油水相分离（通用3篇）
油水相分离 篇1
摘要：在众多能源形式当中, 石油是人类生产活动、贸易活动以及日常生活当中不可或缺的矿产能源之一, 也是长期以来自然形成的能源中的重要组成部分。然而, 现阶段我国众多石油企业遭遇到了巨大的难题, 导致油气资源的可持续发展岌岌可危, 同时石油企业的开采和生产活动也对生态环境造成较为严重的负面的影响, 这主要是由于现行的多种采油技术已经无法满足对含水率越来越高的油田的开采造成的。因此, 文章将从含水率较高的油田开采过程中存在的问题着手, 对井下油水分离的采油技术的原理和优点进行阐述, 并通过相关实验以证实其可行性。
关键词：井下油水分离,采油技术,研究
引言
在我国国民经济以及社会发展中, 能源占有十分重要的地位, 其属于经济和社会发展的重要的物质基础。石油此项能源型产业, 在国民经济发展过程中充当的角色是十分突出的, 其能带动整个国家或部分省市、地区的贸易往来和经济发展。就现阶段而言, 我国的采油技术还存在着较大的发展空间, 需要相关研究者和工作者的不断努力以加快各项技术的开发和发展。随着油田开发进度的深入, 油井采出液的含水量会逐渐增加, 这对石油的开采效率和管理等各方面均带来了不同程度的负面影响, 因此, 将新的技术应用于石油开采中十分必要。基于此, 文章将分为三个部分来对井下油水分离技术进行研究, 最后做出总结。
一、含水量高的油田开采过程中存在的问题
我国对油田的节能技术发展现状以及未来的发展方向都给予了高度的关注度, 从其诞生发展至今, 已经开始了各方面的工作对其做研究以及探索, 其中包含了技能技术的研究、节能工程的建设、节能工程的专项投资等等, 这些工作较大程度的促进了我国油田节能技术的不断发展提升。
1. 经济投入增加
伴随着油田开采进度的深入, 进入到油田开采的中期或后期之后, 从油井中开采出的液体的含水量会较油田开采初期更高。而要保证采油的效率和质量, 石油企业需要通过相关技术手段对采出液中的水份进行处理, 包括对产出水的举升、贮存、处理和排放, 这一过程可被称之为原油脱水处理。在油田开采的中后期对采出液中产出水的处理需要投入更多的操作资金和人力资源, 从而增加了石油开采的成本。
2. 环境的破坏
另一方面, 对采出液进行脱水处理后, 产出水中一般会含有大量的硫化物、病原菌、固体颗粒、有机酚类物质等化学药剂, 这些物质若得不到完善的处理而直接排放将会对周围环境造成严重的污染。随着人们对环境保护的重视程度逐渐加深, 国家对环保工作开展力度的加大, 越来越多的石油企业被迫使采用先进的采油技术, 一方面提高石油的开采效率, 另一方面降低原油中产出水的含量以减少对生态环境的破坏。
二、井下油水分离技术
1. 井下油水分离技术的原理
井下油水分离的采油技术是通过采用某种水油分离装置或仅靠水、油重力的差异的原理, 将油田中开采的原油 (采出液) 在井下环境中直接分离开来, 之后再将分离后的浓缩石油举升回到地面, 而被分离出的水份则直接注入到井下的水层或非产油层当中。通过将以上原理加以实际应用而设计出的油水分离技术已经被广泛应用于全球各类采油企业当中, 根据油水分离原理的不同, 可以将这一技术划分为两种不同的类型, 分别为是井下水力旋流器分离技术和井下重力分离技术。
2. 井下油水分离技术的优点
将井下油水分离的采油技术应用于油田的开采过程当中具有许多优点, 具体可以体现在以下几个方面。
(1) 减少了经济的投入
井下油水分离的采油技术通过机械或重力原理在井下就可以完成对原油的脱水处理, 一方面减少了将大体积的采出液举升至地面的动力消耗和所需要的费用, 另一方面由于该技术在井下便可以完成对采出液中水份的回注, 从而减少了对产水清理、排放和管理的费用。
(2) 增加了采油的效率
