船用油污水分離裝置的設(shè)計(jì)

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船用油污水分離裝置的設(shè)計(jì)

目 錄

第一章  緒論 II

1.1 船舶含油廢水的來(lái)源及水質(zhì)特征 II

1.2 船舶含油廢水的處理技術(shù)介紹 III

第2章  總體方案設(shè)計(jì) V

2.1　基本結(jié)構(gòu) V

2.2 　工作原理 VI

2.3　主要參數(shù)校核 VIII

2.4 　反向沖洗裝置 IX

3.1簡(jiǎn)介 XI

3.2 對(duì)象的組成及特性 XIII

3.3 附設(shè)除水器的控制方案 XV

3.4 直接控制分界面的控制方案 XVIII

3.5液位界面變送器的零點(diǎn)遷移 XIX

3.6 減少變送器的量程 XX

3.7 油水分離界面控制系統(tǒng) XX

3.8 被控參數(shù)的選擇 XXII

3.9 控制參數(shù)的選擇 XXII

3.10 過(guò)程動(dòng)態(tài)特性 XXIII

3.11 最佳控制方案的確定 XXIV

3.12 誤差分析 XXV

第四章  節(jié)閥的選擇 XXVII

4.1  調(diào)節(jié)閥的流量特性 XXVII

4.2  調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇 XXIX

4.3  調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)選擇 XXIX

4.4  調(diào)節(jié)閥氣開(kāi)氣關(guān)形式的選擇 XXX

4.5 儀器、儀表的接地 XXX

4.6接地的作用 XXXI

4.7油水分離界面控制系統(tǒng)部分儀器的接地方法 XXXI

4.8 油水分離技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域 XXXII

5  結(jié)束語(yǔ) XXXIII

致謝 XXXIV

參考文獻(xiàn) XXXV

    摘要：本文針對(duì)含油廢水中浮油，分散油和乳化油的處理，將重力法與聚結(jié)技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)制作了波紋板聚結(jié)油水分離器，并對(duì)其內(nèi)部構(gòu)件比如入口構(gòu)件、聚結(jié)構(gòu)件、集油構(gòu)件及出口構(gòu)件進(jìn)行了創(chuàng)造性的優(yōu)化設(shè)計(jì)，改善了水力條件，強(qiáng)化了重力油水分離過(guò)程。其中聚結(jié)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)和聚結(jié)材料的表面特性是提高油水分離效果的關(guān)鍵，直接影響到設(shè)備的除油效率。

在聚結(jié)構(gòu)件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上采用橫向流進(jìn)水，利用波紋板提供的曲折通道和非常大的聚結(jié)表面產(chǎn)生近似于正弦波的水流，使分散油珠產(chǎn)生最大程度的聚結(jié)。以斯托克斯公式和淺層沉淀理論為依據(jù)，進(jìn)行板長(zhǎng)板寬及板間距的選擇，并以雷諾數(shù)驗(yàn)證水流的層流狀態(tài)；在聚結(jié)材料的選擇上，通過(guò)測(cè)量油在備選材料上的接觸角，并考察其有效、經(jīng)濟(jì)、耐久性，最終確定經(jīng)改性劑A進(jìn)行表面改性后的鍍鋅板作為該油水分離器的聚結(jié)板材。所設(shè)計(jì)的裝置可去除20um以上的油珠，出水含油量小于10mg/L，基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：油水分離，重力，聚結(jié)，粗粒化，波紋板

第一章  緒論

船舶行駛時(shí)會(huì)排放大量的油而污染水域，含油污水對(duì)環(huán)境的污染主要表現(xiàn)在對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和自然環(huán)境的嚴(yán)重影響。流到自然水體中的可浮油，形成油膜后會(huì)阻礙大氣復(fù)氧，斷絕水體氧的來(lái)源；而水中的如花油和溶解油，由于需氧微生物的作用，在分解過(guò)程中消耗水中溶解氧，是水體形成缺氧狀態(tài)，以致魚(yú)類(lèi)和水生物難以生存。所以必須對(duì)船舶含油廢水加以處理，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后才能排放。

1.1 船舶含油廢水的來(lái)源及水質(zhì)特征

船舶含油廢水包括油船的壓載水、洗艙水和艙底水。

廢水中不同形態(tài)的油有著不同的理化性質(zhì)，在很大程度上決定了相應(yīng)處理的選擇。通常油類(lèi)在水中主要以五種狀態(tài)分布[1]。

   （1）浮油: 這種油在水中分散顆粒較大，油粒徑一般大于100 um，靜置后能較快上浮，以連續(xù)相的油膜漂浮在水面。

（2）分散油: 油在水中的分散粒徑為10～100 um，以微小油珠懸浮于水中，不穩(wěn)定，靜止一定時(shí)間后往往形成浮油。

   （3）乳化油: 油珠粒徑小于10 um，一般為0.1～2 um。往往因水中含有表面活性劑使油珠形成穩(wěn)定的乳化液。乳化油的穩(wěn)定性取決于廢水的性質(zhì)及油滴在水中分散度，分散度愈大愈穩(wěn)定。

   （4）溶解油: 油以分子狀態(tài)或化學(xué)方式分散于水體中，形成穩(wěn)定的均相體系，粒徑一般小于幾微米。

（5）固體附著油: 吸附于廢水中固體顆粒表面的油。

混入廢水中的油類(lèi)多數(shù)以幾種狀態(tài)并存，極少以單一的狀態(tài)存在。一般需采用多級(jí)處理方法，經(jīng)分別處理后才能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 船舶含油廢水的處理技術(shù)介紹

  含油廢水處理的難易程度隨其來(lái)源及油污的狀態(tài)和組成方法按原理可分為物理法(沉降、機(jī)械、離心、粗?；?、過(guò)濾、膜分離等); 物理化學(xué)法(浮選、吸附、離子交換、電解等); 化學(xué)法(凝聚、酸化、鹽析等); 生物化學(xué)法(活性污泥、生 物濾池、氧化塘等)[2]。下面介紹幾種國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的處理方法[3-6]。

 （1）重力分離法: 利用油水兩相的密度差及油和水的不互溶性進(jìn)行分離。沉降分離在隔油池中進(jìn)行，常見(jiàn)的有平流式(API)、平行板式(PPI)、波紋板式(CPI)等型式。平流式隔油池的設(shè)計(jì)主要基于斯托克斯公式，由公式可求得一定表面積的隔油池所能除去的最小油珠粒徑。隔油池水流狀態(tài)對(duì)除油能力和效果也有很大影響，最好的水流狀態(tài)是層流狀態(tài)，它有利于油珠的上升和固相的沉降。根據(jù)以上理論，進(jìn)而設(shè)計(jì)出了PPI式、CPI式、IPI式(斜板式)等更為高效隔油池。這幾種型式的隔油池與API式相比較，占地面積省，去油能力、排油能力及安全程度等方面明顯提高，因此已被廣泛應(yīng)用。該類(lèi)方法設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作，除油效果穩(wěn)定，但對(duì)溶解性油類(lèi)或乳化油是不適用的。

