溶气式气浮选机改进应用

刘艳军

摘要；本文针对溶气式浮选机链条式刮渣机构存在的设计缺陷进行了改进，该设备常用于油田水处理工艺当中，主要是运行过程中去除油田普通含油污水中的硫化物、颗粒状悬浮物、胶状聚合物及原油等各类杂质。消除了设备运行时故障率高、运行时率低的问题本文在改进过程中，运用流体波动表面张力扩散理论、大比例减速机构、溶气泵工艺流程改进等措施，完成了溶气式浮选机的改进设计应用，实现了气浮系统设备运行的可行性和可靠性。

关键词：浮选机 运行时率 刮渣机构 扩散

一、基础数据

（一）改进背景及目的意义

由于气浮技术工艺成熟，成本低廉，处理量大，可去除粒径较小的分散油和部分溶解油，已成为油田采出水处理的优选工艺。本站采用涡轮溶气泵装置，应用后效果显著，污水含油由122mg／L降低到56mg／L以下,悬浮物含由100mg ／L降到40mg ／L，具有广泛的工业应用前景。但在使用中因链条式刮渣机构总在存在不同程度的损坏，通过论证试验跟踪，将三台气浮机的链条式刮渣机构改为直驱式，优化工艺参数，完善工艺流程后，极大的提高了气浮机的运行时率问题。

（二）结构原理及设备参数

处理过的部分含油污水循环流入溶气泵，与进口的负压空气一同进入泵腔室，使空气过饱和溶解，然后在气浮池的入口处与加入絮凝剂的原水混合，由于压力减小，过饱和的空气释放出来，形成了微小气泡，悬浮物在微小气泡的吸附下，凝聚到一起，随气泡将它提升至气浮池的水面。从而形成了很容易去除的污泥污油浮层。在刮渣机的作用下，将浮渣与水体分离，较重的杂质将沉在底部，通过排污系统定期排出。

气浮选机能够通过溶气泵等附属设备在含油污水中产生大量微小气泡，形成水、气及被除杂质的三相混合体，气泡的上浮过程中依靠表面张力能有效粘附各类微小颗粒，由于粘合体密度小于水密度而浮出水面，从而达到固液分离的目的。

	项    目	技术指标	备  注
	处理能力( m3／h)	500
	有效容积(m3)	92
技	停留时间(nin)	11．04
术	气浮箱体材质	S30408	连接管线采用S30408
参	占地尺寸(LXBXH)o，(m)	14X7X4．25
数	设备净重(kg)	18650	设备运转重(ke)112800
	设备安装功率(kw／台)	40
	溶气压力(mPa)	≤0．6
	排泥、排油量	1.0m3／h
	气水比	1：  50	处理水量
	工作环境	室内安装
	供水压力要求	自流(≥4米)
	气浮顶部型式	密闭带通气孔	S30408

(三)改进方向与技术经济指标

 1、研究内容

一是通过采用减速机直驱技术，简化传动机构，减少从动部分配件。从根本上解决溶气式气浮机刮渣机机构因介质不适应的问题，延长了溶气式气浮机的使用寿命，减少溶气式气浮机的维修费用，降低生产成本。二是解决有毒有害气体外溢的问题，三是解决刮碴过程中受力不均匀的问题。

2、关键技术

一是气浮机的链条式刮渣机构在不改变工作性质的情况下采为直驱式，二是采用内循环的方式减少有毒有害气体的溢出，三是简化运动机构的同时减小运动部件中刮板运行阻力。

3、经济指标

该设备运行12个月后，运行时率不低于98%。

二、攻关方案

(一) 攻关思路

本技术主要从以下四个方面进行跟踪和试验。

（1）溶气式气浮机刮渣机构配件选型、结构设计。

（2）刮渣机构装置现场安装、调试完毕后，进行试运行。

（3）跟踪监测溶气式气浮机室内外溢有害气体。

（4）跟踪溶气式气浮机在污水站的运行效果，分析该型溶气式气浮机运行数据及参数，评价分析该型溶气式气浮机在普通含油污水处理站去除杂质的适应性，同时优化溶气式气浮机运行参数；

(二) 气浮机有毒有害气体外溢原因分析及整改措施

1、外溢原因分析

溶气式气浮机主要由主箱体和排气口两个部分组成。

1.1溶气式气浮机室内箱体负压计算及优化

溶气式气浮机的箱体气压计算，气浮机采用了箱体微负压技术，结合我站现场应用方面的实际经验，利用轴流风机在气浮间内形成微正压，站内轴流风机的风压一般小于150Pa。使箱体内气体不易溢出，压力从顶部排气口迅速排出的特点。综合充分考虑各种影响因素，解决了气浮间内有油气味甚至有油气浓度的安全问题。

1.2溶气泵空气用量

进口压力真空度为-0.02~-0.03时，流量计控制在2L/s

1.3箱体顶部排气管计算

排气管升力

式中：ΔP—排气管升力，（Pa）；

      H—排气管高度m，

      tw—外部空气温度（℃）

      tp—管段内部湿气温度（℃）

      B—大气压力（Pa）

ΔP=0.0345×12×16.84=6.6 Pa

排气管直径计算D= （式1）

式中：QV—实际气体流量，m3/s;取值0.002 m3/s；

      υ—排气筒内气体流速m/s，取值0.015m/s；

排气管直径计算D==0.16m，取值20cm；

2、有毒有害气体外溢关键技术及创新点

一是通过对比排气管直径取值为20cm较为合理。

二是做好气浮机顶盖的密封性工作，使盖与箱体的封闭空隙面积小于100cm2。

三是通过计算，热空气的抽力为6 Pa，刚刚满足气浮机箱体的微负压临界点。溶气泵的进气口由原来的箱体外改入箱体内，减少了箱体内的气压力。再将一台轴流风机向室内吹风，产生微正压力。三者相叠加保证了气浮间内无任何油气味外溢出来。经现场测试没有任何油气浓度