在正确进行油藏模拟基础上, 可按计划周期性地调整油藏注水模式, 改变油藏内水流分布, 提高单井采油量和油藏最终采收率[1]。
(3) 降低了对生态环境的破坏程度
采用传统的原油开采和脱水技术会对油田周围的生态环境造成严重的污染, 这主要是由于原油产出水中含有浓度较高的有害性化学物质。而采用井下油水分离采油技术可以在井下对原油中的大部分水进行回注和处理, 极大程度上降低了对地表淡水层的污染, 同时也降低了产出水中有害化学物质对生态环境的破坏。
三、井下油水分离技术的应用研究
为了验证井下油水分离采油技术的有效性, 文章选取了某油田进行实地操作, 具体情况如下。
1. 油田概况
某油田区块L2-51井组共4口油井, 日常石油开采时4口油井的平均含水量均超过92%, 其中本次研究实验地L2-51油井的综合含水量为95.7%。该油井人工井底深度为1811.5m, 灰面为1498.93m, 油层井段为1421.3~1424.0m, 油层厚度为2.8m, 日常产油量为2.7t。
2. 实际操作步骤
首先, 根据相关规定进行油井的疏通, 保证井筒的通畅。
第二, 于油井1382~1385m (3m/层) 井段射开, 关井候凝48小时[2]。
第三, 第二次疏通井筒并刮管冲砂后, 打多级丢手, 并投入井下油水分离仪器, 投入开采和生产[3]。
3.实验结果
该油井采用井下油水分离采油技术后, 油井采出液的日产量比未实施前下降了11~15t, 可见其明显的脱水效果, 详细情况见图1。
结束语
综上所述, 井下油水分离的采油技术是一项涉及领域广泛、自动化程度高、采油效率高且易于操作和管理的新型技术, 在实际采油操作过程中, 需要通过研究人员、操作人员及管理人员等多方努力以进一步解决采油中遇到的一系列问题。文章通过对含水量高的油田开采过程中存在的问题进行分析, 对井下油水分离的采油技术的原理和优点进行阐述, 再通过相关实验验证了该方法的可行性, 最后做出总结, 拟为我国采油技术的发展提供可靠的理论性依据。
参考文献
[1]任闽燕, 程军, 张子玉, 张安德, 蒲兵, 张健.井下油水分离采油技术[J].石油钻采工艺, 2011, 12 (25) :281-283.
[2]宋开利, 李晓明, 徐文庆, 曹雪梅, 朱云杰.井下油水分离采油技术初探[J].油气采收率技术, 2010, 03 (30) :331-333.
[3]刘新平, 王振波, 金有海.井下油水分离采油技术应用及展望[J].石油机械, 2011, 02 (15) :414-416.
餐厨垃圾油水分离过程探讨 篇2
关键词：餐厨垃圾,处理,油水分离
1 餐厨垃圾的定义
餐厨垃圾, 也叫泔脚, 是居民在生活消费过程中形成的生活废物, 很容易出现腐烂变质, 并散发恶臭, 带有大量细菌和病毒。餐厨垃圾成分十分复杂主要包括米和面粉类食物残余、蔬菜、动植物油及肉骨等, 化学组成主要有淀粉、纤维素、蛋白质、脂类和无机盐等。
餐厨垃圾具有显著的危害和资源的二重性, 其特点可归纳为以下几点。
(1) 含水率高, 可达80%~95%;
(2) 盐分含量高, 部分地区含辣椒、醋酸高;
(3) 有机物含量高, 如蛋白质、纤维素、淀粉、脂肪等;
(4) 富含氮、磷、钾、钙及各种微量元素;
(5) 存在有病原菌、病原微生物;
(6) 易腐烂、变质、发臭。
2 餐厨垃圾的类型
根据来源不同, 餐厨垃圾主要分为餐饮垃圾和居民日常厨余垃圾。前者产生自饭店、食堂等餐饮业的残羹剩饭, 具有产生量大、来源多、分布广的特点, 后者主要指居民日常烹调中废弃的下脚料, 数量相对较少。
3 餐厨垃圾的危害