 （2）聚結(jié)法(粗?；?: 利用油水兩相對(duì)聚結(jié)材料親和力的不同來(lái)進(jìn)行分離，主要用于分散油的處理。此法的技術(shù)關(guān)鍵是粗粒化材料的選擇，許多研究者認(rèn)為材質(zhì)表面的親油疏水性是主要的，而且親油性材料與油的接觸角小于70°為好。常用的親油性材料有蠟狀球、聚烯系或聚苯乙烯系球體或發(fā)泡體、聚氨酷發(fā)泡體等。粗粒化法可以把5 ~10 um粒徑以上的油珠完全分離，無(wú)需4.8 油水分離技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域

（1） 船廠(chǎng)廢柴油過(guò)濾、破乳、油水分離，含水量5～8 ppm/kg；

（2） 變壓器油過(guò)濾、破乳、油水分離，含水量2～5 ppm/kg；

（3） 發(fā)電廠(chǎng)透平油過(guò)濾、油水分離、脫色、破乳、精濾，含水量2～5 ppm/kg；

（4） 海上原油泄漏事故處理，收集、過(guò)濾、油水分離；

（5） 油田落地油過(guò)濾、清洗、油水分離；

（6） 海上鉆井平臺(tái)浮油收集、油水分離、加溫分離，含水量＜100ppm/kg；

（7） 鋼鐵廠(chǎng)平流油沉淀池浮油收集、過(guò)濾、油水分離；

（8） 煉油廠(chǎng)大量含油廢水收集、過(guò)濾、油水分離。

5  結(jié)束語(yǔ)

本文是以重力法直接控制分界面控制方案的論證、檢驗(yàn)、改進(jìn)為目的而展開(kāi)的研究。概括而言，具有以下的特點(diǎn)：

正確性

本文采用重力法對(duì)油水分離界面控制系統(tǒng)作了細(xì)致的分析，并有附設(shè)除水器的控制方案、直接控制分界面的控制方案。經(jīng)過(guò)分析證明直接控制分界面的控制方案效果更好。

優(yōu)越性

直接控制分界面的控制方案操作簡(jiǎn)單、成本低、防爆性能好。

通用性

本位所實(shí)用的不僅僅是油水分離界面控制，只要是兩種密度不同的液體都可用。

致謝

本文主要闡述了油水分離裝置設(shè)計(jì)。通過(guò)這次設(shè)計(jì)使我對(duì)齒輪加工過(guò)程產(chǎn)生了濃厚的興趣，同時(shí)，受我主修專(zhuān)業(yè)的影響，我已經(jīng)習(xí)慣于設(shè)計(jì)帶來(lái)的一系列機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

本篇論文雖然凝聚著自己的汗水，但卻不是個(gè)人智慧的產(chǎn)品，沒(méi)有導(dǎo)師的指引和贈(zèng)予，沒(méi)有父母和朋友的幫助和支持，我在大學(xué)的學(xué)術(shù)成長(zhǎng)肯定會(huì)大打折扣。當(dāng)我打完畢業(yè)論文的最后一個(gè)字符，涌上心頭的不是長(zhǎng)途跋涉后抵達(dá)終點(diǎn)的欣喜，而是源自心底的誠(chéng)摯謝意。我首先要感謝我的指導(dǎo)老師張文生老師，對(duì)我的構(gòu)思以及論文的內(nèi)容不厭其煩的進(jìn)行多次指導(dǎo)和悉心指點(diǎn)，使我在完成論文的同時(shí)也深受啟發(fā)和教育。

再次由衷感謝答辯組的各位老師對(duì)學(xué)生的指導(dǎo)和教誨，我也在努力的積蓄著力量，盡自己的微薄之力回報(bào)母校的培育之情，爭(zhēng)取使自己的人生對(duì)社會(huì)產(chǎn)生些許積極的價(jià)值！

參考文獻(xiàn)

1 孫洪程，翁唯勤?過(guò)程控制工程設(shè)計(jì)?北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2001

2  蕭德云,呂伯明?過(guò)程控制系統(tǒng)?北京：清華大學(xué)出版社,2004 

3  陳伯時(shí)?自動(dòng)控制系統(tǒng)?北京：中央廣播電視大學(xué)出版社, 1981

4  何離慶?過(guò)程控制系統(tǒng)與原理?重慶：重慶大學(xué)出版社,2003

5  王永初,任秀珍?工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)范例?北京：科學(xué)出版社, 1986 

6  侯志林?過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表?西安：機(jī)械工業(yè)出版社,2003

7  南國(guó)英,張志剛?給水排水工程專(zhuān)業(yè)工藝設(shè)計(jì)?北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2004

8  孫自強(qiáng)?生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化及儀表?上海：華東理工大學(xué)出版社,1999

9  李亞峰?尹士君?給水排水工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)指南?北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2003

畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū) 畢表 1 姓 名 許曉兵 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 班 級(jí) 題 目 船用油污水分離裝置的設(shè)計(jì) 題 目 來(lái) 源 虛擬 指 導(dǎo) 老 師 郝鴻雁 職 稱(chēng) 講師 任 務(wù) 下 達(dá) 日 期 2010 年 12 月 日 論文（設(shè)計(jì)）其止日期： 2010 年 月 號(hào) 至 2011 年 月 日 學(xué)生（簽名）： 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）計(jì)劃任務(wù)（目的、任務(wù)、計(jì)劃進(jìn)度、措施、預(yù)期結(jié)果）： 目的： 計(jì)方法和步驟。 任務(wù)： 1. 了解國(guó)內(nèi)外油水分離器的設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)； 2. 油水分離系統(tǒng)的原理研究； 3. 油水分離系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)與確定； 4. 油水分離系統(tǒng)的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 5. 翻譯英文資料 計(jì)劃進(jìn)度： 1 查閱資料，熟悉課題相關(guān)內(nèi)容，確定技術(shù)方案； 1— 3 周 2 油水分離系統(tǒng)的系統(tǒng)原理研究 ； 4— 5 周 3 油水分離系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)與確定 ； 6— 8 周 4 油水分離系統(tǒng)的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ； 9— 12 周 5 資料的整理，并撰寫(xiě)論文。 13— 14 周 措施： 定期檢查指導(dǎo)，嚴(yán)格執(zhí)行計(jì)劃進(jìn)度。 預(yù)期結(jié)果： 論文、圖紙等。 參考資料 ： 自己填（根據(jù)所參考的資料） 不少于 15 篇論文或書(shū)籍 教研室意見(jiàn)： 指導(dǎo)小組組長(zhǎng) 或教研室負(fù)責(zé)人（簽名）： 年 月 日 船用油污水分離裝置的設(shè)計(jì) 目 錄 第一章 緒論 ...................................................... 舶含油廢水的來(lái)源及水質(zhì)特征 ................................. 舶含油廢水的處理技術(shù)介紹 .................................. 2 章 總體方案設(shè)計(jì) ............................................... V 本結(jié)構(gòu) ...................................................... V 工作原理 .................................................... 要參 數(shù)校核 ............................................... 反向沖洗裝置 ................................................ 介 .......................................................... 象的組成及特性 ........................................... 設(shè)除水器的控制方 案 ......................................... 接控制分界面的控制方案 .................................. 位界面變送器的零點(diǎn)遷移 ..................................... 少變送器的量程 ............................................. 水分離界面控制系統(tǒng) ......................................... 控參數(shù)的選擇 ............................................. 制參數(shù)的選擇 ............................................. 程動(dòng)態(tài)特性 ............................................. 佳控制方案的確定 ........................................ 差分析 ................................................... 四章 節(jié)閥的選擇 ............................................. 調(diào)節(jié)閥的流量特性 .......................................... 調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇 ...................................... 調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)選擇 ........................................... 調(diào)節(jié)閥氣開(kāi)氣關(guān)形式的選擇 ................................... 器、儀表的接地 ............................................ 地的作用 .................................................. 水分離界面控制系統(tǒng)部分儀器的接地方法 ..................... 水分離技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域 .................................. 結(jié)束語(yǔ) ..................................................... 謝 .......................................................... 考文獻(xiàn) ....................................................... 摘要 ： 本文針對(duì)含油廢水中浮油，分散油和乳化油的處理，將重力法與聚結(jié)技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)制作了波紋板聚結(jié)油水分離器，并對(duì)其內(nèi)部構(gòu)件比如入口構(gòu)件、聚結(jié)構(gòu)件、集油構(gòu)件及出口構(gòu)件進(jìn)行了創(chuàng)造性的優(yōu)化設(shè)計(jì)，改善了水力條件，強(qiáng)化了重 力油水分離過(guò)程。其中聚結(jié)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)和聚結(jié)材料的表面特性是提高油水分離效果的關(guān)鍵，直接影響到設(shè)備的除油效率。 