JDC01-018@含油污水沉降过滤流程的PLC控制系统设计
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机械毕业设计全套
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JDC01-018@含油污水沉降过滤流程的PLC控制系统设计,机械毕业设计全套
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含油污水沉降过滤流程PLC控制系统设计 学生： 宋 立 伟 班级： 机电 07-4 指导教师： 专业：机械设计制造及其 其自动化 nts一 课程研究目的和意义 二 文献综述 三 基本内容、拟解决的主要问题 四 技术路线或研究方法 五 进度安排 六 主要参考文献 nts一、课题研究的目的及意义 目前，我国大部分油田已进入石油开采的中期和后期，原油含水率达 70 80，有的油田甚至高达 90。油水分离产生大量的含油污水，如不经处理直接排放，会对环境造成污染危害，严重时将威胁人民的生命安全，造成经济损失。因此，含油污水的处理已成为重要问题。 含油废水被排到江河湖海等水体后，油层覆盖水面，阻止空气中的氧向水中的扩散；水体中由于溶解氧减少，藻类进行的光合作用受到限制；影响水生生物的正常生长，使水生动植物有油味或毒性，甚至使水体变臭，破坏水资源的利用价值；如果牲畜饮了含油废水，通常会感染致命的食道病；如果用含油废水灌溉农田，油分及其衍生物将覆盖土壤和植物的表面，堵塞土壤的孔隙，阻止空气透入，使果实有油味，或使土壤不能正常进行新陈代谢和微生物新陈代谢，严重时会造成农作物减产或死亡。另外，由于溢油的漂移和扩散，会荒废海滩和海滨旅游区，造成极大的环境危害和社会危害。但更主要的危害是石油中含有致癌烃，被鱼、贝富集并通过食物链危害人体健康。因此，对石油和石化等行业产生的含油废水进行有效处理是极其必要的。 nts一、课题研究的目的及意义 本次设计采用 PLC控制含油污水的沉降过滤流程，使沉降罐底部的污泥能够定时排出，而且排污过程不影响沉降过程。另外，过滤器并联运行，当过滤器运行一段时间后，分时间进行反冲洗，以保证整个流程连续不断地运行。 nts二、文献综述 1 油田采出污水的来源及主要成份 目前，我国陆上油田基本都采用注水开发方式，即向地层注入高压水驱动原油使其从油井中被开采出来。经过一段时间注水后，注入水将随原油一起被采出，随着开发时间延长，采出原油含水率不断上升，例如，目前大庆油田的综合含水率已接近 90%。油田原油在外输或外运之前要求必须将水脱出，合格原油允许含水率为 0.5%以下。脱出的水中主要污染物为原油，由于污水是在油田开采过程中产生的，因此，称为采出污水（ Produced Water）。采出污水在地面经过处理合格，再回注地下，循环使用。 nts采出污水中所含的杂质成份，一般包括以下五类物质： 1. 悬浮固体 ； 2. 胶体 ； 3. 分散油及浮油； 4. 乳化油及溶解油 ； 5. 溶解物质。 nts2常用的含油废水处理工艺技术 1. 物理法； 2. 过滤法； 3. 离心分离法 ； 4. 浮选法 ； 5. 药剂法 ； 6. 电化学法 。 nts1、物理法 含油废水物理处理方法包括重力分离法、过滤法、离心分离法等。重力分离法重力分离法是典型的初级处理方法，是利用油和水的密度差及油和水的不相溶性，在静止或流动状态下实现油珠、悬浮物与水分离。分散在水中的油珠在浮力作用下缓慢上浮、分层，油珠上浮速度取决于油珠颗粒的大小，油与水的密度差，流动状态及流体的粘度。