【正文】 yclotech公司的 B20裝 置示意圖 單獨的水力旋流器被固定在容器腔內(nèi)，通過處理單元的壓降完成了整個容器的固 /液分離。含油污水從采油廢水口進入到入口腔，油水混合液經(jīng)一定的壓力由旋流管周圍的切向方向進入各單體旋流管中，在內(nèi)部由于離心力的差 異，重質(zhì)相水被甩至管壁并向底流口流動，在底流腔內(nèi)收集，有排水口排出。 水力旋流管單體結(jié)構(gòu)選擇與設計 旋流管單體結(jié)構(gòu)選型 液 液水力旋流管是 20 世紀 80 年代開發(fā)的高新技術(shù)，目前世界各仍在研發(fā)過程中。 雙錐型旋流管最早由英國 Southampton 大學的 Martin Thew 等人于 20 世紀 80年代初首創(chuàng)， 最具代表性的就是 F 型液 液旋流分離管。 根據(jù)上述這三條原則和 Cyclotech 公司 B20 系列脫油型水力旋流器的實際結(jié) 構(gòu)容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設計與三維實體模擬 17 情況，本設計選擇 Thew 的 F 型單體水力旋流器結(jié)構(gòu)為設計準則，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖213 所示。 β=176。 當旋流器的進料管內(nèi)徑為 id 時，單體水力旋流器的生產(chǎn)能力為， ?? VdQ i22? (23) 式中 ， Q —— 旋流器的生產(chǎn)能力， 3/mh； id —— 進料管直徑， mm； ?V —— 入口切向速度， /ms。因此設定中心距為 130mm。輕相油通過頂部內(nèi)置在 33 內(nèi)的集油槽流入隔離板 25。 三腔室水力旋流器結(jié)構(gòu) 基于對上述的兩腔室 Vortoil 型 旋流器所存在的缺點和不足 ， Kevin ’Brien于 1994 年 8 月提出了“三腔體水力旋流器”結(jié)構(gòu)專利（ ），該結(jié)構(gòu)設計是先前結(jié)構(gòu)的改進，結(jié)構(gòu)如圖 223 所示。 (2) 結(jié)構(gòu)具體說明 如圖 223所示的三腔體水力旋流器的結(jié)構(gòu)示意圖， 該壓力容器 110主要部分由一對空心套筒 112和 114組成，兩個套筒是通過螺栓 118配合連接， 內(nèi)部有兩個隔板121和 122，將設備橫向分為出油腔，入口腔和排水腔。從結(jié)構(gòu)上看，溢流塞內(nèi)部的集油槽是一個內(nèi)徑漸開闊的狹長錐型空間，特別是軸向通道 169，相比之 下，內(nèi)徑最小，含油廢水在以一定的壓力進入到旋流管內(nèi)，混合容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設計與三維實體模擬 24 相幾乎無法進入到集油槽。整個進口塊 161的側(cè)壁被設計為有兩個平面 167A形狀，這是為了與單體旋流管內(nèi)部軸向平面結(jié)構(gòu)相配合，使其在安裝時，進口塊 161可更方便的在管 151軸向延長方向固定。 容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設計與三維實體模擬 26 溢流塞 171上還有一個很重要的軸肩結(jié)構(gòu) 191，此軸肩所在同心圓的直徑比。在進口弧形結(jié)構(gòu) 163中，頂部設有一切向進口槽 162，它位于整個旋流管結(jié)構(gòu)的頂部，進口設計為切向方向，是為了使高速的混合液體進入單體結(jié)構(gòu)時產(chǎn)生加速旋轉(zhuǎn)的渦流。 其中，混合液由切向入口進入到旋流管 150，這會使旋流管單體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的趨勢，入口塊 161的不對稱設計起到了阻止旋轉(zhuǎn)的反向力，這樣，在水力旋流器的操作過程中，是通過緊錮螺紋來解決工作過程中的不穩(wěn)定。并且，設備通過左端的封頭板可方便、快捷的進行拆卸。由于海上平臺的空間是有限的，而該設備內(nèi)部的溢流管道和固定的螺栓占據(jù)了一定的壓力容器內(nèi)部空間，限制了單體水力旋流器的個數(shù)和排列方式，從而減少了含油廢水的處理量。 (2) 結(jié)構(gòu)具體說明 容器內(nèi)部通過隔離板 25 被隔成兩個腔體 26 和 27，隔板 25 上分布著許多安裝孔，每個單體的水力旋流器 30 通過板上的安裝孔被橫向安裝在壓力容器內(nèi)，左右兩腔室和隔板通過螺栓固定安裝，如圖 221 所示。 旋流管在容器中按六邊形排布，這樣旋流管在容器內(nèi)保障了一個密集的排列方式，這種六邊形的排列方式使得 6根旋流管定位在角上且它們與內(nèi)壁距離最近，這些角上的旋流管由于葉片的固定，不會自由轉(zhuǎn)動。