【正文】 關(guān)系統(tǒng)打開(kāi)或關(guān)閉部分旋流管，使其高校操作范圍覆蓋較大的流速范圍 [15]。這一方法可以 有效的增加旋流器單體的數(shù)量，該操作可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行，方便管理，降低使用成本 ， 如 圖 136所 示 。 容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與三維實(shí)體模擬 15 第二章 水力旋流管結(jié)構(gòu)的選擇及設(shè)計(jì)方案的論證 在 Cyclotech 公司的 B20 脫 油型水力旋流器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，最先需要解決的就是壓力容器組合設(shè)備中的單體旋流管的選擇及排列分布問(wèn)題。與雙錐型相比，單錐型設(shè)計(jì)不同之處首先在于取消了同心縮徑段，同時(shí)在平行尾管設(shè)有1 個(gè)芯部定向器以增加細(xì)小油粒的捕獲 ，主要的特點(diǎn)就是單錐、單入口 。 圖 212 雙錐型旋流管 結(jié)構(gòu)示意圖 Martin Thew 等人提出油水分離靜態(tài)水 力旋流器的三條設(shè)計(jì)原則： （ 1）由于油水兩液相之間的密度差較小，故需要產(chǎn)生很強(qiáng)的旋轉(zhuǎn)離心力以保證輕相能產(chǎn)生徑向運(yùn)動(dòng)。這種型號(hào)的水力旋流器處理含油量小于 3%的污水時(shí)，除油率可達(dá) 97%， 能有效去除 10181。 （ 2） 離心力強(qiáng)度的計(jì)算 在旋轉(zhuǎn)的流場(chǎng)中，進(jìn)入水力旋流器的固體顆?；蛞旱?、氣泡等所受到的慣性離心力比在重力場(chǎng)中所受的重力要大得多。 圖 214 旋流管在容器內(nèi)的排列形式簡(jiǎn)圖 經(jīng)計(jì)算，旋流管在容器內(nèi)部分布的六角形層數(shù)為 6 層，對(duì)角線上單體旋流管個(gè)數(shù)為 13，圓柱段壁厚為 5mm，則單根旋流管外殼最大直徑為 φ100mm。單體旋流管多采用兩個(gè)切向入口，并且排油方式采用獨(dú)立排油。 圖 222 單體旋流管局部放大圖 20容器壁； 25A隔離板； 25B排油槽； 25C排油管道 ； 26進(jìn)口腔； 27底流腔； 30旋流管；32入口塊； 33集油管； 37螺栓 實(shí)際處理中，水力旋流器組合設(shè)備的處理能力是取決于單體旋流器的數(shù)量和型號(hào)的。排油方式由獨(dú)立排油轉(zhuǎn)變?yōu)楣才庞?，這種方式大大減少 了維修過(guò)程中的困難和麻煩。 相比與 Vortoil型水力 旋流器的排油方式，該設(shè)備采用公共排油。 針對(duì)圖 226所示的單體旋流管左視圖，可以很清楚的了解單體旋流管的切向入口設(shè)計(jì)問(wèn)題。 圖 227 單體旋流管軸肩部分左視圖 181旋流管末端； 183扳手平面； 191軸肩； 19 193葉片 如圖 227所示的是單體旋流管頂部的溢流塞左視圖，溢流塞 171在末端有一個(gè)正六邊形的扳手平面 183，在延長(zhǎng)管 151上，也存在相應(yīng)的一個(gè)扳手平面 156，這類結(jié)構(gòu)是為了安裝的方便和快捷，相關(guān)的工作人員可直接通過(guò)這兩個(gè)平面擰緊延長(zhǎng)管151上的溢流塞，保障單體旋流管的良好的密封性能。在進(jìn)口弧形結(jié)構(gòu)上還設(shè)有護(hù)耳 164，它的形狀與頂端溢流塊 153大體一致，由圖 5單體旋流管的局部放大圖可清楚的看到，當(dāng)結(jié)構(gòu) 153與護(hù)耳 164裝配時(shí)，恰恰延長(zhǎng)了單體管的內(nèi)部軸向距離，此類形式的設(shè)計(jì)也保障了裝備容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與三維實(shí)體模擬 25 各個(gè)零件時(shí)的密封性能，如此配合是的進(jìn)口塊 161結(jié)構(gòu)在單體旋流管中更好的固定。 在壓力容器設(shè)備中，進(jìn)口腔和底流腔各設(shè)有一個(gè)排污口 13 135，排污口上設(shè)有閥門，可供維修使用。內(nèi)設(shè)多個(gè)單體旋流管 150，從橫向方向通過(guò)隔離板的開(kāi)孔 137和 138安裝在容器內(nèi)腔 ，各旋流子與隔板孔接觸的容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與三維實(shí)體模擬 23 圓周方向有良好的密封，使得三個(gè)腔體彼此隔離，只有通過(guò)旋流管連接，三個(gè)腔室通過(guò)螺栓連接，有較好的密封性。 (1) 原有設(shè)備的改進(jìn) 在專利 中，作者針對(duì)原有設(shè)備的處理量小，輸油管線維修不方便容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與三維實(shí)體模擬 22 等缺點(diǎn)提出了新的組合式壓力容器結(jié)構(gòu)，很好的解決了兩腔室水力旋流器所存在的問(wèn)題 [21]。