TORR采油废水处理设备的结构设计与三维实体模拟

密 级 学 号 050558 毕 业 设 计（论 文） TORR采油废水处理设备的结构 设计与三维实体模拟 院（系、部） ： 机械工程学院 姓 名： 于胜楠 年 级： 05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TORR 采油废水处理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 环境工程系作者签名： 于胜楠学 号： 0505582009 年 6 月 9 日 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 于胜楠 指导教师/职称 陈家庆 / 教授 1.毕业设计（论文）题目 TORR 采油废水处理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 16 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。挪威 SINTEF 等机构研究发现，迄今所用的常规单元除油处理技术主要去除分散油，对于采油废水中溶解组份( 如 PAH、 BTEX 以及烷基酚/ 苯酚等) 的去除效果则相对较差。另一方面，当就采油废水对整个海洋环境的影响进行系统综合评价后发现，往往是这些溶解组份对总体环境风险的贡献最大，因此在去除采油废水中分散油的同时需要去除上述溶解组份。为了解决因采油废水排海而带来的环境挑战，实现“零环境危害排放”的预期目标，相关石油公司和水处理设备生产企业自 20 世纪 90 年代末期以来，成功研发了一批新型采油废水处理技术和设备，如基于烃类凝析液萃取技术的 C-Tour、基于旋流- 气浮组合技术的 Epcon / CrudeSep / CycloSep、基于大孔隙聚合物萃取技术的 MPPE、基于粗粒化技术的 PECT-F 和TORR 等，其中 MPEE、 TORR 等技术还成功地应用于受污染地下水体的修复、天然气生产废水的处理等场合，具有广阔的发展推广前景。本题目将在查阅调研大量文献的基础上，以ProSep Inc.(原 TORR Canada Inc.，亦即原 EARTH(Canada) Corp.)公司的 TORR(Total Oil Remediation and Recovery)采油废水处理设备为切入点，通过认真阅读相关的专利文献，细致深入地分析研究其结构设计细节和关键技术要点，进而完成三维实体模拟和详细结构设计工作，并绘制整套二维设计图纸。 (2) 原始数据 处理量：30m3/h；入口含油量：1017mg/L ；外排净化水中的含油量3mg/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 TORR 含油废水处理设备的设计图纸：手绘 1 张 A0 装配图，机绘 1 张 A0 装配图及全套零件图； 有关 TORR 设备的三维实体模拟； 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 M. J. Plebon, Marc A. Saad, Serge Fraser. Advances in produced water de-oiling utilizing a recently developed technology which removes and recovers dispersed oil in produced water 2 microns and largerC. International Water Conference Technical Paper, Orlando Florida USA, October 2005. 3 M. J. Plebon, Marc A. Saad, Serge Fraser. Further advances in produced water de-oiling utilizing a technology that removes and recovers dispersed oil in produced water 2 microns and largerC. International Petroleum Environmental Conference Technical Paper, Houston Texas, USA, November 2005. 4 Marc A. Saad, M. J. Plebon, Serge Fraser. Fundamental approach to produced water treatment: validation of an innovative technologyC. Produced Water Society Annual Conference Technical Paper, Houston Texas, USA, January 2006. 5 M. J. Plebon, Marc A. Saad, Xue Jun Chen, Serge Fraser. De-oiling of produced water from offshore platforms using a recent commercialized technology which combines adsorption, coalescence and gravity separationC. Proceedings of the Sixteenth International Offshore and Polar Engineering Conference, San Francisco, California , USA, May 28 June 2, 2006. 