通常用離心強度 Sgc 來表征這種強化作用。m以上的油滴，平均停留時間約 3 秒種。（ 2）為了獲得強離心力并避免過大的壓力降，要求旋流器的直徑很小，但要有很大的長徑比來保證足夠的停留時間。 圖 211 Amoco 單錐管 和 KNN 單 錐 管結(jié)構(gòu)示意圖 容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設計與三維實體模擬 16 單錐型旋流管按照主要的研究開發(fā)單位來劃分 一般可分為 Amoco 單錐管、KNN 單錐 管 ，如圖 211 所示， KNN 單錐管由哈薩克斯坦建筑工程學院學者于 1988年首創(chuàng)，結(jié)構(gòu)特點是單錐、單入口、超短尾管或者無尾管。其次就是容器組合式水力旋流器的布局模式。 該公司的水力旋流器設備在結(jié)構(gòu)上屬于三腔體水力旋流器，從其結(jié)構(gòu)簡圖看來，該裝備是一個空心的壓力容器，內(nèi)部有兩個隔板，將裝備橫向分為出油腔，入口腔和排水腔。按一定基準對比產(chǎn)出水的流速，可調(diào)節(jié)各個壓力容器設備中旋流管的個數(shù)，從而保持各個旋流管在整個操作過程中的高效分離效果。隨即，在一定壓力下以切線的方向通過單體旋流管 3的入口 9，進入到旋流器中進行油水分離的過程，在離心力的作用下，油水兩相由于密度差的不同進行強效分離，重質(zhì)相的水通過底流口 10排至排水腔內(nèi) 7，輕質(zhì)相油通過溢流出口 8進入到排油腔 1內(nèi)，完成油水分離的過程 。 水力 旋流器具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、生產(chǎn) 能力大、分離效率高、占地面積小、無傳動部件和易于實現(xiàn)自動控制的優(yōu)點 ， 在選礦、洗煤、石油、天然氣、石化、三廢處理、淀粉工業(yè)、食品及飲料、造紙工業(yè)、高嶺土、水泥工業(yè)等許多領域得到廣泛應用 [13]。當年 8月 ， 該樣機在大慶石油管理局某中轉(zhuǎn)站投入現(xiàn)場試驗 ， 其主要分離指標為 ： 當聚 合物含量在400ppm左右、水中含油 20xx～ 3000mg/L時 ， 經(jīng)動態(tài)水力旋流器一級處理后含油量可降到 200mg/L以下 [11]。 (1) 靜 態(tài)水力旋流器 單體結(jié)構(gòu)的油水分離用靜態(tài)水力旋流器如圖 124 所示。 當采出油、水密度差大 于 3/gcm ，采出水中油滴粒徑大于 20181。 20世紀 80年代以后，許多科技工作者致力于水力旋流器的研究和推廣應用，英國 BHRA流體工程中心發(fā)起 的水力旋流器國際學術(shù)研討會，更是將水力旋流器的發(fā)展推到了極致。 水力旋流器分離工作的基本原理是離心沉降作用。在采油污水處理方面近年來也有許多研究 ， 一般要求進入生化處理系統(tǒng)前含油 50mg/L， 厭氧折流板反應器、半推流式活性污泥系統(tǒng)、 ASBR、厭氧 好氧接觸氧化等技術(shù)有很好的處理效果。通過收集泡沫、浮油達到除油的目的。 Thomas E. 低分子量的有機胺 ， 特別是季銨鹽處理采油廢水中的溶解有機物。目前有一種趨勢就是將粗?；夹g(shù)與斜板除油技術(shù)結(jié)合起來，開發(fā)出聚結(jié)型斜板除油裝備。其中技術(shù)關鍵是 粗?；牧稀Ｄ壳按至；瘷C理大體上有 “ 潤濕聚結(jié) ” 和 “ 碰撞聚結(jié) ” 兩種。 (2) 斜板除油 斜板除油是基于淺池沉降理論（又稱 “ 淺層沉淀 ” 或 “ 淺層理論 ” ），實際上就是忽略了紊流、進出口水流的不均勻性、油珠顆粒上浮中的絮凝等因素，認為油珠顆粒在理想狀態(tài)下進行重力分離。重力除油可以 去除 廢水中的浮油及大部分分散油達到除油的目的。而外界 對采油污水的處理和回用的要求將 會日益提高。油田采油污水一般無機鹽 的 含量很高，從 幾千到幾萬甚至十幾萬 mg/L，各油田甚至各區(qū)塊、油層都不同。另外，油田其他污水（如：洗井污水，鉆井污水，生活污水等）的混入，使得采油污水的成分更加復雜。 海上采油與海上石油運輸?shù)纳鷳B(tài)風險 ， 引起 了 世界的高度關注。 以 Cyclotech 公司的 B20 系列脫油型水力旋流器結(jié)構(gòu)為 基礎 ， 通過比較與分析， 選出最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設計方案，解決了 有限空間內(nèi)污水在各水力旋流管入口的分配、各水力旋流管溢流口液體的收集和外排等結(jié)構(gòu)布局問題 。 (3) 應該提交的成果 ① 查閱中文文獻不少于 12 篇、英文文獻不少于 4 篇； ② 開題報告或文獻綜述； ③ 不少于 2萬字符的英文文獻原件及其翻譯后的 A4 打印件； ④ 設計圖紙：手繪 1 張 A0 裝配圖，機繪全套零件圖； ⑤ 包含全部零 件及其裝配關系的 UG NX 或 ProE 三維實體模型； ⑥ 按照校方規(guī)定格式的畢業(yè)設計 (論文 )裝訂本。