流砂过滤器设计1

1、流砂过滤器大庆油田水务公司含油污水应用技术项目部目录1流砂过滤器设计说明书1.1滤料粒径1.2滤层高度1.3滤速1.4砂循环速率1.5压缩空气气压、气量对出水水质的影响1.6反冲洗水量确定53.2.1流砂过滤器选择3.2.2内循环流砂过滤器主体尺寸计算2流砂过滤器设计计算书砂滤器直径和截面积计算流砂过滤器高度计算2.3进、出水管线、反洗出水管线及环空流道设计及计算1111进、出水管线及反洗出水管线设计1.1.提砂管及环空流道设计2.4布水器设计计算12干管12支管.1.3.布水孔设计及计算132.5空压机及气管线设计计算15空压机选择 15气管线设计163材料表164 设备表185图纸186参

2、考文献181流砂过滤器设计说明书已知条件：来水流量Q=1m 3/h ,来水含油wiOOmg/L,含悬浮 物100mg/L,处理后出水含有 W2Omg/L，含悬浮物20mg/L 1。1.1滤料粒径滤料粒径对连续式砂滤器的处理效果有重要影响，连续式砂滤器一般采用单一粒径的石英砂滤料。根据相关文献2，处理含油废水及含有易粘结物质的原水时，通常使用有效直径为1.2mm、均质 系数为1.4的均质石英砂。1.2滤层高度砂层过低会导致一些微絮体及与滤料结合力较弱的物质不能被 砂层截留，随出水流出；砂层过高易形成沙锥，堵住洗沙器的出砂 口，反应器内的砂冲洗不完全，后期出水SS浓度偏高。为达到有 效的过滤高度，

3、滤床厚度可取。本设计选择0.8m。1.3滤速根据相关文献2 3，建议内循环连续式砂滤器的过滤速度小于12m/h。本设计选择滤速 v=8 m/h。1.4砂循环速率指石英砂滤料在过滤器内单位时间的下移距离,单位是mm/min。这对于滤层的清洁及稳定工作至关重要。相关研究表明4，砂循环速率在2-4mm/min 时，过滤出水水质稳定。1.5压缩空气气压、气量对出水水质的影响当压缩空气压力在 时，保证提砂管内的气水比为9-11时，砂滤器可以处于一种稳定的运行状态，滤料得到有效的清洗，反冲洗水量合理，处理出水水质较好3。1.6反冲洗水量确定5相关研究结论，冲洗水量是提砂量的1.5-2倍，滤料的清洗效 果较

4、好。为保证过滤效果及装置运行的经济性，在满足对滤料有效 清洗的条件下，冲洗水的流量应在过滤水量的 5%-10%。根据相关研究数据标明，空气压力为0.3MPa时，空气量为 0.48 m 3/h，提砂水量为0.052 m 3/h，气水比为9.2 ；故此实验选 择空气压力为0.3MPa，空气量为0.48 m 3/h，提砂水量为0058 m3/h。2.流砂过滤器设计计算书 2.1流砂过滤器选择便于检查外循环式砂滤器简化了内部结构，增大了过滤面积和维修，提砂管不易堵塞。但耗费能量较大。本设计采取内循环式砂滤器。2.2内循环流砂过滤器主体尺寸计算221砂滤器直径和截面积计算尸Q/A(2-1)式中：v 滤速

5、,m/h ,y=8 m/h ;Q :设计流量，m3/h , Q=1 m 3/h;A:滤罐横截面积，m2。则 A=Q/ 尸1/8=0.125 m 2又A=0.785(2-2)O2=A/0.785=0.399m圆整后取g0.4m由以上计算得,设计的流砂过滤器的直径=400mm222流砂过滤器高度计算高度石油各部分的高度值和来确定的，从结构上看，砂滤器由支腿、下封头、上封头和罐体这四部分组成 。下封头尺寸计算根据JB/T 4746-2002 钢制压力容器用封头 的规定以及本砂滤器 的设计要求,选择折边锥形圭寸头 CHB,由砂滤器直径=400mm可CHB型封头总高度为 Hi=250mm ,容积V=0.

6、0145m 3。根据相关文献,砂滤器的锥壳半顶角应小于60。,本设计选择锥壳半顶角a=45 。封头与罐体采用法兰螺栓连接方式，便于内部检修。见下图 2-1。图2-1 CHB折边锥形封头r-1D=DN=400mm r=0.15DN=60mm h=40mmH=250mmH265mmoa =458 =3mm与罐体壁厚相同222.2支腿的高度计算根据JB/T 4713-1992 腿式支座的规定以及本砂滤器的设计要求，得知砂滤器的支腿最大支撑高度为800mm ，本设计选择H2=500mm。选择A型腿式支座，设置3个支腿，呈120布置。具体 尺寸见图2-2。支腿的上端应与砂滤器罐体的下封头斜边中间位置焊图