在聚結(jié)構(gòu)件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上采用橫向流進(jìn)水，利用波紋板提供的曲折通道和非常大的聚結(jié)表面產(chǎn)生近似于正弦波的水流，使分散油珠產(chǎn)生最大程度的聚結(jié)。以斯托克斯公式和淺層沉淀理論為依據(jù)，進(jìn)行板長(zhǎng)板寬及板間距的選擇，并以雷諾數(shù)驗(yàn)證水流的層流狀態(tài)；在聚結(jié)材料的選擇上，通過(guò)測(cè)量油在備選材料上的接觸角，并考察其有效、經(jīng)濟(jì)、耐久性，最終確定經(jīng)改性劑 A 進(jìn)行表面改性后的鍍鋅板作為該油水分離器的聚結(jié)板材。所設(shè)計(jì)的裝置可去除 20上的油珠，出水含油量小于 10，基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 關(guān)鍵詞： 油水分離，重力，聚結(jié)，粗?；y板 第一章 緒論 船舶行駛時(shí)會(huì)排放大量的油而污染水域，含油污水對(duì)環(huán)境的污染主要表現(xiàn)在對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和自然環(huán)境的嚴(yán)重影響。流到自然水體中的可浮油，形成油膜后會(huì)阻礙大氣復(fù)氧，斷絕水體氧的來(lái)源；而水中的如花油和溶解油，由于需氧微生物的作用，在分解過(guò)程中消耗水中溶解氧，是水體形成缺氧狀態(tài)，以致魚(yú)類(lèi)和水生物難以生存。所以必須對(duì)船舶含油廢水加以處理，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后才能排放。 舶含油廢水的來(lái)源及 水質(zhì)特征 船舶含油廢水包括油船的壓載水、洗艙水和艙底水。 廢水中不同形態(tài)的油有著不同的理化性質(zhì)，在很大程度上決定了相應(yīng)處理的選擇。通常油類(lèi)在水中主要以五種狀態(tài)分布 [1]。 （ 1）浮油 : 這種油在水中分散顆粒較大，油粒徑一般大于 100 置后能較快上浮，以連續(xù)相的油膜漂浮在水面。 （ 2）分散油 : 油在水中的分散粒徑為 10～ 100 微小油珠懸浮于水中，不穩(wěn)定，靜止一定時(shí)間后往往形成浮油。 （ 3）乳化油 : 油珠粒徑小于 10 般為 2 往因水中含有表面活性劑使油珠形成 穩(wěn)定的乳化液。乳化油的穩(wěn)定性取決于廢水的性質(zhì)及油滴在水中分散度，分散度愈大愈穩(wěn)定。 （ 4）溶解油 : 油以分子狀態(tài)或化學(xué)方式分散于水體中，形成穩(wěn)定的均相體系，粒徑一般小于幾微米。 （ 5）固體附著油 : 吸附于廢水中固體顆粒表面的油。 混入廢水中的油類(lèi)多數(shù)以幾種狀態(tài)并存，極少以單一的狀態(tài)存在。一般需采用多級(jí)處理方法，經(jīng)分別處理后才能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。 舶含油廢水的處理技術(shù)介紹 含油廢水處理的難易程度隨其來(lái)源及油污的狀態(tài)和組成方法按原理可分為物理法 (沉降、機(jī)械、離心、粗?；⑦^(guò)濾、膜分離等 ); 物理 化學(xué)法 (浮選、吸附、離子交換、電解等 ); 化學(xué)法 (凝聚、酸化、鹽析等 ); 生物化學(xué)法 (活性污泥、生 物濾池、氧化塘等 )[2]。下面介紹幾種國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的處理方法 [3 （ 1）重力分離法 : 利用油水兩相的密度差及油和水的不互溶性進(jìn)行分離。沉降分離在隔油池中進(jìn)行，常見(jiàn)的有平流式 (平行板式 (波紋板式(型式。平流式隔油池的設(shè)計(jì)主要基于斯托克斯公式，由公式可求得一定表面積的隔油池所能除去的最小油珠粒徑。隔油池水流狀態(tài)對(duì)除油能力和效果也有很大影響，最好的水流狀態(tài)是層流狀態(tài)，它有利于油 珠的上升和固相的沉降。根據(jù)以上理論，進(jìn)而設(shè)計(jì)出了 、 、 (斜板式 )等更為高效隔油池。這幾種型式的隔油池與 相比較，占地面積省，去油能力、排油能力及安全程度等方面明顯提高，因此已被廣泛應(yīng)用。該類(lèi)方法設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作，除油效果穩(wěn)定，但對(duì)溶解性油類(lèi)或乳化油是不適用的。 （ 2）聚結(jié)法 (粗?；?): 利用油水兩相對(duì)聚結(jié)材料親和力的不同來(lái)進(jìn)行分離，主要用于分散油的處理。此法的技術(shù)關(guān)鍵是粗?；牧系倪x擇，許多研究者認(rèn)為材質(zhì)表面的親油疏水性是主要的，而且親油性材料與油的接觸角小于70° 為好。 常用的親油性材料有蠟狀球、聚烯系或聚苯乙烯系球體或發(fā)泡體、聚氨酷發(fā)泡體等。粗?；梢园?5 ~10 徑以上的油珠完全分離，無(wú)需 外加化學(xué)試劑，無(wú)二次污染，設(shè)備占地面積小，基建費(fèi)用較低。但對(duì)懸浮物濃度高的含油廢水，聚結(jié)材料易堵塞。 （ 3）凝聚法 : 也就是用絮凝劑除油的方法。常用的無(wú)機(jī)絮凝劑是鋁鹽和鐵鹽，特別是近年來(lái)出現(xiàn)的無(wú)機(jī)高分子凝聚劑，如聚硫酸鐵、 聚氯化鋁等，具有用量少、效率高的特點(diǎn)，而且使用時(shí)最優(yōu) 較寬。雖然無(wú)機(jī)絮凝劑法的處理速度快，但藥劑較貴，污泥生成量多。有機(jī)高分子凝聚劑的研究發(fā)展很快，但目 前有機(jī)高分子絮凝劑在含油廢水處理方面的應(yīng)用仍然主要是用作其它方法的輔助劑。 （ 4）氣浮法 : 通常采用的主要是加壓溶氣浮選法去除乳化油。因?yàn)榭諝馕⑴萦煞菢O性分子組成，能與疏水性的油結(jié)合在一起，帶著油滴一起上升，上浮速度可提高近千倍，所以油水分離效率很高。常在含油廢水中加入絮凝劑，還會(huì)進(jìn)一步提高油水的分離效果。目前該法已被廣泛應(yīng)用于油田廢水、石油化工廢水、食品油生產(chǎn)廢水等的處理，但動(dòng)力消耗較大，構(gòu)造復(fù)雜，維修保養(yǎng)困難。 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) 船舶行駛時(shí)會(huì)排放大量的油污水 ,從而影響海 洋生物的生長(zhǎng) ,對(duì)海洋資源造成嚴(yán)重的破壞 ,還可能影響局部地區(qū)的水文氣象條件 ,降低海洋的自?xún)裟芰?。因此必須采取措? ,將油污水處理成符合排放標(biāo)準(zhǔn)的凈水后再排入水域 ,從而保護(hù)水域環(huán)境。目前國(guó)際上通常利用油水分離器作為油污水的處理裝置 ,我國(guó)已有適合于大中型船舶的油水分離器系列產(chǎn)品 ,但適合小型船舶的油水分離器不僅少 ,而且價(jià)格貴 ,很難推廣。過(guò)去我們研制的 0. 1/ . 05 小型船用油水分離器已成為我國(guó)的定型船用產(chǎn)品 ,適用于總噸 500 以下的船舶。但沿海一帶大量的船舶總噸屬于 500～ 1000。據(jù)資料介紹 ,僅廣東省就有總噸 1 000 以下的船舶 10 多萬(wàn)條 ,而適合這類(lèi)船舶的油水分離器產(chǎn)品少 ,且體積大 ,壽命短 ,售價(jià)高 ,難以推廣。為此 ,我們研制了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且價(jià)格低廉的 0. 2 型船用油水分離器。