6 Theodore C. Frankiewiez, Chang-Ming Lee. Vertical gas induced flotation cellP. United States Patent No.7157007 B2, Jun. 2, 2007. 7 Jerald W Darlington, Jeffery J. Smith, John Occhipinti. Produced water polishing - Vertical units with low centrifugal forces and induced gas floatation promotes compliance during produced water operationsC. CETCO Offshore - Technology Paper April 2004. 8 国家质量技术监督局S.GB 150-1998. 钢制压力容器. 北京：中国标准出版社, 1998. 9 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年 12月. 10 展迪优.UGNX4.0 快速入门教程. 北京：北京- 机械工业出版社，2007 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 周开题报告，开始进行结构方案的初步设计。 第 05 周 改进并确定设计方案。 第 06、07 周 进行相关的工艺设计计算 第 08、09 周 进行相关的结构设计计算 第 10 周 开始进行三维实体模拟，AutoCAD绘制流程图。 第11周 手绘装配草图 第 12 周 绘制并修改 AutoCAD装配图 第 13 周 绘制 AutoCAD 零件图 第 14 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； 第 15 周 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 2009 年 2 月 10 日 系（教研室）主任（签字） 任务书批准日期 2009 年 2 月 13 日 教学院（部、系）院长（签字） 任务书下达日期 2009 年 2 月 16 日 指导教师（签字） 计划完成任务日期 2009 年 5 月 31 日 学生（签字） TORR 采油废水处理设备的结构设计与三维实体模拟 摘 要 随着石油工业的发展，石油开采过程中会排出大量的含油废水，受纳水体受到的污染越来越严重。针对这一问题，国内外学者在重力机械分离和物理化学除油等传统处理方法的基础上，不断地努力研究新型除油技术，以克服传统技术的缺陷。用于含油废水后期精处理的TORR新型除油技术应运而生，该技术主要是基于过滤、聚结和重力分离过程，具有溶剂可再生、无污染等优点。 本文以 Canada Earth 公司的专利产品为依托，进行阐述。该设备为一特殊的结构：它包括如下几个组成部分，外圆柱、一个圆柱轴和内管组成的圆柱处过滤的组成部分。外圆柱体的组成部分包括一个可自锁的套筒结构，它是通过相互关联的滑块连锁手段处置和配置，使相邻墙板形成互锁从而形成整体的外部环形套筒。本文是首次在国内对TORR含油废水处理设备进行详细的介绍，为国内自主研制开发相关技术奠定基础。 关键词：含油废水，油水分离，粗粒化，结构设计 I TORR 采油废水处理设备的结构设计与三维实体模拟 Abstract With the development of the petroleum industry, there is a large number of oily waste water produced in the oil extraction process, as a result, the natural water will be polluted more and more seriously. To solve this problem, basing on the traditional approaches that contain Gravity mechanical and physical-chemical separation of the oil method, the scholars at home and abroad are trying their effort to study a new type of oil technology to overcome the shortcomings of traditional technology. As a result, for fine treatment of oily waste water, the new technology TORR comes into being. It is based on the filtration, coalescence and gravity separation process, with a solvent of renewable, pollution-free, etc. Basing on the Canadas Earth corporations patent products, this article is