàn)從事油氣儲(chǔ)運(yùn)方面的教學(xué)、科研和工程設(shè)計(jì)工作。

2009-11-29；

2010-05-26