通過(guò)對(duì)樣機(jī)的型式試驗(yàn) ,結(jié)果表明該油水分離器分離效果良好 ,完全滿(mǎn)足國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。 本結(jié)構(gòu) 本裝置由粗分離部分和細(xì)分離部分組成 ,見(jiàn)圖 1。粗分離部分主要采用機(jī)械重力分離法 ,其主要部件為傘盤(pán)組。細(xì)分離部分主要采用過(guò)濾法和聚結(jié)法分離 ,主要部件為粗粒器和金屬 絲網(wǎng)。粗粒化元件用微孔結(jié)構(gòu)的合成材料制成 ,但其孔隙和密度不相同 ,第二級(jí)比第一級(jí)的孔隙減小 ,密度增大 ,使分離效果逐級(jí)提高。對(duì)含雜質(zhì)較多的污水 ,使用粗粒器 (過(guò)濾網(wǎng) )以延長(zhǎng)粗?；氖褂脡勖?。 工作原理 圖 2：改進(jìn)后的實(shí)體圖 來(lái)自專(zhuān)用配套泵的艙底油污水 ,經(jīng)吸入濾口切向進(jìn)入分離器中部后旋轉(zhuǎn)上升 ,由于流速低 ,流程長(zhǎng) ,有助于大油滴上浮。油污水再由上部轉(zhuǎn)向向下流經(jīng)傘盤(pán)組 ,由于傘盤(pán)組能夠增大接觸面積 ,增大濕周 ,縮短油滴上浮的距離 ,增加油滴的碰撞機(jī)率 ,使之使成大油滴 ,因而提高了分離效果。聚合形成的較大油滴 ,上浮至粗分離器頂。含有微細(xì)分散油滴和乳化油滴的油污水 ,經(jīng)濾網(wǎng)和聚丙烯吸油材料組合的過(guò)濾、聚結(jié)元件。含有更小顆粒油滴的油污水通過(guò)細(xì)濾器濾除水中的機(jī)械雜質(zhì)及部分石蠟?zāi)z狀體后 ,再進(jìn)入粗粒器。粗粒器使用親油性高分子材料制作 ,用以截留吸附微小油滴。從其表面分離出來(lái)的新油滴直徑比入口的油滴直徑有顯著的增大 ,產(chǎn)生粗?；Ч?。大油滴上浮至粗粒器上部 ,符合排放標(biāo)準(zhǔn)的水則經(jīng)分離器底部通過(guò)超過(guò)頂部的出水 管排出。當(dāng)分離出的污油在分離器頂部聚集 ,達(dá)到油位檢測(cè)報(bào)警位置后 ,蜂鳴器報(bào)警 ,進(jìn)行人工排油。粗粒 器上部污油很少 ,可定期人工排油。 要參數(shù)校核 根據(jù)選定的傘盤(pán)組結(jié)構(gòu)參數(shù) ,校核可分離的最小油滴直徑。因?yàn)槔字Z數(shù) 再求傘盤(pán)間油滴上浮速度。參見(jiàn)圖 2 ,傘盤(pán)間距 b = 0. 3傘盤(pán)母線(xiàn)長(zhǎng) l = 12軸截錐面底角α = 40° ,根據(jù)相似關(guān)系得傘盤(pán)間油滴上浮速度 比較油滴上浮速度 知 ,后者略大一些。因?yàn)橛臀鬯M(jìn)入傘盤(pán)組后 ,水流速度方向與油滴上浮速度方向 接近 ,相對(duì)速度降低 ,因而提高了分離能力。計(jì)算可分離的最小油滴直徑 d 與已知可分離的最小油滴直徑 d′ 基本相同 ,說(shuō)明所選的傘盤(pán)組結(jié)構(gòu)參數(shù)較理想。 反向沖洗裝置 由于隨著分離器的使用 ,分離器內(nèi)部的分離元件特別是過(guò)濾材料將變臟 ,流體流動(dòng)時(shí)壓力損失增大 ,從而嚴(yán)重影響分離效果。因此 ,為了使油水分離器內(nèi)部分離元件保持干凈 ,以保證其分離效果 ,本方案設(shè)有反向沖洗裝置 。操作步驟如下。旋轉(zhuǎn)三通旋塞 2 ,使反向沖洗海水與泵口接通 ,旋轉(zhuǎn)三通旋塞 1 ,使泵出口與分離器排水口接通 ,關(guān)閉分離器 排水閥 3 ,開(kāi)啟反沖洗出水閥 4 ,啟動(dòng)專(zhuān)用配套泵 ,即實(shí)現(xiàn)反向沖洗 。 第三章 油水分離部分設(shè)計(jì) 介 世界人口的迅猛增長(zhǎng)和工業(yè)的高速發(fā)展，導(dǎo)致水資源短缺日益加劇。 20 世紀(jì)世界人口增加了近 3 倍，淡水消耗量增加了約 6 倍，其中工業(yè)用水增加了 26 倍。而世界淡水資源總量基本不變，使 20 世紀(jì)末的人均占有水量?jī)H是實(shí)際初的 1/18。。據(jù)報(bào)道，目前世界上約有 1/3 的人口面臨供水緊張的威脅；另一方面水污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重，全世界每年排 放工業(yè)廢水約 4260 億 m3,造成可供人類(lèi)使用的淡水資源總量的 1/3 受到污染，使本來(lái)就很緊張的淡水資源更是雪上加霜。據(jù)有關(guān)資料顯示， 1995年全世界有 20％ 的人口缺乏安全用水。另?yè)?jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)，每年至少有 1500 萬(wàn)人死于水污染引起的疾病。 我國(guó)水資源不豐富，是世界 13 個(gè)貧水國(guó)之一。年均降水量只有630于全球陸地面積年均降水量（ 880億 m3,居世界第六位，但按 1998 年 人口計(jì)算，人均占有水量?jī)H為 2251m3，是世界人均水平的四分之一，居世界 149 個(gè)國(guó)家的 第110 位。按國(guó)際上的通行標(biāo)準(zhǔn)，人均占有水資源 2000m3為嚴(yán)重缺水，人均占有水資源 1000m3為最低標(biāo)準(zhǔn)，由此可見(jiàn)我國(guó)屬于水資源短缺的國(guó)家。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)城市每年缺水 60 億 m3，在全國(guó) 666 座建制市中，有近 400 座城市缺水，日缺水量達(dá) 1000 萬(wàn) m3以上。缺水導(dǎo)致水費(fèi)上漲，如威海市城市居民現(xiàn)按每人每月 2m3水配額供應(yīng)，超過(guò)配額部分按 40 元 /m3收費(fèi)。據(jù)美國(guó)經(jīng)濟(jì)學(xué)家斯特 2布朗預(yù)測(cè)， 2020 年我國(guó)將缺水 300 多億 m3。到 2030 年中國(guó)工業(yè)用水將從每年 520 億 m3增加到 2690 億 m3，屆時(shí)水資源的短缺將更加嚴(yán)重。 一方面水資源嚴(yán)重短缺，另一方面水資源污染日益嚴(yán)重。 1995 年全國(guó)廢水排放量達(dá) m3，占世界污水排放總量的 造成全國(guó)700 余條大中河流中的近 1/2 遭受污染，其中 70 余條河流因嚴(yán)重污染而失去使用價(jià)值?！吨袊?guó)環(huán)境狀況公報(bào)》報(bào)道，目前 78﹪的城市河段不適宜作飲用水源， 50﹪的城市地下水已受到污染?？梢哉f(shuō)污染到了觸目驚心，非治理不可的程度。 在城市用水中，工業(yè)用水占 80﹪。而工業(yè)用水浪費(fèi)問(wèn)題嚴(yán)重，表現(xiàn)之一是輸水方式落后，水損失率高。據(jù) 1996 年供水年鑒統(tǒng)計(jì)，工業(yè)輸水過(guò)程中水損失率高達(dá) 20﹪ ， 1997 年工業(yè)用水在輸送途中損失了 2000 多萬(wàn) m3，而日本在 1992 年的輸水損失率僅為 10﹪；再就業(yè)工業(yè)耗水量大，國(guó)內(nèi)加工噸油的水消耗量是國(guó)外的近 5 倍，鋼鐵是國(guó)外 4~5 倍，啤酒是國(guó)外的 2~6 倍，發(fā)電是國(guó)外的 2 倍，造紙是國(guó)外地 2~；另外工業(yè)水的重復(fù)利用率低，一般只有 30﹪，德國(guó)高達(dá) 64﹪，日本為 60﹪。上面三個(gè)環(huán)節(jié)造成工業(yè)水的浪費(fèi)極大。 