本人授權(quán) 大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學位或?qū)W歷而使用過的材料。 密 級 公 開 學 號 070403 畢 業(yè) 設 計（論 文） 容器組合式油水旋流分離器 的結(jié)構(gòu)設計與三維實體模擬 北京石油化工學院 學位論文電子版授權(quán)使用協(xié)議 論文《 容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設計與三維實體模擬 》系本人在北京石油化工學院學習期間創(chuàng)作完成的作品，并已通過論文答辯。 院系名稱： 機械工程學院 作者簽名： 學 號： 070403 20xx 年 5 月 27 日 容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設計與三維實體模擬 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 (2) 原始數(shù)據(jù) 處理量： 50m3/h；入口含油量： 100~200mg/L；外排凈化水中的含油量 30 mg/L。 通過閱讀相應的 國外 專利 資料， 收集目前所用 的 各種類型單體旋流管的結(jié)構(gòu)與尺寸及水 力旋流器中單體旋流管的排布情況 。油田的開采和煉制，以及相關的海上石油勘探，開采事業(yè)的興起，促使含油污 水對環(huán)境造成的危害事件屢有發(fā)生。由于我國各油田地質(zhì)條件，開發(fā)方式，油層改造措施、注水水質(zhì)、集輸工藝等的不同，各油田采油污水的性質(zhì)差異很大。 容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設計與三維實體模擬 2 (3) 高含鹽量。油氣勘探開發(fā)活動的增多，所產(chǎn)生的污染量也隨之增加，對環(huán)境造成的污染也日益嚴重。 重力除油 重力除油依靠油水的比重差通過油與水的自然分離 實現(xiàn) 除油效果。自然除油法所應用的設備雖容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設計與三維實體模擬 3 運行費用低，方便管理，但是立式沉降罐體積龐大，去除效率低 [3]。 可作為粗粒化填料有聚丙烯、無煙煤、陶粒、石英砂等，其外形可做成粒狀、纖維狀、管狀或膠結(jié)狀。因此，無論是親油性材料還是疏油性材容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設計與三維實體模擬 4 料只要粒徑適合，就會有比較好的粗?；Ч?。 圖 121 填料材料示意圖 粗粒化的主要缺點是定期對 聚結(jié)床清洗，定期更換聚結(jié)材料提高了運行費用。 近年來化學混凝法主要集中在開發(fā)新的水處理藥劑。 氣浮法除油 氣浮法除油就是向廢水中通入空氣（有時還 一 同加入浮選劑），并以微小氣泡的形式從水中析 出成為載體，使廢水中的乳化液、微小懸浮顆粒等污染物質(zhì)粘附在氣泡上，隨氣泡一起上浮到水面，形成氣、水、油珠三相混合體。生化法是在初級處理基礎上進行的二級處理技術(shù) ， 已廣泛應用于城市污水和印染、石化、釀造、造紙等工業(yè)污水的處理。在處理量和除油性能相同的條件下，重量比其他除油設備輕 80%— 90%，工程建設投資約低 50%。 1953年， Van Rossum jiang將水力旋流器用于脫出油中的水分，為水力旋流器的應用開容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設計與三維實體模擬 7 拓了新的空間。目前水力旋流器還作為一種高效的顆粒分級設備。靜態(tài)水力旋流器用于固 液分離已經(jīng)有較長歷史，在石油工業(yè)中也被用于鉆井液的處理，原油井口除砂等場合，而用于液 液分離則晚得多。 1997年 ， 為解決大慶油田注聚采出液的處理難題 ， 大慶石油學院開始了該技術(shù)的研究工作 ， 并于當年試制了國內(nèi)第 1臺動態(tài)水力旋流器樣機。在油田開采的中后期，注水采油被廣泛采用，開采出的油水混合物中，含有大量的水，含水率一般在 30%～ 90%，為了使原油脫水凈化與污水除油凈化后，分別得到合格的油品和水質(zhì) [12]，有必要使進入污水除油旋流器中的水含量保持在 %以內(nèi)，使進入原油脫水凈化旋流器中的油含水穩(wěn)定在 20%下，為此要求在污水旋流除油及原油旋流脫水之前增設原油旋流預脫水環(huán)節(jié)，為污水旋流除油及原油旋流脫水凈化提供保障。 含油廢水從 進水口 5進入到壓力容器中，通過進水口對面的擋流板組件 4，使混合液中的油發(fā)生一定程度的聚結(jié)和沉降。 Oilspin AVi水力旋流器能夠通過自動遙控旋流管的水壓開