【正文】 2 容器外殼內(nèi)徑及壁厚 ............................................. 32 封頭設(shè)計 ....................................................... 35 壓力容器法蘭設(shè)計 ............................................... 36 開孔及其補強 ................................................... 39 容器支座的設(shè)計 ................................................. 41 輔助零件的選擇 ................................................. 42 泵的選擇 ....................................................... 46 焊縫探傷與壓力測試 ............................................. 49 第四章 計算機輔助設(shè)計及技術(shù)經(jīng)濟性分析 .............................. 51 計算機輔 助設(shè)計 ................................................. 51 技術(shù)經(jīng)濟概算 ................................................... 58 第五章 結(jié)論與建議 .................................................. 60 結(jié)論 ........................................................... 60 建議 ........................................................... 60 參考文獻 ............................................................ 61 致 謝 ............................................................ 63 聲 明 ............................................................ 64 容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與三維實體模擬 1 第一章 引言 含油污水的處理背景及意義 近年來，石油石化行業(yè)已成為我國現(xiàn)代能源及國民經(jīng)濟的重要組成部分，石油在世界能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)很大的比重 ， 特別是海洋石油資源 。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。 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)。 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)計與三維實體模擬 學位論文原創(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)下獨立進行研究所取得的研究成果。 任務(wù)書審定日期 年 月 日 系（教研室）主任（簽字） 任務(wù)書批準日期 年 月 日 教學院（部、系）院長（簽字） 任務(wù)書下達日期 年 月 日 指導(dǎo)教師（簽字） 計劃完成任務(wù)日期 年 月 日 學生（簽字） 容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與三維實體模擬 I 摘要 目前， 采油污水的處理問題 已成為 石油工業(yè)上游行業(yè)經(jīng)常面對的一個生產(chǎn)性問題 。目前經(jīng)由各種途徑進入海洋的石油烴年約 600 萬噸，排入中國沿海的石油烴年約10 萬噸。主要是腐生菌和硫酸鹽還原菌。 (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密度差上浮而進行分離，從而達到除油的目的。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，從而達到粗粒化的目的。 混凝除油 混凝除油是一種化學方法。氣液接觸時間延長可提高接觸效率和吸附效率，從而提高除油效率。 自此以后，旋流器在各個領(lǐng)域得到了很大的發(fā)展 。 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)。 ② 油中除水。 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)部流場分布均勻，同時可以強化旋流管內(nèi)流體的旋轉(zhuǎn)，促 進穩(wěn)定的自由漩渦形成。輕質(zhì)相油在離心力的作用下向上運動從溢流口排除進入排油腔收集，從而達到油水的分離目的。 如圖 212 所示，自上而下由圓筒渦旋 段、同心縮徑段、細錐段、平行尾管段等部分組成；上部開設(shè)有一個或2 個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。 旋流管根數(shù)及在壓力容器內(nèi)的排布情況 （ 1）入口切向速度的計算： 根 據(jù) Kelsall 的實驗理論，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)。 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)。 (1) 原有設(shè)備的改進 在專利 中，作者針對原有設(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)計與三維實體模擬 22 等缺點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題 [21]。 在壓力容器設(shè)備中，進口腔和底流腔各設(shè)有一個排污口 13 135，排污口上設(shè)有閥門，可供維修使用。 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在末端有一個正六邊形的扳手平面 183，在延長管 151上，也存在相應(yīng)的一個扳手平面 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這兩個平面擰緊延長管151上的溢流塞，保障單體旋流管的良好的密封性能。 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。 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進口腔； 27底流腔； 30旋流管；32入口塊； 33集油管； 37螺栓 實際處理中，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)量和型號的。 圖 214 旋流管在容器內(nèi)的排列形式簡圖 經(jīng)計算，旋流管在容器內(nèi)部分布的六角形層數(shù)為 6 層，對角線上單體旋流管個數(shù)為 13，圓柱段壁厚為 5mm，則單根旋流管外殼最大直徑為 φ100mm。這種型號的水力旋流器處理含油量小于 3%的污水時，除油率可達 97%， 能有效去除 10181。與雙錐型相比，單錐型設(shè)計不同之處首先在于取消了同心縮徑段，同時在平行尾管設(shè)有1 個芯部定向器以增加細小油粒的捕獲 ，主要的特點就是單錐、單入口 。這一方法可以 有效的增加旋流器單體的數(shù)量，該操作可實現(xiàn)自動化運行，方便管理，降低使用成本 ， 如 圖 136所 示 。 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。 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。目前水力旋流器還作為一種高效的顆粒分級設(shè)備。在處理量和除油性能相同的條件下，重量比其他除油設(shè)備輕 80%— 90%，工程建設(shè)投資約低 50%。 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。 圖 121 填料材料示意圖 粗?；闹饕秉c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。 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。 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。 容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與三維實體模擬 2 (3) 高含鹽量。油田的開采和煉制，以及相關(guān)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。 (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。 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(shè)計與三維實體模擬 畢業(yè)設(shè)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(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。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。 (3) 應(yīng)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(shè)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(guān)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(shè)計 (論文 )裝訂本。 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(guān)注。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。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。目前粗粒化機理大體上有 “ 潤濕聚結(jié) ” 和 “ 碰撞聚結(jié) ” 兩種。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。通過收集泡沫、浮油達到除油的目的。 水力旋流器分離工作的基本原理是離心沉降作用。 當采出油、水密度差大 于 3/gcm ，采出水中油滴粒徑大于 20181。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]。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 。 該公司的水力旋流器設(shè)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。 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(shè)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。m以上的油滴，平均停留時間約 3 秒種。 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。由于海上平臺的空間是有限的，而該設(shè)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。 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(shè)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。 容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)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。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