對(duì)于工業(yè)用水，節(jié)水的余地很大，如果將石化企業(yè)煉油裝置的噸油水耗從目前的 低到鎮(zhèn)海煉油化工股份公司的 平，噸油排污水量由目前的 低到鎮(zhèn)海良友 化工股份公司的 石化系統(tǒng)煉油行業(yè)每年可以節(jié)約 m3新鮮水，同時(shí)減少相應(yīng)數(shù)量的污水排放，所節(jié)約的新鮮水可以滿(mǎn)足 t 新增加工原油用水，同時(shí)可為企業(yè)節(jié)約水費(fèi)，污水處理費(fèi)和排污費(fèi)約 8 億元。 要緩解油資源短缺，必須從兩方面入手。一是節(jié)約燃料，特別是提高油的開(kāi)采率；二是提高燃料的利用率，把原油進(jìn)行加工，使其純度更高。 面對(duì)如此嚴(yán)峻的油資源狀況，加大對(duì)原油的除水處理就顯得特別重要了，就需要我們?cè)O(shè)計(jì)出一種經(jīng)濟(jì)適用的除水控制方案來(lái)緩解以上系列問(wèn)題。我們將詳細(xì)設(shè)計(jì)除水自動(dòng)控制系統(tǒng)方案。 要解決時(shí)間 緊、任務(wù)重與資金嚴(yán)重不足的矛盾，必須充分重視，并發(fā)揮科學(xué)技術(shù)在環(huán)保工作中的作用。原油的除水處理工藝方案設(shè)計(jì)是除水處理的首要環(huán)節(jié)，一個(gè)科學(xué)合理的方案可以在達(dá)到治理目標(biāo)的同時(shí)節(jié)省投資、降低成本、簡(jiǎn)化管理。 本控制系統(tǒng)的被控對(duì)象是原油在分離罐中的油水分離的界面自動(dòng)控制。在整個(gè)控制系統(tǒng)中，原油中油和水的輸入總量是基本上是固定不變的它不會(huì)隨時(shí)間的變化而變化，這屬于穩(wěn)態(tài)。而在系統(tǒng)中，要維持廢水界面控制，將系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)值設(shè)定在適合值，如果穩(wěn)態(tài)值有變化，則要系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際情況來(lái)調(diào)節(jié)。 在石油化工工業(yè)中，常常要從許多組成沸點(diǎn) 相近的混合物中分離出輕組分，一種有效的辦法是往混合物中加入一定比例的水作萃取塔蒸餾，再把從塔頂餾出的蒸汽冷凝，然后進(jìn)入油水分離罐，分別取出輕組分的物質(zhì)與水，就可以獲得生產(chǎn)過(guò)程所所需要的輕原料，例如：腈綸生產(chǎn)的原料丙烯腈就是利用這種方法從混合物中分離出來(lái)的。可見(jiàn)油水分離器在生產(chǎn)過(guò)程中是一種常見(jiàn)的設(shè)備。 象的組成及特性 在油水分離系統(tǒng)中，首先應(yīng)明確整個(gè)控制系統(tǒng)的組成。對(duì)于任一油水分離系統(tǒng)來(lái)講，我們需要控制的是待處理的油水混合液，而要達(dá)到控制油水分離的目最重要的是要做好油水分界面液位的控制。油水分離控制 系統(tǒng)主要組成部分包括：比例調(diào)節(jié)器、差壓變送器與調(diào)節(jié)閥門(mén)等 及零件如下： 研究被控對(duì)象動(dòng)靜特性的目的是據(jù)以配置合適的控制系統(tǒng)，以滿(mǎn)足生產(chǎn)過(guò)程的要求。系統(tǒng)在運(yùn)行中有兩種狀態(tài)。一種是穩(wěn)態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)沒(méi)有受到任何外來(lái)的干擾，同時(shí)設(shè)定值保持不變，因而被調(diào)量也不會(huì)隨時(shí)間變化，整個(gè)系統(tǒng)處于穩(wěn)定平衡的共況。另一種是動(dòng)態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)受到外來(lái)干擾的影響或者在改變了設(shè)定值后，原來(lái)的穩(wěn)態(tài)遭到破壞，系統(tǒng)中各組成部分的輸入輸出量都相繼發(fā)生變化，尤其是被調(diào)量也將偏離原穩(wěn)態(tài)值而隨時(shí)間變化，這時(shí)就稱(chēng)系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)。經(jīng)過(guò)一段調(diào)整時(shí)間后， 如果系統(tǒng)是穩(wěn)定的，被調(diào)量將會(huì)重新達(dá)到新設(shè)定值或其附近，系統(tǒng)又恢復(fù)穩(wěn)定平衡狀況。由于被控對(duì)象總是不時(shí)受到各種外來(lái)干擾的影響，設(shè)置控制系統(tǒng)的目的正是為了對(duì)付這種情況，因此系統(tǒng)經(jīng)常處于動(dòng)態(tài)過(guò)程。顯然，要評(píng)價(jià)一個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)的工作質(zhì)量，只看穩(wěn)態(tài)是不夠的，還應(yīng)該考核它在動(dòng)態(tài)過(guò)程中被調(diào)量隨時(shí)間變化的情況。 設(shè)除水器的控制方案 油水分離有兩種典型的控制方案，如圖 1 與圖 2 所示。圖 1 利用溢流方式分離油，利用除水器分離水是根據(jù)除水器抽水管的高度，可以推算出油水分離的液體界面的高度，由 油水混合液 回流 水 油 圖 1 附設(shè)除水器控制方案 圖 1 可以看出，當(dāng)分離罐的液位處于穩(wěn)態(tài)的情況下，存在如下關(guān)系：21121 )( ???? (1) 2H P P 1H 2H 式中 h 為分離層的高度； 1r 為水的重度； 2r 為油的重度； 1h 為溢流檔板高度； 2h 為抽水管出口高度； h? 為抽水 管的阻力損失，因?yàn)?1h ， 2h ，1r ， 2r 為常數(shù)， h? 在抽水管較短的場(chǎng)合下是一個(gè)很小的數(shù)，因此可以忽略不記，于是由式 1 求得分離層高度的計(jì)算式 211221 rr ?? （ 2） 油水混合液 回流 水 油 圖 2 直接控制分界面控制方案 顯然，在油水分離器暫態(tài)過(guò)程以后，其油水分離界面恒定的，因此圖 1 不是 要求 專(zhuān)門(mén)的界面控制系統(tǒng)，僅安裝除水器的水位控制系統(tǒng)與油水分離器的溢流槽液位控制系統(tǒng)，這兩個(gè)系統(tǒng)均由比例調(diào)節(jié)器 、差壓變送器與閥門(mén)組成。 油 水 2H P H P D/Q D/Q 接控制分界面的控制方案 圖 2 溢流槽液位控制系統(tǒng)與圖 1 相同，不同的是分離器沒(méi)有除水器，油水界面采用浮筒式液位變送器進(jìn)行檢測(cè)。圖 3示某油水分離器所采用的浮筒式液位計(jì)與油水分離罐的聯(lián)系方式。油水分界面控制系統(tǒng)采用電動(dòng)浮筒式液位變送器，這種變送器的最大量程 L=500 毫米水柱，最大浮力 F=斤，最大浮力所對(duì)應(yīng)的儀表信號(hào)為 10 毫安，且知21 =重 / 3厘米 ， 1r =1 克重 / 3厘米 。 浮筒液位劑 油水分離器 2v L 1v 3 浮筒液位計(jì)與油水分離器的聯(lián)系方式 為了利用這種變送器進(jìn)行分界面的 測(cè)量，浮筒的截面積需要按儀表規(guī)定的技術(shù)條件與工藝參數(shù)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。由上述規(guī)定的儀表技術(shù)條件知道，當(dāng)浮筒全部為重液所 沒(méi)時(shí)，其浮力為最大，此時(shí)的浮力為 0F=斤，對(duì)應(yīng)的儀表為 10 毫安，當(dāng)浮筒全部為輕液所侵沒(méi)時(shí)，其浮力最小。