Vorsep型旋流气浮组合设备的结构设计与三维实体模拟

密 级 学 号 050560 毕 业 设 计（论 文） Vorsep型旋流气浮组合设备的 结构设计与三维实体模拟 院（系、部） ： 机械工程学院 姓 名： 王杏瑶 年 级： 2005 级 专 业： 环境工程 指导教师： 陈家庆 教师职称： 教授 2009 年 5月 31 日北京 北京石油化工学院 学位论文电子版授权使用协议 论文Vorsep型旋流气浮组合设备的结构设计与三维实体模拟 系本人在北京石油化工学院学习期间创作完成的作品，并已通过论文答辩。 本人系作品的唯一作者，即著作权人。现本人同意将本作品收录于“北京石油化工学院学位论文全文数据库”。本人承诺：已提交的学位论文电子版与印刷版论文的内容一致，如因不同而引起学术声誉上的损失由本人自负。 本人完全同意本作品在校园网上提供论文目录检索、 文摘浏览以及全文部分浏览服务。公开级学位论文全文电子版允许读者在校园网上浏览并下载全文。 注：本协议书对于“非公开学位论文”在保密期限过后同样适用。 院系名称：机械工程学院 作者签名： 王杏瑶 学 号： 050560 2009年 5 月 31 日 I北 京 石 油 化 工 学 院 毕 业 设 计 （论 文）任 务 书 学院（系） 机械工程学院 专业 环境工程 班级 环 05-2 学生姓名 王杏瑶 指导教师/职称 陈进富 陈家庆 / 教授 1.毕业设计（论文）题目 Vorsep 型旋流气浮组合设备的结构设计与三维实体模拟 2.任务起止日期： 2009 年 2 月 25 日 至 2009 年 5 月 31 日 3.毕业设计（论文）的主要内容与要求（含原始数据及应提交的成果） (1) 题目简介与主要内容 采油废水的处理问题既是石油工业上游行业经常面对的一个生产性问题，也是一个重要的环保问题。将重力分离、离心分离、气浮分离以及粗粒化等单体处理技术进行组合以进一步提高处理效率、降低处理装置的空间尺寸是一个重要的发展方向，在各种组合处理技术中，目前尤以旋流分离与气浮分离技术的组合研究更为引人关注，国外迄今至少已经出现了 4种相关商业化产品，而国内目前尚处于实验室初步研究阶段。本题目将在重点查阅外文文献的基础上，全面了解国内外各种旋流气浮组合装置的结构和工作特点 ,并以西门子水务公司于 2009年年初新推出的 Vorsep型旋流气浮组合处理装置为参照，完成详细的结构设计和三维实体模拟，并绘制整套设计图纸。 (2) 原始数据 处理量： 50m3/h；入口含油量： 150mg/L；外排净化水中的含油量： 20mg/L。 (3) 应该提交的成果 中文文献不少于 10 篇，英文文献不少于 3 篇；开题报告或文件综述；不少于 2 万字符的英文文献原件及其翻译后的 A4 打印件；有关旋流气浮组合装置的设计图纸：手绘1 张 A0 装配图，机绘 1 张 A0 装配图及全套零件图；有关旋流气浮组合装置的三维实体模拟；按照校方规定格式的毕业设计论文装订本。 4.主要参考文献 (1) 陈家庆 编著 . 石油石化工业环保技术概论 .M 北京：中国石化出版社 , 2005. (2) 王 波，陈家庆，梁存珍，桑义敏 . 含油废水气浮旋流组合处理技术浅析 J. 工业水处理 . 2008, 4(4):84-92. (3) 白志山 , 汪华林 , 裴世瑜 , 王建文 , 刘文权 . 用于含油污水处理的气浮旋流耦合技术研究 J. 环境污染治理技术与设备 , 2006, 7(8)： 86-89. (4) 赵立新 , 蒋明虎 , 刘书孟 . 单点注气液 液旋流器分离效果的实验研究 J. 石油机械 , 2006, 34(8)： 4-6. II(5) 孔惠，陈家庆，桑义敏 .含油废水旋流分离技术研究进展 J.北京石油化工学院学报，2004， 12 (4)： 611. (6) 潘利祥 ,孙国刚 .充气水力旋流器用于油水分离的试验研究 J.化工机械 , 2004， 31(5)：259263. (7) Theodore C. Frankiewiez, Chang-Ming Lee. Vertical gas induced flotation cell P. United States Patent No.7157007 B2, Jun. 2, 2007. (8) Paul C. Broussard, Paul C. Broussard. Flotation apparatus for clarifying produced waterP. United States Patent, No.006337023, 23 July, 2007. (9) Paul C, Broussard, Lafayette La. Flotation apparatus for clarifying contaminated fluidsP. United States Patent,No.005725764, 31 May, 1996. (10) 郑茵薇 , 金振夏 .石油化工识图 M. 北京：中国石化出版社 , 1992 (11) 国家质量技术监督局 GB 150-1998. 钢制压力容器 . 北京：中国标准出版社 , 1998. (12) 康亚鹏 . UG NX 4 中文版三维造型基础教程 M. 北京：人民邮电出版社 , 2007,12. 5.进度计划及指导安排 第 01 周 接受题目，校内文献查阅，着手撰写文献综述； 第 02 周 校外文献查阅，翻译与本题目有关的英文资料，撰写文献综述； 第 03 周 撰写、修改文献综述，按照规定格式上交 Word 打印版，准备开题报告； 第 04 周 进行开题报告的答辩 ,研究体会含油废水旋流、气浮单元处理技术的组合方式，尤其是原水入口、回流水、净化水出口、油相出口、气相出口之间的合理布局和注意要点； 第 05 周 进行含油废水立式旋流气浮组合装置的总体结构设计； 第 06 周 立式旋流气浮组合装置的详细结构设计，讨论修改总体结构设计 第 07 周 进行结构设计计算； 第 08 周 解决结构计算中所遇问题，继续进行结构计算； 第 09 周 泵，阀门等辅助设备的选型，并进技术经济分析； 第 10 周 计算数据输入计算机； 第 11 周 撰写毕业论文提纲； 第 12 周 修改毕业论文提纲，并进行计算机绘图； 第 13 周 修改计算机绘制装配图和主要零件图，利用 UG 进行三维实体模拟； 第 14 周 解决 UG 进行三维实体模拟所遇问题， 并撰写毕业论文， 并输入计算机，手工绘制装配图；第 15 周 整理资料，修改图纸与论文，准备按照规定时间上交毕业论文 ,根据评阅教师及指导教师的意见，进一步修改图纸与论文，准备答辩； 第 16 周 整理资料，进行毕业答辩。 任务书审定日期 年 月 日 系（教研室）主任（签字） 任务书批准日期 年 月 日 教学院（部、系）院长（签字） 任务书下达日期 年 月 日 指导教师（签字） III摘 要 随着洋深水油田和边际油田的开发，采油废水 的处理不仅仅是石油上游行业所面临的一个环保性问题，更是一个生产性问题。传统单一的处理单元已经无法满足对含油废水处理标准，因此有必要基于各种成熟的单元技术来研制开发组合处理技术，旋流气浮组合技 术是其中颇具代表性的一种。 本文首先介绍了含油废水的组成及来源，并详 细介绍了旋流、气浮及粗粒化等单元处理技术，并对国外相关旋流气浮组合技术的发展进行较为详细的描述。