(1) 污染环境、影响市容。因餐厨垃圾含有较高的有机质和水分, 容易受到微生物的作用, 而发生腐烂变质现象;且废弃放置时间越久, 腐败变质现象就越发严重。特别是到了夏季, 温度较高, 腐烂变质也越快, 这时候产生的大量渗滤水和腐败后的恶臭气体对环境卫生造成恶劣影响[1]。
(2) 危害人体健康。餐厨垃圾中的肉类蛋白以及动物性的脂肪类物质, 主要来自于提供肉类食品的那些家畜家禽, 家畜如直接食用未经有效处理的餐厨垃圾后, 容易发生“同类相食”的同源性污染, 造成人畜之间疫病的相互传染, 危害人体健康, 并可能促进某些致命疾病的传播。如历史上大规模爆发的传染病:1986年英国出现的疯牛病、口蹄疫等[2]。再比如说, 目前在许多地方传播的禽流感等的起因, 可能是由于病牛、病羊或病猪的尸体被制成了动物饲料, 从而引起疾病的大规模传染[3]。
(3) 传播疾病。餐厨垃圾的露天存放会招致蝇、蟑、鼠虫等大量繁殖, 其是疾病流传的主要媒介[4]。
(4) 餐厨垃圾中堆放时产生的下渗液进入到污水处理系统, 会造成有机物含量的增加, 从而加重污水处理厂的负担, 增加运行成本。同时排放到河流引起水质恶化, 出现一些生物过度生长从而出现严重的富营养化现象, 甚至由于水生植物的大量繁殖导致水面大量被覆盖后水体严重缺氧, 而养殖鱼类大量死亡。
综上所述, 餐厨垃圾对环境和人群的危害已十分严重, 是城市环境一个重要污染源, 对人们的正常生活与身体健康构成了威胁, 这一问题已经引起了政府的高度重视和人们的广泛关注。根据农业部有关专家测算, 餐厨垃圾内含大量的营养物质, 主要成分是油脂和蛋白质, 为可重复利用的宝贵资源。
4 餐厨垃圾的处理
餐厨垃圾处理方法大致有以下几种:物理法、化学法、生物法等;具体的处理技术有填埋、焚烧、堆肥、发酵等方式, 总之其资源化再利用呈现多样化的趋势。其中发酵又含有有氧发酵和厌氧发酵两大类, 其处理结果也不尽相同。
5 餐厨垃圾中的油水分离问题
在进行垃圾处理过程中油水分离是一个重要环节, 因为各类油类混杂在大环境垃圾中会造成更加难以分解处理等问题。而这个分离出来的油, 即是我们通常谈及的地沟油, 其危害更是令人瞠目结舌。
5.1 油水分离的作用
目前的地沟油分离技术都是使用油水分离器, 油水分离器的作用原理是将浮于水面的油与水介质分开处理。但是餐厨垃圾中的油往往不仅是浮在水面的油, 还有部分油已经溶解于水之中, 另外如动物油脂 (比如吃剩的肥猪肉、结块的牛羊油等) 既不溶于水也不飘浮于水面, 油水分离器的作用根本达不到, 因此这一问题亟待解决。
5.2 油水分离器的工作原理
油水分离器, 用于分离压缩空气中凝聚的水分和油分等杂质, 使压缩空气得到初步净化。
油水分离器工作原理是:当压缩空气进入油水分离器后产生流向和速度的急剧变化, 再依靠惯性作用, 将密度比压缩空气大的油滴和水滴分离出来[4]。
图1为常见的撞击式和环形回转式油水分离器。
压缩空气自入口进入分离器壳体后, 气流先受到隔板阻挡撞击折回向下, 继而又回升向上, 产生环形回转。这样使水滴和油滴在离心力和惯性力作用下, 从空气中分离析出并沉降在壳体底部, 定期打开底部阀门即可排出油滴、水滴。
厦门嘉美晟能源科技有限公司拟进行油水分离解决方案方面的研究, 以解决剩余油脂分离的问题。不过这些残留油物的分离因其特殊性, 因此涉及一些技术秘密, 暂不予公开。待公司专利等出来以后, 即可通过专利进行查询。
参考文献
[1]何晟.浅析餐厨垃圾利用处置不当产生的危害[J].环境卫生工程, 2010, 18 (4) :13~15.
[2]刘卓宝.令全世界恐慌的疯牛病[J].上海预防医学, 2001, 13 (5) :15~20.
[3]Haug R.T.The practical handboox of compost engineering[J].Lewis Publishers, 1993 (2) :285.