它们之间的关系可用 Stokes和 New-ton等定律来描述。重力分离法的特点是： 能接受任何浓度的含油废水，同时除去大量的污油和悬浮固体等杂质，但处理出水往往达不到排放标准。在稳定的流速和油含量的特定条件下，可作为二级处理的预处理。常用的设备是隔油池，包括平流隔油池（ API）、斜板隔油池（ PPI）、波纹斜板隔油池或称高效除油器（ CPI）、小型隔油池以及用于收集来自家庭、汽车库、饭店、医院等的废水油脂的简易隔油井。隔油池水面的浮油可利用集油管排出或采用撇渣机等专用机械撇出，而小隔油池也可进行人工撇油。重力分离技术是应用最广泛、最实用的一种油水分离技术。通过对几种重力油水分离设备的比较， HNS- 型分离性能最优，油中含水质量分数仅为 1.56%。 20世纪 70年代中期出现的立式斜板除油罐集立式除油罐与斜板隔油池的优点于一体，大大提高了除油效率，可基本去除水中的浮油和分散油。该法适用于除去废水中的浮油、部分分散油、重油以及油 -固体物等不与水溶解的有害物质，但不能除去废水中的溶解油和乳化油。 nts2、过滤法 过滤法是将废水通过设有孔眼的装置或通过由某种颗粒介质组成的滤层，利用其截留、筛分、惯性碰撞等作用使废水中的悬浮物和油分等有害物质得以去除。常用的过滤方法有 3种：分层过滤、隔膜过滤和纤维介质过滤。含油废水经过隔油、气浮或混凝沉淀 气浮处理后，再用过滤法处理，可使废水中的含油量降到 10mg/L以下或更低。常用的层滤工艺是硅藻土过滤（ D. E. F）和砂滤（ S. F），一般作为深度处理的预处理。用砂滤池过滤时要求废水中不含重油，以免堵塞砂滤层。膜过滤法又称为膜分离法，是利用微孔膜将油珠和表面活性剂截留，主要用于除去乳化油和某些溶解油。滤膜包括超滤膜、反渗透膜和混合滤膜等。膜材料包括有机膜和无机膜两种，常见的有机膜有醋酸纤维膜、聚砜膜、聚丙烯膜等，常用的无机膜有陶瓷膜、氧化铝、氧化钴、氧化钛等。采用膜分离法处理乳化油废水具有不需加混凝剂、不产生含油污泥、浓缩液可焚烧处理、透过量和出水水质稳定等优越性，特别适合高浓度乳化油废水的处理。但采用膜分离前必须先对含油废水预处理，降低进水的污染物含量，使进水水质能够保证膜元件在一定时间内稳定运行，不产生膜污染。膜使用一定时间后必须采取适当清洗方法再生。 nts3、离心分离法 离心分离法是使装有含油废水的容器高速旋转，形成离心力场，因固体颗粒、油珠与废水的密度不同，受到的离心力也不同，达到从废水中去除固体颗粒、油珠的方法。常用的设备是水力旋流分离器。旋流分离器在液固分离方面的应用始于 19世纪 40年代，现在较为成熟，但在油 /水分离领域的研究要晚得多。虽然液固分离与液液分离的基本原理相同，但二者设备的几何结构却差别较大。脱油型旋流分离器起源于英国。从 20世纪 60年代末开始，由英国南安普顿大学 MartinThew教授领导的多相流与机械分离研究室开始水中除油旋流分离器的研究，发明了双锥双入口型液液旋流分离器，在试验过程中取得满意效果。随后， YoungGAB等人设计出的与双锥型旋流器具有相同分离性能但处理量要高出 1倍的单锥型旋流分离器。经过几何优化设计， Conoco公司提出了 K型旋流分离器，对于直径小于 10m的油滴分离性能提高更加明显。由于旋流分离器具有许多独特的优点，旋流脱油技术在发达国家含油废水处理特别是在海上石油开采平台上已成为不可替代的标准设备。该法常用来分离分散油，对乳化油的去除效果不太好。离心分离法设备体积小、除油效率高，但高流速产生的紊流容易将部分分散油剪碎，而且运行费用高，因此常用于处理水量少，占地受限制的场合，如海上采油平台、油船等。 