根據(jù)最大浮力的條件，可以確定浮筒的截面積 A 221 .0 ???（ 3） A 確定以后，可以求出浮筒全部為輕液所 沒(méi)時(shí)的浮力 2 （ 4） 根據(jù)以知條件： L=50 厘米， 2r =重 / 3厘米 ，得到 公斤公斤 5 2 ????? ? （ 5） 可見(jiàn)，分界面從 0 變化到 L，其浮力只變化 斤，就是說(shuō)，利用浮筒液位變送器作分界 面測(cè)量?jī)x表時(shí)，其靜態(tài)增益大 大 降低，而且儀表的靜態(tài)工作點(diǎn)偏高，譬如 h=L，浮筒全 部為油，儀表的零位信號(hào)就有 ??了克服上述出現(xiàn)的兩個(gè)問(wèn)題，系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須進(jìn)行如下兩項(xiàng)工作： 位界面變送器的零點(diǎn)遷移 零點(diǎn)遷移的依據(jù)是當(dāng)液位界面處于變化范圍（ 0～ L）的中間值（ L/2）時(shí)，變送器的輸出信號(hào)亦為儀表工作信號(hào)（ 0～ 10 毫安）的中間值（ 5 毫安）。遷移前，分界面處 L/2 處時(shí)的浮力為 ? （ 6） 與 F 對(duì)應(yīng)的 變送器輸出電流為 毫安毫安 ? （ 7） 因此將變送器的零點(diǎn)往負(fù)的方向遷移 安，此時(shí)，變送器的輸出信號(hào)為 ??? I（ 8） 調(diào)節(jié)器的給定值設(shè)置在 50%，既 毫安給 5?少變送器的量程 將變送器的測(cè)量減少 ，以維持界面變送器的靜態(tài)增益同測(cè)量液位的靜態(tài)增益一樣。如果變送器的靜態(tài)增益因結(jié)構(gòu)關(guān) 系難以改變，則在組成控制系統(tǒng)時(shí)應(yīng)減少比例調(diào)節(jié)器的比例帶。例如一般液位調(diào)節(jié)器的比例帶為 50%，則對(duì)于同一差壓變送器（如不改變量程）應(yīng)用于控制分界面時(shí)，調(diào)節(jié)器的比例帶應(yīng)設(shè)置為 6%。 水分離界面控制系統(tǒng) 為了油水分離系統(tǒng)的正常進(jìn)行，對(duì)于油水分離控制系統(tǒng)的生產(chǎn)、生活工藝要求罐內(nèi)的油水界面一般需維持在某一小范圍內(nèi)變化，并要保證分離罐內(nèi)的水不產(chǎn)生溢出和低于排水的最底要求，確保油水分離過(guò)程的安全。本文就設(shè)計(jì)出油水分離界面控制系統(tǒng)，用分離罐的油水分界面來(lái)控制油水分離界面控制系統(tǒng)。 油水界面控制的基本目 的是使油水分界面盡可能靠近其設(shè)定值，這個(gè)設(shè)定值可能代表一個(gè)最佳操作點(diǎn)。 圖 4 油水分離界面控制系統(tǒng)組成 - + 圖 5 油水分離界面控制系統(tǒng) 油、水流量控制方框圖 油水分離界面控制系統(tǒng)如圖 5 所示，其控制目的是保持油水分離過(guò)程正常進(jìn)行。在該系統(tǒng)中并不是嚴(yán)格要求把油水分界面保持在某一設(shè)定值上，而是根據(jù)其油水分界面指示值，通過(guò)差壓變送器把非電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?電信號(hào)，控制器根據(jù)這信號(hào)來(lái)控制閥門(mén)的運(yùn)行工況。 12控制器 油水分離罐 流量變送器 其具體運(yùn)行情況是：油水混合液里油水比例發(fā)生變化時(shí)，出油管出油量和出水管出水量就要發(fā)生變化，油水分離罐里的油水分界面就發(fā)生變化，當(dāng)水的比例增大時(shí)，油水分界面上升，出水管閥門(mén)的開(kāi)度增大，出油管閥門(mén)的開(kāi)度減小，反之，當(dāng)油的比例增大時(shí)，油水分界面就要下降，出水管閥門(mén)的開(kāi)度減小，出油管閥門(mén)的開(kāi)度增加。為使系統(tǒng)能順利工作，就必須把油水分界面控制在一定范圍內(nèi)變化，系統(tǒng)通過(guò)安裝在油水分離管內(nèi)的兩臺(tái)液位指示儀，顯示其液位值。當(dāng)油水分界面在規(guī)定的范圍變化時(shí)，安裝在油水分離罐外的差 壓變送器把這一油水界面液位值轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)傳入控制器，控制器根據(jù)這值與其設(shè)定值比較來(lái)控制出水管閥門(mén)的開(kāi)度，向外輸出水。當(dāng)油水分界面液位高于允許變化范圍最大值時(shí)，出水管閥門(mén)開(kāi)度最大，當(dāng)油水分界面液位低于允許變化范圍最小值時(shí)，出水管閥門(mén)關(guān)閉。 控參數(shù)的選擇 根據(jù)以上油水分離控制系統(tǒng)的工藝簡(jiǎn)況可知，分離罐內(nèi)的油水分離界面和油液位需維持在某一給定的位置上，或在某一范圍內(nèi)變化，這是保證油水分離正常進(jìn)行的工藝指標(biāo)。所以，分離罐內(nèi)油水分界面和油液位分別既是直接被控參數(shù)。由于油水分界面和油液位測(cè)量一般是比較方便的， 并且工藝指標(biāo)要求的精度并不的非常高，所以，就直接選取油水分界面和油液位作為被控參數(shù)。 制參數(shù)的選擇 從油水分離界面控制系統(tǒng)的工作原理和過(guò)程來(lái)看，影響油水分界面和油液位的參數(shù)有兩個(gè)，一個(gè)是油水混合液中油和水的流入量，一個(gè)是油和水的流出量?？刂七@兩組參數(shù)都可以直接控制液位。但出水（油）量是由輸入量決定的，并且輸入量是變化的，無(wú)規(guī)律的。所以從保證油水分離的正常進(jìn)行的因素考慮，故選流出量（油和水）作為控制參數(shù)。 程動(dòng)態(tài)特性 油水分離界面控制系統(tǒng)過(guò)程特性為，有自衡的非震蕩過(guò)程。其響應(yīng)曲線(xiàn)示于圖 1Q 1q 11q t 圖 6 油輸出閥門(mén)的工作區(qū)及其特性 說(shuō)明： 1Q ：油水混合液中油的含量， 1q ：油的液位最大值， 11q ：油的液位最 小值 2Q 2q 22q t 圖 7 水輸出閥門(mén)的工作區(qū)及特性 說(shuō)明： 2Q ： 油水混合液中水的含量， 2q ： 油水分界面液位最大值 ， 22q ： 油水分界 面液位最小值 當(dāng)剛開(kāi)始向油水分離罐內(nèi)輸入油水混合液時(shí)，油輸出閥門(mén)和水輸出閥門(mén)誰(shuí)先工作，要根據(jù)實(shí)際情況才能確定，所以在這里不作討論。假設(shè)油水分離控制系統(tǒng)達(dá)到平衡后，水的輸入量不變，油的輸入量增加，油水分界面保持不動(dòng)，油的液位上升，輸出油管道的閥門(mén)開(kāi)度增大，最后達(dá)到平衡。當(dāng)水的輸入量增加，油的輸入量也增加，油水分界面液位上升，油的液位上升得更快，輸出油和水管道的閥門(mén)開(kāi)度都增大，最后達(dá)到平衡。當(dāng)水的輸入量增大，油的輸入量減小，油水分界面液位上升，油的液位先上升、再下降，輸出水的管道閥門(mén)開(kāi)度增大，輸出油的管道閥門(mén)開(kāi) 度先增大后減小，最后達(dá)到平衡。當(dāng)水的輸入量減小，油的輸入量增大時(shí)，油水分界面液位下降，油的液位上升在下降， 輸出水的管道閥門(mén)開(kāi)度減小，輸出油的管道閥門(mén)開(kāi)度增大、再減小，最后達(dá)到平衡。當(dāng)輸入油和水的量都減小時(shí)，油水分界面液位下降，油的液位下降得更快，輸出油和水的管道閥門(mén)開(kāi)度減小，而且輸出油管道的閥門(mén)開(kāi)度減小得更快（先慢后快），最后達(dá)到平衡。 