乳化炸药油水相流量控制 篇3
1 炸药生产线油水相流量控制研究现状
目前, 发达国家使用的小直径炸药大部分为乳化炸药[1]。美国的乳化炸药生产线使用的水、油相流量控制系统, 技术水平先进, 机械化、自动化水平高, 除极个别产品采用间断生产以外, 所有的乳化炸药生产都采用连续化生产工艺。从自动配料开始, 连续乳化, 连续敏化, 直到连续自动装药。连续化生产的基础是操作命令由电脑程序控制和物料管道输送。配制好的水相和油相分别过滤后混合通过管道系统送入乳化器[2], 整个生产过程实现计算机自动控制。输送管道上有测温装置和自动流量计系统, 通过计量泵、计量仪的双重检测, 监控成分配比, 生产安全可靠, 产品性能稳定[3]。日本从美国引进该技术, 然后结合日本的实际情况进行了研究和改进, 使炸药的状况己由原来的浆状成为现在的胶质状, 同时开发了无需乳化剂的乳化炸药。随着微处理芯片的出现, 水、油相流量控制技术已在日本的乳化炸药生产领域得到了广泛应用, 使乳化炸药生产技术取得了突飞猛进的发展, 几乎所有的乳化炸药水、油相流量的控制都采用微机控制, 全连续、全自动的生产工艺。
我国自20世纪70年代末开始研制乳化炸药[4], 北京矿冶研究院率先研究发明了EL系列乳化炸药。进入20世纪90 年代, 乳化炸药水、油相流量的半自动控制方式以模拟屏为代表, 其主要特点是控制室内设有模拟屏, 它将现场仪表采集的流量信号通过变送器送到模拟屏上进行显示;操作人员通过观察模拟屏上显示的流量过程参数和电机、阀门的开启状态, 对生产过程进行监控[5]。随着计算机的高速发展和工艺技术与设备水平的进步, 出现了连续乳化型生产线。连续乳化是指水相材料和油相材料分别制备后, 按照配方要求, 通过各自的计量系统将其连续不断地按比例加入到连续乳化机中形成基质, 其主要特点是由自控系统完成从配料到生产整个过程的控制, 操作人员在控制室内即可完成生产控制[6]。
国内乳化炸药生产水、油相流量的控制理论研究发展很快, 内容包括水相和油相流量的控制过程与原理, 计算机的数据采样与存取、系统因素造成的流量控制滞后原因。在乳化炸药连续乳化生产中, 水相和油相流量的动态特性及数字调节器的参数整定方法, 采用单闭环流量调节系统的控制方案, 数字调节器采用比例积分调节完全能够达到流量控制要求[7]。构造模糊自适应PID控制器, 对传热性能测试系统中的水相和油相流量进行控制, 通过模糊规则进行推理和决策, 在线整定PID控制器的三个参数。实际系统运行结果表明, 此方法提高了流量的控制性能, 实现了水相和油相流量控制的自动化。
2 乳化炸药生产线油、水相流量控制
2.1 系统控制思想
乳化炸药油、水相流量生产过程有两个控制目标[8], 一是按照配方模型的要求保证油相的流量合理配比;二是将水相流量控制在一定的范围内, 这样才能保证泵的效果达到最好, 保证油相与水相以最佳的效果混合产出炸药成品, 从而保证炸药成品的质量。在控制策略上, 本文使用了自校正PID控制策略, 利用自校正修正PID参数, 改变PID控制方式, 以达到最佳PID控制效果。
2.2 油、水相流量自校正PID控制器
基于生产工艺考虑, 构造油、水相流量PID控制器, 其控制框图如图1所示。
图1中, 油、水相流量设定值与实际值的偏差e作为油、水相流量PID控制器的输入, 同时分析检测数据中的油、水相流量值将根据配方模型的参考比例作为油、水相流量的设定值[9]。油、水相流量PID控制器经过运算修改油控制器的参数, 由PID控制器给出油泵的控制量u。选择油、水相流量的控制方案是将系统按四输入二输出的多变量处理, 并设计一个自校正控制器, 该控制原理框图如图2所示。
系统的输入:u (k) =[水相流量 水相温度 油相流量 油相温度]T;
系统的输出:y (k) =[出药温度 出药密度]T。
该系统的数学模型是:
undefined
式中:ξ (k) 为白噪声。
undefined
式中:A (z-1) =1+a1z-1+a2z-2+…+anz-n;B (z-1) =b0+b1z-1+b2z-2+…+bmz-m;d为被控对象的纯滞后;z-1为后移算子;y (t) 和u (t) 分别为过程的输出和输入;ξ (t) 为随机干扰。
为了便于分析问题, 式 (1) 可以表示为:
undefined
设:
undefined
则有:
undefined
选择估计模型为:
undefined
式中:undefined为拟和误差。
由输入和输出组成的数据信息向量为:
undefined
被控过程的参数向量为:
undefined
应用加权递推最小二乘法进行参数估计:
Q (t) =Q (t-1) +k (t) [y (t) -xT (t) Q (t-1) ] (6)