nts4、浮选法 浮选法，又称气浮法，是国内外正在深入研究与不断推广的一种水处理技术。该法是在水中通入空气或其他气体产生微细气泡，使水中的一些细小悬浮油珠及固体颗粒附着在气泡上，随气泡 -起上浮到水面形成浮渣 （含油泡沫层），然后使用适当的撇油器将油撇去。该法主要用于处理隔油池处理后残留于水中粒经为 10 60m的分散油、乳化油及细小的悬浮固体物，出水的含油质量浓度可降至 20 30mg/L。根据产生气泡的方式不同，气浮法又分为加压气浮、鼓气气浮、电解气浮等，其中应用最多的是加压溶气气浮法。还有混凝沉淀 -气浮法，即在气浮过程中投加适当的混凝剂，使气浮的效果更加有效，但是该法浮渣量大且含有大量气泡。另外还有吸附气浮法，即在气浮池里投加粉末活性炭，吸附废水中的油和溶解性污染物，废炭以及废水中的其他悬浮物附着在气泡上并与气泡一起上浮到池顶由除渣机除去。江汉石油机械厂同各油田设计院、学院合作，针对油田采出水研制开发了溶气气浮、叶轮式气浮、喷射式气浮等各种气浮设备。涡凹气浮（ CAF） 系统应用于克拉玛依石油化工厂石化废水处理的工程实例取得了良好的处理效果，表明该系统值得在石化领域推广应用。气浮法处理含油废水工艺成熟，油水分离效果好而且稳定，但缺点是浮渣难处理。生化法生物氧化法是利用微生物的生物化学作用使废水得到净化的一种方法。油类是一种烃类有机物，可以利用微生物的新陈代谢等生命活动将其分解为二氧化碳和水。含油废水中的有机物多以溶解态和乳化态存在， BOD5较高，利于生物的氧化作用。 nts5、药剂法 药剂法，是投加药剂由化学作用将废水中的污染物成分转化为无害物质，使废水得到净化的一种方法。常用的化学方法有中和、沉淀、混凝、氧化还原等。对含油废水主要用混凝法。混凝法是向含油废水中加入一定比例的絮凝剂，在水中水解后形成带正电荷的胶团与带负电荷的乳化油产生电中和，油粒聚集，粒径变大，同时生成絮状物吸附细小油滴，然后通过沉降或气浮的方法实现油水分离。常见的絮凝剂有聚合氯化铝（ PAC）、三氯化铁、硫酸铝、硫酸亚铁等无机絮凝剂和丙烯酰胺、聚丙烯酰胺（ PAM）等有机高分子絮凝剂，不同的絮凝剂的投加量和 PH值适用范围不同。此法适合于靠重力沉降不能分离的乳化状态的油滴和其他细小悬浮物。 nts6、电化学法 电化学法包括电解法、电火花法、电磁吸附分离法和电泳法。电解法包括电凝聚和电气浮，电凝聚是利用溶解性电极电解乳化油废水，从溶解性阳极溶解出金属离子（一般用 Al作阳极），金属离子发生水解作用生成氢氧化物吸附凝聚废水中的乳化油和溶解油，然后沉淀除去油分。电解凝聚与投加化学絮凝剂相比，具有一些独特的优点： 可去除的污染物种类广泛，反应迅速，适用的 pH范围宽，所形成的沉渣密实，澄清效果好，占地面积小，操作方便。但是电解凝聚也存在阳极消耗量大、阳极钝化、耗电量高等缺点。前苏联一炼油厂用三相交流电电凝聚法处理高浓度含油废水，效果很好。电解气浮法是利用不溶性电极电解含有乳化油和溶解油的废水，利用电解分解作用和初生成的微小气泡的上浮作用，使乳化油破坏，油珠附着于气泡上浮形成浮渣而除去。电解产生的气泡细小均匀因而捕获杂质的能力比较强，去除固体杂质和油滴效果较好，缺点是电耗大、电极损耗大，单独使用时不能达到排放要求。 nts三、基本内容、拟解决的主要问题 该控制系统中所有设备都具有自动 /手动功能。当设备处于自动工作方式下时，所有设备按 PLC程序中设定的时间间隔工作；在动工作方式中，操作员可以使用控制盘上的按钮控制设备的工作。 