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油气储运工程毕业论文题目沿海油库海水淡化后浓海水处置技术的研发排海扩散器的设计专业油气储运工程目录中文摘要I英文摘要Ⅱ1前言111背景112浓海水处理方法113浓海水处理排海工程114本文的工作22海水淡化的尾液影响321浓海水对海洋生态系统的影响322海水淡化厂污染物排放323排放水物理性质变化对海洋生态系统的影响33模型理论431近区模型研究现状432远区模型研究现状633水动力学参数734海洋水动力学状况评价方法74排海扩散器的设计1141扩散器结构与要求1142扩散器结构概念设计的原理和流程1343设计中主要影响因素1444孔口出流系数法1445动压力水头法及其优化设计程序1846六横岛台门海水淡化工程225总结与建议2851总结2852建议286参考文献29I沿海油库海水淡化后浓海水处置技术的研发排海扩散器的设计摘要浓海水处理排海工程就是将海水经过淡化处理的浓海水通过海洋放流管输送到离海岸一定距离、一定深度的强流区域,由海洋放流管尾部的扩散器排放,即充分利用海洋的扩散、降解和自净能力,达到浓海水处理的目的。海水经淡化之后,产生浓盐水尾液,如果它不加处理,直接排放,势必对环境造成严重影响。利用扩散器排放浓海水,能很好的利用自然海域的特点,海域本身的自净溶解能力使浓海水及时得到扩散稀释,达到净化目的。这样,既解决了环保问题,又使处理浓海水尾液成本得以降低。本文从我国水资源的严重缺乏角度,阐述了海水淡化的重要性,进而引出海水淡化之后所产生的浓海水尾液的影响。通过对近些年排海工程理论模型的了解,再对海洋水动力学进行研究,提出一些模拟方法。本文着重阐述如何进行排海扩散器的设计,从结构、要求、设计原理、流程和主要影响因素等多角度考虑,并介绍两种扩散器水力设计方法孔口出流系数法和动压力水头法。在六横岛台门海水淡化工程中,采用T型走向扩散器,通过数值模拟,对轴线流速、浓度及稀释度的沿程变化进行比较,得出结论。关键词扩散器;浓海水尾液;孔口出流系数法;动压力水头法;T型走向扩散器IITHECOASTALDEPOTSEAWATERDESALINATIONWITHTHERDDISPOSALTECHNOLOGY,THEEMISSIONSSEADIFFUSERDESIGNYUBANGWEIINSTITUTEOFPETROCHEMICALTECHNOLOGY,ZHEJIANGOCEANUNIVERSITY,ZHOUSHAN316004ABSTRACTCONCENTRATEDSEAWATERDISCHARGINGPROJECTISTHATSEAWATERTHROUGHDESALINATONBYMARINEDISCHARGINGPIPEDELIVERTOTHETCOASTWHICHISDISTANCEFROMACERTAINDEPTHOFTHEHIGHCURRENTREGION,DISCHARGEBYTHEDIFFUSEROFSEADISCHARGINGPIPEREAR,ORTAKEBYTHEFULLADVANTAGEOFTHEOCEANSPREAD,DEGRADATIONANDSELFPURIFICATIONABILITY,SOASTOACHIEVETHEPURPOSEOFCONCENTRATEDSEAWATERAFTERTHEWATERDESALINATED,THENPRODUCEDTHECONCENTRATEDSEAWATER,IFITISNOTADDRESSED,DISCHARGESDIRECTLY,ISBOUNDTOHAVESERIOUSIMPACTONTHEENVIRONMENTCONCENTRATEDSEAWATERDISCHARGESBYUSINGTHEDIFFUSER,THEUSEOFWELLCHARACTERISTICSOFNATURALWATERS,WATERSDISSOLVETHEIRSELFPURIFICATIONABILITYTODILUTETHECONCENTRATIONOFWATERDIFFUSIONINTIMETOACHIEVEPURPOSEOFPURIFICATIONINTHISWAY,NOTONLYTOSOLVETHEENVIRONMENTALPROBLEM,BUTALSOTODEALWITHTHECOSTOFCONCENTRATEDSEAWATERSOLUTIONFROMTHEPERSPECTIVEOFASERIOUSSHORTAGEOFWATERRESOURCESINCHINA,EXPLAININGTHEIMPORTANCEOFDESALINATION,ANDTHENLEADSTHEGENERATEDAFTERTHEENDOFSOLUTIONOFCONCENTRATEDSEAWATERTHROUGHTHERECENTDISCHARGEENGINEERINGOFTHETHEORETICALMODELTOUNDERSTAND,ANDTOSTUDYTHEDYNAMICSOFOCEANWATER,WEGIVEOUTSOMESIMULATIONFROMTHESTRUCTURE,REQUIREMENTS,DESIGNPRINCIPLES,PROCESSES,ANDTHEMAINFACTORSANDMANYOTHERCONSIDERATIONS,THISARTICLEFOCUSESONHOWTODESIGNTHEDIFFUSER,ANDDESCRIBESTWOMETHODSOFHYDRAULICDESIGNOFTHEDIFFUSERORIFICETHEFLOWCOEFFICIENTANDTHEDYNAMICPRESSUREHEADMETHODTHEDESALINATIONPROJECTSOFISLANDOFTAIMENLIUHENG,THROUGHNUMERICALSIMULATIONWITHTDIFFUSER,COMPAREDWITHTHEAXISVELOCITY,CONCENTRATIONANDDILUTION,THENMAKETHECONCLUSIONSKEYWORDSDIFFUSER;THICKLIQUIDWATER;THEFLOWCOEFFICIENTMETHODOFTHEORIFICE;DYNAMICPRESSUREHEADMETHOD;TTOWARDOFTHEDIFFUSER11前言11背景淡水资源短缺是全球目前面临的主要社会问题之一,解决淡水短缺问题除了传统的节约用水、废水利用、远途调水等方法外,利用现代技术大规模开辟新的水源则首推海水淡化技术。我国是一个水资源严重短缺的国家,人均淡水占有量仅为世界平均水平的1/4。沿海地区经济发达、人口稠密,淡水供需矛盾更加突出。在陆地淡水资源日益短缺的严峻形势下,人们把目光投向了海洋。我国海水淡化技术的研究起步较早,1967~1969年全国组织海水淡化会战,同时开展电渗析(ED)、反渗透(RO)和蒸馏多种海水淡化方法的研究。1981年建成西沙200M3/D电渗析海水淡化装置;1997年,浙江省重大科技攻关项目“500M3/D反渗透海水淡化示范工程”在浙江省嵊泗县嵊山岛建成投产1;2000年,在国家科技部重点科技攻关项目“日产千吨级反渗透海水淡化系统及工程技术开发”的支持下,先后在山东长岛、浙江嵊泗建成了1000M3/D反渗透海水淡化示范工程;2003年,国家发改委高技术产业化项目“山东荣成日产10000吨级反渗透海水淡化示范工程”一期5000M3/D机组在荣成市石岛建成投产;2004年,国家科技部科技攻关项目“低温多效海水淡化示范工程”,3000M3/D低温多效海水淡化装置在青岛市黄岛电厂建成2。经过近40年的研发和示范,我国海水淡化技术已日趋成熟,为大规模应用打下了良好基础。我国已成为世界上少数几个掌握海水淡化先进技术的国家之一3。目前已建成运行的海水淡化水产量约为12万M3/D,在建和待建的工程规模为38万M3/D。根据国家海水利用专项规划,我国海水淡化能力2010年将达到80万~100万M3/D4,2020年将达到250万~300万M3/D。12浓海水处理方法世界上常用的浓海水处理方法可分为两大类。一类是直接排放,如排入海洋、地表水、污水处理系统等;第二类将浓海水进行再利用,如地表灌溉、制盐、提取化工原料等5。其中,直接排放投资少、效益高,但其处理不当会对环境造成严重污染,故一般采用扩散器来加速浓海水的稀释,达到保护环境的作用。13浓海水处理排海工程浓海水处理排海工程就是将海水经过淡化处理的浓海水通过海洋放流管输送到离海岸一定距离、一定深度的强流区域,由海洋放流管尾部的扩散器排放,即充分利用海洋的扩散、降解和自净能力,达到浓海水处理的目的。