undefined
式中: ρ为遗忘因子;P (t) 为正定协方差矩阵。
系统辨识环节根据u (k) 和y (k) 在线辨识变化的系统工艺参数, 再根据给定的优化指标进行参数估计, 改变控制器参数。
3 油、水相流量自校正PID控制系统实现
3.1 硬件实现
乳化炸药油、水相流量控制工序段硬件组成结构如图3所示, 其基础是底层的集散控制系统 (DCS) 。系统控制结构至少有三层, 与DCS系统相连接的可编程控制器 (PLC) 以及处于PLC上一层的若干台实时监控计算机构成现场控制层, 优化计算机构成上一级管理优化层。
监控级主要完成:现场温度、压力、料位的记录及电机状态显示等工艺过程的监控;完成工艺数据的存储、曲线显示;生产过程工艺及设备故障预警与报警;专家系统监控以及系统的调度。
现场级主要完成:接收来自监控计算机遥控的开关量输出和模拟量设定值, 并作用于执行机构;检测现场开关量的输入, 采集水相流量、油相流量、油相温度、料位、等传感器的工艺参数, 并传输给监控计算机, 以完成油、水相流量控制的在线控制。
执行机构主要有异步电动机、油相泵、水相泵、电动阀等。
数据采集机构主要完成现场数据的采集及预处理[10]。由于乳化炸药的生产过程具有很高的危险性, 所以现场采集机构都需要具有隔爆特性。根据工艺要求、控制需要和成本考虑, 系统选用了如下的传感器:由于水相的滞后性, 采用HXLDE型智能电磁流量计测量其流量值;根据油相特性, 采用科里奥利质量流量计测量其流量值;同时系统还采用了温度传感器、压力传感器、电流传感器和电压传感器。
3.2 控制系统软件功能实现
控制软件采用组态软件“组态王” 6.5版。 “组态王”是建立工业控制对象人机接口的一种智能软件包, 它以Windows NT中文操作系统作为其操作平台, 充分利用了Windows的完备图形功能、友好界面及易学易用的特点。界面实时监视窗口提供了形象、直观的工艺流程图画面, 在画面上显示所有设备的工作状况、控制点的控制参数、过程控制系统的实时数据显示, 给用户提供重要的参数信息。
4 工业应用效果及分析
乳化炸药生产线油、水相流量自校正PID控制系统已于2008年6月在广西柳州威奇化工有限公司投入生产使用。在产能保持恒定的前提下, 将油、水相流量自校正PID控制器投入运行, 截取了不同时刻的运行曲线, 如图4所示。图中, 上方的曲线表示经过PID控制后水相流量的检测值, 下方的曲线表示经过PID控制后的油相流量的曲线图 (由于两检测值相差一个数量级, 为了显示的方便, 把油相流量的检测值加一个定值后再显示输出) 。图4中, 曲线1表示水相流量实际值, 曲线2表示水相流量设定值, 曲线3表示油相流量时实际值, 曲线4表示油相流量设定值。由图4可以看出, 经过自校正PID控制器的调节, 油、水相流量输出能按流量设定值变化, 其误差范围在0.5%以内, 满足了工艺控制精度的要求, 最终达到炸药组分的质量要求。
5 结 语
系统采用基于以太网的集散控制结构, 使得控制系统的硬件实现具有更大的灵活性。通过把自校正PID控制思想转化为实际的应用软件嵌入到炸药生产过程油、水相流量控制系统中, 有效地实现了流量的自动控制。投入工业运行后, 从现场的运行效果来看, 该乳化炸药生产线流量控制系统达到了生产工艺的要求, 保证了油、水相流量稳定运行, 实现了乳化炸药生产过程的自动控制, 得到了令人满意的效果, 取得了显著的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]汪旭光.乳化炸药[M].北京:冶金工业出版社, 1993.
[2]熊代余.BJC系列乳化炸药现场混装车的研制与应用[J].爆破器材, 2004, 33 (6) :12-16.
[3]吕春绪, 刘祖亮, 倪欧琪.工业炸药[M].北京:兵器工业出版社, 1994.
[4]贺建军, 喻寿益, 桂卫华.基于微机监控的乳化炸药全自动连续生产线[J].中南工业大学学报, 1998, 30 (4) :422-425.
[5]朱凌云, 蒋峰, 何端阳.乳化炸药连续化生产线计算机控制系统[J].现代电子技术, 2003, 26 (3) :68-70.
[6]杨启尧, 王越胜.乳化炸药生产线油水相流量的模糊控制及仿真[J].工业控制计算机, 2004 (7) :17-19.
[7]唐永哲.自校正PID调节器的极点配置设计法[J].工业仪表与自动化装置, 1995 (1) :3-5.
[8]甲冯涛.基于模糊PID的传热性能测试系统流量控制研究[J].控制与决策, 2007, 22 (10) :1-12.
[9]刘茂后.连续乳化的水相与油相流量调节系统参数整定[J].爆破器材, 2003, 32 (4) :3-6.