elaborating the TORR. The cartridge comprises an outer cylindrical housing component, having a first cylindrical axis and an inner tubular component disposed within the cylindrical housing component. The outer cylindrical housing component includes a plurality of wall panels which are interconnected by slider interlock means disposed and configured such that adjacent wall panels are slide interlocked thereby. This is the first time to introduce TORR Oily wastewater treatment equipment in detail, its lay the foundation for related technologies. Key words: produced water, oil/water separators, Crude chemical, structural design II TORR 采油废水处理设备的结构设计与三维实体模拟 目 录 第一章 前 言 .1 1.1 引言 .1 1.2 常规处理方法 .2 1.2.1 物理法除油.2 1.2.2 物理化学法除油3.3 1.2.3 化学法除油.5 1.2.4 新型组合式处理技术 .6 1.3 本文的工作内容 .7 第二章 TORR设备的设计 .9 2.1 TORR技术总体概况 .9 2.2 设备的结构设计 .11 2.3 单一处理单元内部结构 .12 2.3.1 外筒结构 .12 2.3.2 顶盖与底盖结构 .14 2.3.3 装配零部件.16 2.3.4 串联多个单体的结构说明 .16 第三章 结构设计计算 .20 3.1内部结构设计计算 .20 3.2 外部筒体的设计22.22 3.2.1 封头的设计.23 3.2.2 吊耳顶部板式吊耳 .26 3.2.3 支承座的设计.26 3.3 零部件的选取 .31 3.3.1 安全阀的选用.31 3.3.2 液面计 .32 3.3.3 压力表的选用.33 3.3.4 节流阀的选用.33 3.3.5 单螺杆泵的选用 .34 3.4.1 液压试验 .35 3.4.2 焊缝探伤 .36 III TORR 采油废水处理设备的结构设计与三维实体模拟 第四章 制造装配及计算机辅助设计 .38 4.1 经济成本核算 .38 4.1.1 设备基本成本核算 .38 4.1.2 设备制造说明24.39 4.1.3 设备安装费用及说明 .40 4.2 计算机辅助设计 .42 4.2.1 三维实体模拟.42 4.2.2 AutoCAD绘图 .46 第五章 结论与建议 .47 5.1 结论 .47 5.2 建议 .47 参考文献 .49 致 谢 .51 声 明 .52 IV TORR 采油废水处理设备的设计与三维实体模拟 第一章 前 言 1.1 引言 自上世纪 50 年代，我国相继发现一系列的油田，石油开采的序幕就此在我国拉开。然而作为一种能源，随着石油不断地开采，其含量越来越少。我国的石油由原来的开采量大、原油含量高，转变为采出油中的含水量为 70%80%，有的油田甚至已高达90%，因此日产含油污水量非常大，如果不经处理直接排放，不仅会造成土壤、水源的污染，有时甚至会引起污油着火事故，威胁人民的生命安全，造成国家的经济损失，同时也会危害油田自身的利益;反之，如果对采油废水进行处理，并用于回注，则不仅可满足油田开采过程中注水量日益增长的要求，同时也可以节省水资源，减少环境污染，为油田带来经济效益，有利于油田的可持续发展。 在石油开采过程中，采出的原油含水率高达70%95%1。因此，原油必须要经过脱水等过程才可使用，在这一过程中，产生了大量的采油废水。采油废水是指从地层中随原油一起被开采出来的水，经历了原油收集及初加工整个过程，因此污水中杂质种类及性质都和原油地质条件、注入水性质、原油集输条件等因素有关。还有一部分废水来自于石油开采过程中产生的洗盐废水和洗井废水，由于其主要的污染物为原油，故而也被称为采油废水。采油废水水质成分复杂，含石油类、表面活性剂等高分子难降解有机污染物，同时具有高盐度、处理难度大的问题，目前处理达标率仅为50%左右。 根据含油废水存在形式的不同，废水中的油类可分为浮油、分散油、乳化油、溶解油和油-固体物5种: (1)浮油，其粒经一般大于100 m ，以连续相的形式漂浮于水面，形成油膜或油层; (2)分散油，以微小的油滴悬浮于水中， 不稳定，静置一段时间后通常变成浮油，油滴的粒经一般介于10100 m 之间; (3)乳化油，粒径为10-310 m ，具有一定的稳定性，单纯用静止沉降法无法去除; (4)溶解油，以一种化学方式溶解的微粒分散油，油粒直径小于103 m ，一般原水中此部分油仅占总含油量的 1%以下，在处理过程中也有一定比例的去除，但不作为污水处理的主要对象。 （5）油-固体物，水体中的油黏附在固体悬浮物的表面形成油-固体物2。 1 TORR 采油废水处理设备的设计与三维实体模拟 针对含油废水的处理，人们采取了一系列的方法进行处理。然而，由于，由于处理技术与设备落后，伴随开采过程产生的含油废水，不仅造成了环境污染，还影响了石油开采的产