控制盘上有用于控制操作的开关、按钮和定时器，以及用于显示工作状态的指示灯等控制设备。PLC输出节点通过电缆和现场的控制设备连接。控制阀门采用气动蝶阀，控制电磁阀采用两位五通单电控电磁阀。 nts1、沉降罐的控制 沉降罐的控制分为自动和手动两种控制方式。这两种方式，都是由 PLC按程序设定好的操作顺序依次控制沉降罐阀门的开启和关闭，不需要操作人员在现场手动启动和关闭阀门。 （ 1）自动状态 当某一个沉降罐的方式选择开关置于自动的位置时，该沉降罐处于自动控制状态。该沉降罐按照沉降罐定时器所设定的时间间隔定时自动操作，不需要操作工的干预。 （ 2）手动状态 当某一个沉降罐的方式选择开关置于手动的位置时，该沉降罐处于手动控制状态。该沉降罐不会按照沉降罐定时器所设定的时间间隔定时自动操作，而需要操作工通过仪表盘上的按钮来启动沉降罐，使其自动完成排污过程。 nts2、过滤罐的控制 过滤罐的控制分为自动、手动和差压 3种控制方式。这 3种方式，都是由 PLC按程序设定好的操作顺序依次控制过滤罐阀门的开启和关闭，不需要操作人员在现场手动启动和关闭阀门。 （ 1）自动状态 当某一个过滤罐的方式选择开关置于自动的位置时，该过滤罐处于自动控制状态。该过滤罐按照过滤罐定时器所设定的时间间隔定时自动操作，不需要操作工的干预。 （ 2）手动状态 当某一个过滤罐的方式选择开关置于手动的位置时，该过滤罐处于手动控制状态。该过滤罐不会按照过滤罐定时器所设定的时间间隔定时自动操作，而需要操作工通过仪表盘上的按钮来启动过滤罐，使其自动完成排污过程。 （ 3）差压控制状态 无论过滤罐的方式选择开关处于何种状态，当该过滤罐上的差压开关动作后，仪表盘上的差压报警指示灯点亮，并且自动开始该过滤罐的反冲洗过程。 当有过滤罐正在反冲洗时，以上的控制都不起作用，只有等到停止反冲洗后才能起作用；在任何时候，均可以中断过滤罐的反冲洗过程。 nts四、技术路线或研究方法 1 分析被控对象和明确控制要求 了解被控设备的工作原理、工艺流程和操作方法，了解被控对象机械、电气、液压传动之间的配合关系，确定被控对象的控制要求。 2 PLC选型 根据系统的控制要求，确定系统的输入设备的数量及种类，明确输入信号的特点，选择与之相匹配的输入模块。根据负载的要求选用合适的输出模块。确定输入输出点数。 3 控制程序设计 包括状态表、状态转换图、梯形图、指令表等 4种形式。 nts五、进度安排 2011.2.28-2011.3.20 查阅文献，收集资料，撰写开题报告，翻译英文文献； 2011.3.21-2011.4.3 确定生产工艺和控制方案，绘制控制框图； 2011.4.4-2011.4.24 设计电气控制原理图； 2011.4.25-2011.5.15 PLC选型及 I/O分配； 2011.5.16-2011.6.5 PLC程序编制与调试； 2011.6.6-2011.6.17 撰写设计说明书，整理资料，准备答辩。 nts六、主要参考文献 （ 1）廖常初 . PLC编程及应用 (附光盘 ).机械工业出版社， 2005(5) （ 2）廖常初 . PLC应用技术问答 .机械工业出版社 ,2006(4) （ 3）程子华 . PLC原理与编程实例分析 .国防工业出版社 ,2007(1) （ 4）胡学林 . 可编程控制器应用技术 M .高等教育出版社 ,2003 （ 5）汪晓平 . PLC可编程控制器系统开发实例导航 .人民邮电出版社 ,2004(7) （ 6）刘柏生 . PLC编程实用指南
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