成品油库隔油池设计问题的探讨

许行，许越，邓松圣

（1.解放军后勤工程学院，重庆400042；2.科廷理工大学，澳地利珀斯U1987）

成品油库隔油池设计问题的探讨

许行1，许越2，邓松圣1

（1.解放军后勤工程学院，重庆400042；2.科廷理工大学，澳地利珀斯U1987）

隔油池是油库含油污水处理的主要设施。根据成品油库隔油池的特点及使用现状，指出目前隔油池设计中存在的问题。从理想隔油池工作模式的角度，分析影响悬浮油颗粒浮升速度的因素，研究悬浮油颗粒浮升速度与隔油池表面负荷率的内在关系，为隔油池结构设计确立理论依据。提出适合不同类型成品油库隔油池的合理设计参数的确定方法，并通过计算实例加以说明。

成品油库；含油污水；隔油池设计

0 引言

油田、炼油厂、码头等油库在生产过程中会产生大量的废水。为防止水体污染对环境造成危害，通常都设有专门的污水处理工作站[1-3]。然而，在我国数量更多、分布更广的是各类成品油油库。这些油库以储存汽油、煤油、柴油等轻质油品为主，在储运及管理过程中也不可避免产生废水。与油田、炼油厂、码头等油库不同，成品油油库的废水主要来源于油罐切水和油罐清洗时产生的含油污水。成品油油库含油污水的成分及数量与油库的储油品种、周转量有关，但普遍排放量都不大，而且属间歇性排放。目前，除少数大型成品油油库外，通常不专设投资高、运行费用大的污水处理系统。对含油污水的处理主要通过设置隔油池的方式解决[4-6]。但必须指出，现有的文献对污水处理主要侧重于对悬浮颗粒沉淀方面的论述，而对密度比水小的悬浮颗粒分离机理的研究相对较少。这也是当前隔油池的设置存在诸多问题的一个重要原因。成品油油库类型、规模差异性很大，隔油池应该结合油库含油污水排放的实际情况合理选择参数。据此，本文就隔油池设计问题作一探讨。

1 隔油池的隔油原理

隔油池的隔油原理，其实质是利用油水的密度差而达到分离的目的。理想隔油池工作模式基于以下假定：

（1） 隔油池中过水断面上各点的水流速度均相同，以水平分速v流动。

（2） 悬浮油颗粒在浮升过程中以等速上升，上升速度为u。

（3） 在隔油池的进口区域，含油污水中的悬浮油颗粒均匀地分布在整个过水断面上。

（4） 悬浮油颗粒一经升到池顶，即认为被去除。

根据上述假定，浮油颗粒自由浮升的基本模式如图1所示（u0为在给定的浮升时间t内，位于进水口水面上的悬浮油颗粒正好升到池顶的速度）。

（a）浮油颗粒升速u≥u0

图1 悬浮油颗粒浮升的基本模式

当某一悬浮油颗粒进入隔油池后，一方面随着水流在水平方向流动，其水平分速为v，这一速度由式（1）决定：

式中v——悬浮油颗粒的水平分速；

A′——浮油区的垂直断面面积，A′=H·B；

Q——进水流量；

H——浮油区的有效水深；

B——浮油区池宽。

另一方面，悬浮油颗粒在浮力作用下沿垂直方向上升，其垂直上升的速度为u。根据运动学中速度合成的定律，悬浮油颗粒运动的轨迹为其水平分速v和升速u的矢量和，在自由浮升中，该矢量和是一倾斜的直线，其斜率为。当升速u≥u0时，无论这种悬浮油颗粒在进水口处于什么位置，该悬浮油颗粒都可以浮到池顶而去除，图1（a）中的迹线xy与x′y′所代表的即是。而当悬浮油颗粒升速u

设升速为u的悬浮油颗粒占全部悬浮油颗粒的百分数为p（u），其中（u）的悬浮油颗粒将会从水中浮升到池顶而去除。在同一浮升时间，h=u·t；H=u0·t，那么：

式中h——浮油区在u升速下的浮升高度。

因此，对于升速为u（u＜u0）的全部悬浮油颗粒，可以浮升于池顶的数量为：

隔油池能去除的悬浮油颗粒包括u≥u0以及u

式中

P0——升速u

1-P0——升速u≥u0的悬浮油颗粒去除的百分数。

由式（1）可知：

由图1可以看出，各参数间有如下的关系：

将式（6）代入式（1），并简化得：

式中A＝L·B，表示浮油区的水平横断面面积，故：

由式（8）及式（9）可以看出，在理想隔油池中，表面负荷率q0与悬浮油颗粒的最小升速u0在数值上是相同的。但它们所表达的物理概念却完全不一样。悬浮油颗粒自由升速u0的单位是m／h；而表面负荷率则表示单位面积的隔油池在单位时间内所能通过的流量，单位是m3／（m2·h）。但从这一关系中，我们可以知道，只要确定悬浮油颗粒的最小升速u0，就可以求得理想隔油池的表面负荷率。由斯托克斯公式计算[7]，即：