（三）、气浮机刮渣机构存在问题原因分析及整改措施

原来刮渣系统的运行方式采用回转式滚轮支撑尼龙链条平板刮渣机构，可将浮渣连续均匀地刮入浮渣槽，减少了浮渣相互碰撞的现象，刮渣机的速度直接影响到气浮出水的水质和污油含固率。

1、原因分析

投运3台气浮机链条采用尼龙材质，运行期间多次发生传动链条故障，由生产厂家进行多次维修，但链条故障依然不断，无法保证运行时率，单台维修费用7.5万元/年，气浮机无法正常工作，严重影响外输污水水质。

1.1延伸性和塑性变形损坏

链条因受到防爆使用条件限制，必须采用尼龙材质，本身就具有很强的延伸性和塑性变形。链条在运行过程中，受内部环境温度和拉力的影响，不断的延长。当长度达到一定长度时，容易出现链条与齿轮之间在应力的作用下产生跳槽。从而导致两条同步链条在运行中产生错位，甚至脱落的现象。虽然电机有过应变力保护。但电机在运行过程中无法检测到链条的变形和脱落。在电机的连续运行带动下，从而使链条受到损坏。

 

尼龙链条结构示意图    尼龙链条变形和脱落示意图

1.2尼龙轮偏磨和扶正块变形损坏

尼龙轮在运动过程中。因导轨的精度不高，经常出现卡顿现象。时间一长容易造成尼龙轮的偏磨损坏。同时在运行过程中，刮渣板的扶正块只固定在两节尼龙链条上。刮渣板的宽度为40cm。而且扶正器的宽度为12cm。受力力臂为4:1。这就相当于刮渣板前端受到10公斤的力。反映在链条上就是40公斤。时间一长，扶正器链条在应力的作用下，就容易造成跳槽损坏。

 

尼龙轮结构示意图         扶正块固定点示意图

1.3减速机构传动总成损坏

在改进实验初期，考虑了多种传动形式，比如：链传动、皮带传动和联轴器传动，电机采用0.75KW的三相异步电动机，减速比为180：1，由于内部扭力比较大，皮带经常发生断裂，使用周期不到半个月，后期维护工作量大。联轴器也因为受力负荷过大，造成破碎，存在安全隐患和不确定性。采用的行星齿轮减速机构，因负荷的问题，经常出现磨损、打滑直至后期失效，另外减速机构内的齿牙小，在转动中由于间隙的存在，在磨损和冲击力的作用下经常损坏，更换费用高，不利于设备运行。改进都没取得较好的效果。

皮带轮传动结构示意图 联轴器传动结构示意图

1.4刮渣板弹性小阻力大

在刮渣过程中，因挡油斜板是平面结构，挡油斜板平面虽然与转动轮轴相切，但不是与转动轮轴保持同心的弧面结构，造成转动到与挡油斜板垂直时，直径最小处所受到的摩擦力最大，表现在轴上就是受阻力达到90N/m，产生的危害就是损坏减速机构和链条。

改进前后刮渣机构对比示意图

2、刮渣机构损坏关键技术及创新点

2.1采用摆线齿轮减速机直驱方式，将一对刮渣板对称束在链轮上，减少了刮渣板单臂运行时的不平衡和转动时的大扭力，去掉双侧链条及相关辅件，简化了传动机构，杜绝了链条跳槽、错位现象的发生，实现了连续刮渣，同时液面的水纹波动，保证了浮在水面上渣油良好的扩散性，运行油厚与原结构基本一致，目视可以见到水层。

2.2将挡油斜板平面改造为弧面，将刮油板下面加厚蓬布的厚度由10毫米减少到5毫米，增加变形量和柔韧性，蓬布耐疲劳性能突出，反复屈折仍能保持原有的柔韧性，保证转动到直径最小处所受阻力最小，机件故障率为零。

2.3更换大齿距的减速机，防止打齿损坏。

气浮机减速机构现场安装情况

三、结论

（一）应用情况

通过以上改进, 跟踪气浮机运行效果，运行4年时间，没有发生一次故障，气浮机各生产参数正常，气浮机室内无任何油气味，刮渣机运行平稳。

（二）经济效益

以一台溶气式气浮机为例，每年运行因各部件损坏投资费用为6.7万元，而本次改进气浮机结构单台投资费用为2.2万元，投资费用节俭4.5万元。运行4年来3台气浮机共节约费用73.8万元。气浮机运行初期，每年运行时率245天，运行时率为67%,，改进后运行到现在4年时间没有发生一次故障，运行时率为100%,减少故障时间为480天。

综上所述，本文就溶气式浮选机装置，论述了生产运行过程中出现的普遍现象，针对不同的问题跳出现有的标准规范，提出了相应的解决办法，满足预想设计及相关的标准要求，运行效率高和运行安全可靠，有较好的经济效益，具有广泛的推广应用前景。

但是技术水平还是受客观的因素制约，不能做到设备的全面提档升级，无法突破复杂的污水处理技术壁垒，因此建议相关部门针对污水处理环节，加大自控技术投入力度，多进行现场的试验和尝试，积极完善目前设备工艺流程等，共同解决技术难关。

参考文献

1.污水处理工艺及其回用利用技术,期刊：《黑龙江环境通报》,2021（1）。
2.污水处理厂的污水处理工艺流程分析,期刊：《化纤与纺织技术》2021（1）。
3.杨承志.气浮法污水处理技术，油田化学，1990(11）。
4.油田水处理.石油大学出版社.1997(9）。

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