在此設(shè)備中，分離后的輕質(zhì)相油的收集是一個(gè)關(guān)鍵的過(guò)程，從局部放大圖中可清晰的看到，隔離板 25 分別由 25A 和 25B 兩部分共同構(gòu)成，它們之間形成了一個(gè)內(nèi)封閉的空間來(lái)收集單體旋流器內(nèi)油水分離后的油相液體，并通過(guò)設(shè)置在隔離板上的排油管 25C 流至排油管 23 排出容器。 管束與各腔室布局 方案的論證 兩腔室 Vortoil型旋流器 (1) 設(shè)備的總體概述 Vortoil 型 旋流器的結(jié)構(gòu)是一種典型水力旋流器結(jié)構(gòu)。 已知 mmmd i 0 1 2 2 ?? hmsmVdVdQ iii /)(222 334222 ??????? ???? ?? （ 4） 壓力容器內(nèi)部旋流管的安裝排布問(wèn)題 容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與三維實(shí)體模擬 19 首先，根據(jù)原始數(shù)據(jù)和實(shí)際安裝情況估算出水力旋流器安裝根數(shù)： ??? hm hmn i總 （ 24） 根據(jù)實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)取 127 根單體水力旋流管。 旋流管根數(shù)及在壓力容器內(nèi)的排布情況 （ 1）入口切向速度的計(jì)算： 根 據(jù) Kelsall 的實(shí)驗(yàn)理論，在溢流管底部以下的任一水平截面處，切向速度都可以表示成 Crn??u (21) 式中 ， n —— 指數(shù)； C —— 常數(shù)。 圖 213 F 型單體水力旋流器結(jié)構(gòu) 圖 F 型雙錐型旋流管結(jié)構(gòu)特征為雙錐雙入口，工程上常用的規(guī)格為 35， 38， 52，58， 60， 75， 125mm 共 7 種，最小的分離粒徑為 1015181。 如圖 212 所示，自上而下由圓筒渦旋 段、同心縮徑段、細(xì)錐段、平行尾管段等部分組成；上部開(kāi)設(shè)有一個(gè)或2 個(gè)同向圓筒渦旋段的切向入口，頂部設(shè)有出油口，底部設(shè)有凈水出口。常用的除油型液 液水力旋流管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是小直徑、小錐角、長(zhǎng)錐體或長(zhǎng)筒體。輕質(zhì)相油在離心力的作用下向上運(yùn)動(dòng)從溢流口排除進(jìn)入排油腔收集，從而達(dá)到油水的分離目的。懸浮混合液在壓力的作用下以切線的方向進(jìn)去分離器內(nèi)，流體高速旋轉(zhuǎn)，兩相在壓力，速度，密度差的影響下達(dá)到分離的目的。 圖 132 壓力容器式 Oilspin AV 系列旋流分離器 該設(shè)備容器內(nèi)部的所有單體旋流管均采用具有三個(gè)含油污水的切向入口，如圖133 所示，這樣的單體結(jié)構(gòu)可以使內(nèi)部流場(chǎng)分布均勻，同時(shí)可以強(qiáng)化旋流管內(nèi)流體的旋轉(zhuǎn)，促 進(jìn)穩(wěn)定的自由漩渦形成。工程中，常見(jiàn)的水力旋流器有壓力容器式，開(kāi)放排架式，另外還有輻射蛛網(wǎng)式、垂直排列式、徑向分布式等。 ② 油中除水。 脫油型靜態(tài)水力旋流器因其占地少、分離效率高等優(yōu)點(diǎn)在發(fā)達(dá)國(guó)家含油廢水處理特別是海 上石油開(kāi)采平臺(tái)上已成為不可替代的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備預(yù)分離水力旋流器能脫除高含水采出液中的大部分水相脫水型水力旋流器被用于脫除原油或凝析油中的殘余含水量。 水力旋流器技術(shù)很大程度上優(yōu)于其他含油廢水的 工藝處理除油技術(shù)。 水力旋流器的應(yīng)用包括固液分離、氣液分離、固固分離、液液分離、液氣固三相同時(shí)分離以及其他應(yīng)用。 自此以后，旋流器在各個(gè)領(lǐng)域得到了很大的發(fā)展 。 (2) 微生物絮凝技術(shù)：利用生物有機(jī)高分子絮凝物質(zhì)替代化學(xué)絮凝劑處理含油污水，適于油氣田勘探開(kāi)發(fā)流動(dòng)作業(yè) [7]。氣液接觸時(shí)間延長(zhǎng)可提高接觸效率和吸附效率，從而提高除油效率。此外 ， 生物破乳劑、生物 絮凝劑、低污染或無(wú)污染的水質(zhì)處理劑也是重要的研究方向。 混凝除油 混凝除油是一種化學(xué)方法。最后在重力和水流推力下，脫離材料表面而浮升于水面。脫落的油膜到水相中形成油珠，該油珠粒徑比聚集前多的油珠粒徑大，從而達(dá)到粗?；哪康?。斜板除油裝置基本上分為平流式和立式兩種，對(duì)應(yīng)的設(shè)備為平流式斜板隔油池和立式斜板除油罐。 (1) 自然除油 自然除油是指原水中不加混凝劑，依靠水中自然形成的微小油滴靠其與廢水的相對(duì)密度差上浮而進(jìn)行分離，從而達(dá)到除油的目的。 含油污水常規(guī)的處理方法和技術(shù) 目前，我國(guó)采油 污 水處理技術(shù)發(fā)展較快。主要是腐生菌和硫酸鹽還原菌。油類在水中的存在形式根據(jù)含油顆粒大小的不同可分為浮油、分散油、乳化油和溶解油。目前經(jīng)由各種途徑進(jìn)入海洋的石油烴年約 600 萬(wàn)噸，排入中國(guó)沿海的石油烴年約10 萬(wàn)噸。 