然后以西门子公司的 Vorsep 型气浮旋流组合设备为参照对象，通过借鉴国外已经成功应用的产品研发案例，如挪威 Epcon 公司的紧凑型气浮装置 (CFU)、美国 Natco 集团的立式气浮分离装置、美国 CETCO 公司的 CrudeSep 等，运用压力容器的相关知识来确定设计所需的工艺参数，完成了详细的结构设计和三维实体模拟。 关键词：采油废水，油水分离，气浮，旋流，气浮旋流组合 IVAbstract With the extend of the oil resources development time and continued exploitation of marginal oil field and offshore deep water oilfield. Produced water disposal problem is not only the oil industry upstream industries often in the face of a production problem, it is also an production issue.Traditonal units has been unable to meet standards of produced water treatment. Therefore, it is basis of traditional units to research and produce combinational technology And in the most explored combinational technology, the combination of cyclonic and flotation is the most representative. This paper first reviewed the formation and the sources of produced water, and some available separation methods including flotation , hydrocyclone and coalescence.Then a full description of the development of the combination of cyclonic and flotation is given. Through referencing so successful application cases abroad such as the SIEMENS of united ,the Vertical gas induced flotation cell of Natco Group in United States and the CrudeSep of CETCO Oil-filed Services in United States, the CFU of M-I Epcon AS in Norway to determine the necessary technical parameters of design, complete structural design, its final full 3D simulation. Key words ： Produced water, oily waste water separation, flotation, hydrocyclone, combination of cyclonic and flotation. V目 录 第一章 前言 1.1 含油废水的组成及其来源 1 1.2 常规的处理方法 1 1.3 气浮旋流组合技术相关发展 8 1.4 本文的工作内容 9 第二章 气浮旋流组合设备的介绍及其方案论证 2.1 气浮旋流组合的相关研究 11 第三章 气浮旋流组合设备的结构设计计算 3.1 设备的工作原理及结构介绍 21 3.2 组合设备的工艺参数 22 3.3 设备本体结构设计 22 3.4 其他辅助设备的选型 36 3.5 容器检察 .39 第四章 技术经济分析与计算机辅助设计 4.1 技术经济分析 .40 4.2 计算机辅助设计 41 第五章 结论与展望 5.1 结论 . 46 5.2 对进一步研究及展望 46 参考文献 .47 致谢 .49 声明 .506摘 要 随着洋深水油田和边际油田的开发， 采油废水的处理不仅仅是石油上游行业所面临的一个环保性问题，更是一个生产性问题。传统单一的处理单元已经无法满足对含油废水处理标准， 因此有必要基于各种成熟的单元技术来研制开发组合处理技术，旋流气浮组合技术是其中颇具代表性的一种。 本文首先介绍了含油废水的组成及来源，并详细介绍了旋流、气浮及粗粒化等单元处理技术，并对国外相关旋流气浮组合技术的发展进行较为详细的描述。然后以西门子公司的 Vo r s e p 型气浮旋流组合设备为参照对象，通过借鉴国外已经成功应用的产品研发案例，如挪威 Epcon 公司的紧凑型气浮装置 (CFU)、美国Natco 集团的立式气浮分离装置、美国 CETCO 公司的 CrudeSep 等，运用压力容器的相关知识来确定设计所需的工艺参数， 完成了详细的结构设计和三维实体模拟。 关键词 ：采油废水，油水分离，气浮，旋流，气浮旋流组合 7Abstract With the extend of the oil resources development time and continued exploitation of marginal oil field and offshore deep water oilfield. Produced water disposal problem is not only the oil industry upstream industries often in the face of a production problem, it is also an production issue.Traditonal units has been unable to meet standards of produced water treatment. Therefore, it is basis of traditional units to research and produce combinational technology And in the most explored combinational technology, the combination of cyclonic and flotation is the most representative. This paper first reviewed the formation and the sources of produced water, and some available separation methods including flotation , hydrocyclone and coalescence.Then a full description of the development of the combination of cyclonic and flotation is given. Through referencing so successful application cases abroad such as the SIEMENS of united ,the Vertical gas induced flotat