7、2-2 A型腿式支座r I n i辰柜I i丨AW支承最大高度Hw=800mm此处选择HU=500mm规格 bx bx d=63x 63x 8长度 Lh=924H 2=940焊缝长度h=90底板厚度S =16垫板宽度A=180底板边长B=103 盖板边长1=160 垫板长度Ac=140地脚螺栓孔径db=24地脚螺栓规格M20地脚螺栓中心圆参数D=362直径Db=D+2222.3上封盖的设计计算为便于检维修及场地情况，上封头采取平板封盖，顶上有开孔，与罐体采用螺栓连接。平板封头的厚度要比罐体的壁厚大一些，定为比壁厚大3mm。砂滤器为压力容器,材料选择Q235A-F ,其最小厚度Smin主要 是考

8、虑工艺要求和运输安装过程中的刚度要求,根据GB150-1998钢制压力容器内压圆通压力容器的计算壁厚公式 ：,p=t I- P(2-3 )式中：P:计算压力,MPa, P=0.6Mpa ;：圆筒直径，mm ;汀:设计温度下圆筒材料的需用压力,MPa，汀=113MPa ;:焊接接头系数，对热套圆筒取 =1.0 ; S:圆筒的计算厚度，mm。P0. 6 汉 400 -如* P = 2 汉 113 汉 1 - 0. 6 - 1.065mm根据相关文献规定，轻微腐蚀，腐蚀速率在, 腐蚀裕量1mm。此处选择该砂滤器的腐蚀裕量为C1=1mm。则设计厚度 S= S+C1=1.065+1=2.065mm考虑材

9、料的负偏差后,取设计厚度Sd=3mm。由此可得,上圭寸盖的厚度出=Sd+3=6mm。222.4砂滤器的罐体高度计算罐体的高度由其内部的各部分高度确定。砂滤器的内部由空气提升泵、布水器、滤床、洗砂器、洗砂出 水口、进水口、滤液出口等部分组成。2.2.2.4.1 导砂器导砂器为圆锥结构，起到均匀布砂的作用，底面与砂滤器罐体 底部之间有着一定的距离，该距离为200mm 为宜。结合砂滤器直 径，定导砂器底面直径为 i=280mm。结构见图2-3。图2-3导砂器导砂器高度h80mm则此部分高度 H4=h+200=280mm滤床高度计算滤料选择石英砂,滤料层为单层,石英砂粒径为 0.5-1.2mm , 根

10、据相关文献，滤层高度一般是粒径的 700-900倍，故本设计选择 滤床高度 H5=800mm。22243 洗砂器设计及计算在滤床的上面有滤料反洗膨胀层，该高度一般为滤料层的1/2。故此部分高度 H6=400mm ，此部分设有洗砂器和砂水分离 器，砂水分离器位于洗砂器上方，上面与顶盖留出一部分距离 ，以保证顶部空气提砂管与滤后出水不互相影响，定为留出H7=50mm的高度。其中洗砂器高度 H8=300mm，直径DNi=80，在洗砂器内 部由交叉的薄板焊接而成，材料选择不锈钢，薄板宽度为21mm，向下倾斜45。见图2-4。图2-4洗砂器22244砂水分离器（洗砂槽）设计及计算洗砂槽的直径 DN 2=

11、200mm ，高度H8=100mm ，洗砂槽处理过的废水经过一个反洗堰由反洗出水管流出，反洗堰为一个底面为边长L=60mm 的正方形的长方体,处理水从洗砂槽经过高为 60mm的滤网流出反洗堰，然后从反洗出水管排出。见图2-5。图2-5砂水分离器流砂过滤器高度：H=H 2+H 3+H 4+H 5+H 6+H 7=500+6+280+800+400+50=2036mm为了保护砂滤器的正常运行 ，滤床的高度应相对高出其设计高 度，所以可以加高砂滤器的罐体高度，最后确定砂滤器总高度H=2200mm 。所以,设计的内循环流砂过滤器的直径=400mm ,高H=2200mm 。2.3进、出水管线、反洗出水管

12、线及环空流道设计及计算进、出水管线及反洗出水管线设计进水管线进水管线位于罐体侧面,距顶端280mm 处,根据流量 Q=1 m3/h，查给水排水设计手册 第1册 常用资料，选择进水管线尺 寸为DN40。并在管线合适位置安装流量计 、压力表等。滤后出水管线与进水管线尺寸相同都为 DN40 ,位于进水管线上方 150mm 处，与过滤出水堰连接 ，出水堰高度设为 100mm ,半圆弧形结 构，宽度为80mm。反洗出水管选择反洗出水管尺寸为DN32 ,与罐顶相距 216mm ,与反洗出水堰连接，且与滤后出水管线相对布置。提砂管及环空流道设计提砂管设计根据相关文献12,提升装置管径与过滤器直径之比在 1:

13、18-1:25之间时提砂效果最好。本设计过滤器直径 g400mm ,所 以提砂管的直径 D=16-22mm ,此处选择 D=20mm。即提砂管的 直径D=20mm。长度根据实际进行选择,本设计选为1744mm。232.2进水环空流道设计进水量布满在进水环空流道内，为了满足管道的流量和流速的设计。应满足下式：2 2 24 Di - 4D =4 D进水（2-4）其中，提砂管直径D=20mm ；进水管直径D进水=40mm。贝y D = 一 4022 02 二 44. 72mm圆整后取D1=50mm。即进水换空流道直径为50mm ,长度根据实际选为735mm 。2.4布水器设计计算布水器是在一定的工作

14、面积上按照一定规律布置水量,常见的布水器有喷头、穿孔管、旋转布水器。本设计结合实际选择穿孔管 布水器。穿孔管布水器由干管、支管、布水孔组成13,其中支管呈 十字形分布，以干管为中心放射状铺开，布水孔的孔径等大并沿筒体径向孔距逐渐减小。干管干管流量即为进水管流量Q=1m 3/h242支管单个支管流量：q=Q/4=1/4=0.25m3/h=6.9 X 10-5m3/s(2-5)支管直径选择dz=20mm支 管的横 截面积 Sz=0.785dz 2=0.000314m 2(2-6)支管流速v=q/Sz=0.22m/s(2-7)布水孔设计及计算 布水孔相关计算滤床的横截面直径8400mm 布水器中间环

15、管直径为 50mm则过滤总面积S。:S0二 0. 785( 4002 - 502) = 123637. 5mnn(2-8)开孔率B：支管布水孔的总面积与过滤总面积之比。根据相关文献14, p一般在0.2%-0.28%或者0.2%-0.25%之间,本设计选取 p=0.24%布水孔的总面积Sb= BX=0.24% X123637.5mm 2 =296.73(2-9)布水孔直径db=6mm则 单 个布水 孔面积Sbi =0.785 x db2=28.26mm 2(2-10)由此可得：布水孔总数 N=S b/ S bi =296.73/28.28=10.5=10 个 (2-11) 则 每 根 支 管

16、布 孔 数 n=N/4=2.5(2-12)圆整后取n=3个。布水孔设置假设污水在每个布水孔的速率相等，则每个孔的出水量相等 要使滤层横截面上布水均匀，那么每个布水孔所分配的滤层横截面 的面积相等8。也即第一圈布水孔与环形流道所含面积之差应与第二圈布水孔与第一圈布水孔所含面积之差相等孔与第二圈布水孔所含面积之差。,并等于第三圈布水S1 =S 0/3=123637.5/3=41212.5(2-13)2 2S1( D11 -D1 )4(2-14)：.22S1(D22-D11 )4(2-15)D11 :第一圈布水孔所围成圆的直径,mm ;D22 :第二圈布水孔所围成圆的直径,mm ;D33 :第三圈布

17、水孔所围成圆的直径，mm , D33=400mm ;则可知：D11 =234.52=234mmD22=327.49=328mm每个布水孔距离圆心的距离分别为：d 11=( D11+D 1) /4=(234+50)/4=71mmd22= (D 11+ D 22)/4=(234+328)/4=140.5=141mmd33=( + D 22 )/4=(400+328)/4=182mm布水孔的具体位置见图2-6。图2-6布水孔位置在实际制作砂滤罐时，可以将布水孔数量适当增加以满足实验 要求。2.5空压机及气管线设计计算空压机选择根据相关研究数据标明，空气压力为0.3MPa时，空气量为0.48m3/h

18、,提砂水量为0.052 m3/h ,气水比为9.2;故此实验选择空 气压力为0.3MPa ,空气量为0.48 m 3/h ,提砂水量为0058 m 3/h选择空压机压力范围为0-1.0MPa ,流量范围为0-1m3/h。气管线设计使用气嘴进行释放气体时易造成气嘴堵塞，本设计不使用气嘴，直接将供气管线与提砂管连接，供气管线选择 DN10，与提砂 管纵向成300夹角安装，以防止空气在提砂管内向下流动从而降低 提砂效率。3材料表序号名称规格及型号材料数量备注1进出水管线DN40不锈钢20m2反冲洗出水管线DN32不锈钢10m3钢板Q235A-F，3mm 厚不锈钢若干制作布砂器、罐体、出水堰板、砂水分

19、离器等4钢板Q235A-F，6mm 厚不锈钢制作平板封头5环空流道管线DN50不锈钢2m6提砂管DN20无缝钢管3m7法兰DN4018进出水管线及流量计连接8法兰DN329发冲洗出水管线及流量计连接9法兰DN4004个上下封头与罐体连接10转子流量计DN402块11转子流量计DN321块12压力表4块13气体流量计1块14900弯头DN402个1590弯头DN321个16120弯头DN101个连接气管线17阀门DN405个18阀门DN323个19快开阀门DN201个罐底部放空用20取样阀DN406个罐体安装4个，进出水各一个21取样阀DN321个反冲洗出水取样用。22角铁63mm x 63mm x20m制作支腿8mm23温度计3支24玻璃罐液位计及1套