關(guān)鍵詞： 采油污水 ，水力旋流器，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ，實(shí)體模擬 容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與三維實(shí)體模擬 II Abstract Nowadays, produced water treatment has bee a production problem which is often faced in the oil industry. Among the many units treatment technology of produced water, because of its small size and no moving parts, hydrocyclone separation has been used widely. As a single hydrocyclone tube capacity is limited, so management of multiple hydrocyclones have been arranged in parallel binations in engineering vessels attracted many users because of its modular structure,pact structure and easy transportation. The design will be access on the basis of large number of documents, understanding of typical oil water separation unit of processing methods and reading the foreign patents currently, collected various types of single hydrocyclone tube structure and the size and hydrocyclone vortex tubes in the single arrangement. Make Cyclotech39。 任務(wù)書(shū)審定日期 年 月 日 系（教研室）主任（簽字） 任務(wù)書(shū)批準(zhǔn)日期 年 月 日 教學(xué)院（部、系）院長(zhǎng)（簽字） 任務(wù)書(shū)下達(dá)日期 年 月 日 指導(dǎo)教師（簽字） 計(jì)劃完成任務(wù)日期 年 月 日 學(xué)生（簽字） 容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與三維實(shí)體模擬 I 摘要 目前， 采油污水的處理問(wèn)題 已成為 石油工業(yè)上游行業(yè)經(jīng)常面對(duì)的一個(gè)生產(chǎn)性問(wèn)題 。由于單根水力旋流管的處理能力有限，因 此工程實(shí)際中往往將多根水力旋流管并聯(lián)組合并以類似管殼式換熱器的方式組裝。 作者簽名： 日 期： 容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與三維實(shí)體模擬 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。本人承諾：已提交的學(xué)位論文電子版與印刷版論文的內(nèi)容一致，如因不同而引起學(xué)術(shù)聲譽(yù)上的損失由本人自負(fù)。 本人完全同意本作品在校園網(wǎng)上提供論文目錄檢索、文摘瀏覽以及全文部分瀏覽服務(wù)。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。為了完成含油污水在所有旋流管之間的有效分配以及各旋流管頂部溢流口和底流口液體的有效收集。 在眾多的采油污水單元處理技術(shù)中，基于水力旋流器的離心分離技術(shù)因其占地面積小、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件而得到了廣泛應(yīng)用。s B20 series Deoil hydrocyclone as a starting point, the author pared and analyzed the structure and selected a better structural design to solved the hydrocyclone wastewater inlet distribution within the limited space ,the structure problem of collected liquid of hydrocyclone overflow and outer. Learning from relevant knowledge of heat exchangers’piping means and other sheet design,according to GB 1501998 《 Steel Pressure Vessels 》 ,the author pleted the equipment diameter,wall thickness,diaphragm,seal plates,flanges,saddles and a series of ponents required for the structural design,selected and made streng