排海工程的规划、设计、施工、运行,在国外已有几十年的历史。早期建造的排海工程一般只是一条简单的放流管,末端开口,不带扩散器,排放的污水也不经过任何预处理。至上个世纪20年代,排海工程开始在放流管的末端增加了一段带有多孔的扩散器,而且也逐步开始了排海前的预处理。例如,建于1925年的英国HENGISTBURY污水排海工程安装了一个有6个喷孔的扩散器。利用多孔扩散器将污水分散排放更有利于污水与海水的混合,它通过其喷嘴将浓海水射入环境水体,是一种用来增强污水与环境水体掺混稀释能力的工程措施。合理地设计扩散器可使射出的浓海水在较小范围内获得高倍数稀释,并可以提高稀释效率,降低局部海区的污染程度,避免形成稳定的浓海水场,便于2浓海水的进一步输移扩散。这样既充分利用纳浓海水体的环境容量和自净能力,显著减少浓海水处理费用,又保证环境目标的实现6。14本文的工作本文应用数值模拟的方法对海水淡化浓海水尾液排放过程进行研究,预测污染物对环境可能造成的影响范围和程度,针对浓海水尾液,设计出合理的扩散器形式,并提供可行的减轻不良环境影响的措施,为管理部门提供决策依据,为开发工程的环境保护设计提供科学依据,为作业者实施完善的环境管理措施提供可操作依据,对沿海社会、经济的可持续发展也有着较为重要的现实意义。32海水淡化的尾液影响海水淡化可为内陆地区节省更多可以利用的淡水资源,这对于长远解决我国水资源短缺问题具有战略意义。但在大力发展海水淡化事业的同时,也不可避免地带来海洋生态环境问题。海水淡化厂排放的浓海水及其所含的污染物重金属、化学添加剂等以及物理性质(如温度、密度的变化,如未经适当的处理而直接排放入海,将对海洋生态环境造成相当的冲击。21浓海水对海洋生态系统的影响海水淡化厂排放的浓海水的盐度一般是取用海水的2倍7。若这些浓海水排放方式不当,将导致排放海域盐度的升高。以胶州湾为例,按海水淡化水产量20万M3/D、胶州湾海水交换周期为60天计算,若产生的浓海水全部排入胶州湾,则胶州湾的平均盐度将每年上升约03个盐度单位,30年后胶州湾的平均盐度将超过40,与死海的盐度相当。盐度的升高会改变海洋生物本身体液与其生活环境海水中渗透压的平衡,从而降低海洋生物的繁殖力主要是幼虫和幼仔,甚至使其灭绝。研究发现许多类海洋生物的呼吸及排泄能力,都与其周遭环境的盐度有密切的关系。有些海洋生物被称为狭盐性,因为它们仅能在一个狭窄的盐度变化范围内保持其体液与周围环境间渗透压的平衡。而能忍受环境中较大盐度变化的海洋生物,则被称为广盐性。有些海洋生物虽然在盐度增高至某一程度时仍能生存,但其细胞的增殖能力却已大为减低。此外,由于底栖生物无足够的移栖能力,因此浓海水排放对排水口附近的底栖生物的影响尤其严重。22海水淡化厂污染物排放海水淡化厂排放水中污染物来源主要有两类一类是化学添加剂,如生物杀灭剂通常为氯气或次氯酸钠、抑垢剂通常为聚磷酸盐、防沫剂、防蚀剂、酸洗剂等;另一类是由管路腐蚀产生的毒性重金属,如CU、NI、MO、CR、ZN等。研究表明,以上这些污染物都会对海洋生态系统产生危害。以生物杀灭剂氯气为例,多级闪急蒸馏法排放水中游离氯含量一般在0205106,若按淡水/排水含冷却水比1∶9来估算,一个10万M3/D的淡化厂排放游离氯量为180450KG/D。虽然稀释作用和降解作用会降低接受水体的游离氯浓度,但即使很低的游离氯浓度也会对海洋生物产生毒害作用。首先,游离氯是一种高效的生物杀灭剂这也是作为海水淡化生物杀灭剂的原因;其次,游离氯与海水中的有机物发生化学反应,产生若干有致癌作用或毒害作用的卤化物。美国国家环保局规定海水中游离氯不得超过0013106短期和00075106长期。另外,在浓海水中浓度最大的重金属是铜,其含量比自然海水高12个数量级8。23排放水物理性质变化对海洋生态系统的影响排放水物理性质的改变主要有两点温度升高和密度增大。排放水密度的增大主要影响接受水体的物理性质,由于浓海水的密度大于自然海水,其入海后易于沉降在水底,阻碍了海水的垂直混合,并在排水口附近形成高盐沙漠。而排放水温度的升高尤其是蒸馏法则直接影响海洋生物的生长和繁殖。大部分的海洋生物都是在一定的温度范围内生长和繁殖,温度的改变会影响海洋生物的生理机能,并影响其产卵、生长及幼虫孵化能力。此外,排放水温
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