式中u——污水中油珠的浮升速度/（cm/s）；

β——水中悬浮杂质碰撞引起的阻力系数，取β=0.95[8]；

g——重力加速度，g=981 cm/s2；

μ水——水的绝对黏度/Pa·s;

φ——实际油珠非球形的形状修正系数，一般可取φ=1.0；

ρy，ρ0——分别为水和油珠的密度/（g/cm3）；

d——油滴粒径/cm。

从式（4）和（8）还可以看出，隔油池的除油效率是池水平横断面面积的函数，而不是池深H的函数。因而从原理上讲，隔油池宜采用大的表面积以及较浅的水深。

2 隔油池设计

隔油池的设计包括功能设计与构造设计两部分。功能设计是确定隔油池的浮油区、进水区、出水区等的构成；构造设计是确定隔油池的几何尺寸。

2.1 设计流量

当含油污水是自流进入隔油池时，应以油库可能产生的最大含油污水量作为设计流量；当含油污水是泵送进入隔油池时，隔油池设计流量应按泵的额定流量作为设计流量。

2.2 实际除油效率

确定除油率的依据应是含油污水经隔油处理后达到现行环保标准。含油污水除油率取决于浮油颗粒的浮升速度和表面负荷率[9]。浮油颗粒的浮升速度又与污水密度有关，影响油库污水的密度主要是含油浓度。通常情况下，成品油油库油罐切水时产生的含油污水含油质量浓度在200～1 500 mg/L。除油效率μ可由下式表示：

2.3 隔油池的设计表面积A：

式中Qmax——最大设计流量/（m3／s）；

α——隔油池表面修正系数。

因为实际的隔油池容积利用率不是100%，而且又要受水流紊动的影响，按照一般公式求出的隔油池表面面积往往偏小，应予以修正。α值与系数v/u有关[10]，可由表1查得。

表1 表面积修正系数α与速度比υ/u的关系

2.4 浮升区有效水深H

式中A0——隔油池水流横断面面积/m2，A0=Q/v。

浮升区的有效水深H通常取2～3 m。

2.5 隔油池的宽度B

隔油池的表面负荷率、浮升时间亦可以通过试验或按经验数据来确定。

2.6 隔油池的长度L

式中v——最大设计流量时的水平流速/（mm／s），

通常v≤15u，且取v<5 mm／s[9]。

3 计算实例

某成品油油库需处理的含油废水最大流量为Qmax=1 200 m3/d，污水含油浓度为140 mg/L，25℃时水的密度ρy=0.998 g/cm3，水的绝对黏度μ水=0.009 8 g/（cm·s），油品的密度ρ0=0.920 g/cm3，油滴最小粒径d0=100 μm，试设计一平流式隔油池。

（1） 污水中油珠的设计浮升速度u：

由斯托克斯公式得：

（2） 含油污水去除效率：

式中q0——表面负荷率/（m3／（m2·h）），这里取

（3） 隔油池的表面面积A：

取池内水流的水平流速υ=6u＝2.46 mm/s，查表1可得，α=1.37。

（4） 隔油池水流横断面面积A0：

（5） 隔油池有效水深H：

若取隔油池宽度B为3 m，则：

1.5≤H=1.88≤2 m（符合要求）

（6） 隔油池有效长度L：

（7） 隔油池总高度：

隔油池总高度应为隔油池有效高度加上不小于0.4 m的超高，故隔油池计算总高度取2.38 m。

综上计算，该油库的隔油池的设计几何尺寸L×B×H确定为：12 m×3 m×2.5 m。

4 结束语

隔油池是目前成品油库含油污水处理的一种经济有效的处理方法，因此进行合理的设计非常重要。由于成品油库类型、储油品种、作业量及环境条件的差异性，隔油池应该结合实际情况建造。一些油库可能产生高浓度的含油污水，若直接由隔油池处理达标有困难时，可以考虑设置自动切水器或排污放水阀等装置，在含油污水进入隔油池之前先行预处理，降低其浓度。

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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

许行（1958-），男，浙江人，教授，1994年毕业于西南石油大学，硕士，现从事油气储运方面的教学、科研和工程设计工作。

2009-11-29；

2010-05-26