佳控制方案的確定 油水分離界面控制系統(tǒng)需達(dá)到系統(tǒng)的正常運(yùn)行，并保證油水分離的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)。所以需采用智能控制系統(tǒng)。智能控制是目前一個(gè)極受人們關(guān)注 的新興學(xué)科，它是以傳統(tǒng)的控制理論為基礎(chǔ)發(fā)展而來(lái)的，主要用來(lái)解決那些用一般方法難以解決的復(fù)雜的控制問(wèn)題。智能控制是繼經(jīng)典控制理論方法和現(xiàn)代控制理論方法之后新一代的控制理論方法。智能控制系統(tǒng)的指具備一定的智能行為的系統(tǒng)。具體地來(lái)講，就是對(duì)于一個(gè)問(wèn)題的激勵(lì)輸入，系統(tǒng)具備一定的智能行為，并能夠產(chǎn)生合適的解的響應(yīng)，這樣的系統(tǒng)便稱(chēng)為智能系統(tǒng)。 通過(guò)對(duì)幾種油水分離界面控制系統(tǒng)的過(guò)程控制的分析，化學(xué)驅(qū)油技術(shù)要求技術(shù)高、控制系統(tǒng)復(fù)雜、投資大、浪費(fèi)能源，不能很好的推廣，它們對(duì)于一般企業(yè)都不具有可行性。直接控制分界面的控制方案不 僅能解決技術(shù)要求不高的問(wèn)題，而且控制設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低廉，實(shí)現(xiàn)了油水分離的智能控制。直接控制分界面的控制方案的油水分離界面控制系統(tǒng)就是油水分離的最佳方案。 直接控制分界面的控制方案是根據(jù)油水混合液中油水的輸入量來(lái)分別調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)度，向外分別輸出油和水，保持分離罐內(nèi)的油水分界面和油液位的平衡。當(dāng)油水輸入量油（水）的比例增大時(shí)，油（油水分界面）的液位上升，通過(guò)檢測(cè)元件測(cè)得其油（油水分界面）的液位，再通過(guò)差壓變送器把這一信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)傳入到控制器，控制器把這一信號(hào)與系統(tǒng)設(shè)定值進(jìn)行比較作出判斷來(lái)增大油（ 水）輸出管道閥門(mén)的開(kāi)度。當(dāng)油水輸入量油（水）的比例減小時(shí)，油（油水分界面）的液位下降，通過(guò)檢測(cè)元件測(cè)得其油（油水分界面）的液位，再通過(guò)差壓變送器把這一信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)傳入到控制器，控制器把這一信號(hào)與系統(tǒng)設(shè)定值進(jìn)行比較作出判斷來(lái)減小油（水）輸出管道閥門(mén)的開(kāi)度。本系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所需設(shè)備少，造價(jià)低廉，節(jié)約能源，其控制過(guò)程全是自動(dòng)化控制，無(wú)須專(zhuān)人值班看管。本系統(tǒng)達(dá)到了油水分離的智能控制。 差分析 由于儀表的直接測(cè)量值 x 與間接測(cè)量值 y 之間存在著函數(shù)關(guān)系 y=f(x)，則由微分學(xué)可知，直接測(cè)量值的測(cè)量誤差 引起的間接測(cè)量值的誤差為函數(shù)的增量，而該增量可用函數(shù)的微分來(lái)表示。同樣，有 n 個(gè)直接測(cè)量值 xi(i=1，2，? n)與間接測(cè)量值的函數(shù)關(guān)系為 y=f(x1, (9) 則測(cè)量的總誤差可用函數(shù)的全微分表示為 (10) 上式是函數(shù)誤差計(jì)算的一般公式。對(duì)于我們所研究的計(jì)量裝置其儀表的誤差性質(zhì)為隨機(jī)誤差。其計(jì)算公式為： (11) 式中 R 為相關(guān)項(xiàng)也稱(chēng)協(xié)方差。在實(shí)際測(cè)量中，各個(gè)直接測(cè)量值之間是相互獨(dú)立的，即 R 項(xiàng)為零。 計(jì)量分離器上單個(gè)儀表的測(cè)量誤差 隨機(jī)誤差，且相互獨(dú)立。根據(jù)獨(dú)立變量誤差疊加原理，其計(jì)量裝置的誤差可由下式進(jìn)行計(jì)算： (12) 整個(gè)計(jì)量分離器是一個(gè)完整的計(jì)量系統(tǒng)，其測(cè)量總誤差來(lái)源于四個(gè)方面：含水分析儀的準(zhǔn)確度、彈性刮板流量計(jì)的準(zhǔn)確度、水中含油的測(cè)量誤差以及未考慮因素的附加誤差。 含水分析儀的準(zhǔn)確度為 彈性刮板流量計(jì)的準(zhǔn)確度為 水中含油的測(cè)量誤差為± 未考慮因素的附加誤差為± 則裝置的總誤差為 (13) 通過(guò)以上計(jì)算可以得出計(jì)量裝置的不確定度為 第四章 節(jié)閥的選擇 調(diào)節(jié)閥是自動(dòng)控制系統(tǒng)中極其重要的必不可少的組成部分，它的作用是接受調(diào)節(jié)器來(lái)的信號(hào)。通過(guò)閥門(mén)開(kāi)度的變化，使被控制參數(shù)改變以補(bǔ)償干擾對(duì)被控參數(shù)的影響，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 調(diào)節(jié)閥的流量特性 (1) 調(diào)節(jié)閥的理想流量特性 調(diào)節(jié)閥的流量特性：是指流體通過(guò)閥門(mén)的流量和閥門(mén)桿行程之間的關(guān)系。為了比較方便，往往取相對(duì)流量，行程也取相對(duì)行程。 )( （ 14） 改 變閥芯、閥座間的節(jié)流面積便可以控制流量，但實(shí)際上在閥開(kāi)度改變的同時(shí)，閥前閥后的壓差也要發(fā)生變化，而壓差的變化也會(huì)引起流量的變化。為了分析方便，假定閥前閥后壓差是固定的，即△ P=常數(shù)。這時(shí)得到的流量特性稱(chēng)為理想流量特性。 常用的理想流量特性有以下幾種： ① 線(xiàn)性流量特性： 線(xiàn)性流量特性是指調(diào)節(jié)閥的相對(duì)開(kāi)度（閥桿的相對(duì)行程）和相對(duì)流量成直線(xiàn)關(guān)系，即 )11(m ??（ 15） 是閥的可調(diào)范圍，對(duì)一固定調(diào)節(jié)閥 R 是一常數(shù)，在直角坐標(biāo)上是一條直線(xiàn)。 ② 對(duì)書(shū)流量特性（等百分比） R 1(? 100 （ 16） 100 由圖可見(jiàn)，曲線(xiàn)的斜率（即閥的放大系數(shù)）是隨著閥 桿行程的增加而增加的。在相同的行程變化下，流量較小時(shí)，流量的變化較小，流量較大時(shí)，流量變化較大，因而這種閥在小開(kāi)度時(shí)工作比較平穩(wěn)，而在大開(kāi)度時(shí)，工作也靈敏，此閥在不同的開(kāi)度時(shí)，只要是相同的行程變化，流量的相對(duì)變化量都是相等的，故也稱(chēng)等百分比，用得最多。 ③ 快開(kāi)流量特性 )1( 2m a x )11(1 ??? （ 17） 這種特性是小開(kāi)度時(shí)，流量變化大，隨著閥桿行程的增大，流量很快就達(dá)到最大值，故稱(chēng)快開(kāi)流量特性。 ④ 拋物線(xiàn)流量特性 2])1(1[1m a x ???（ 18） 與對(duì)數(shù)比較接近。 （ 2） 調(diào)節(jié)閥的工作流量特性 調(diào)節(jié)閥的工作流量特性是指調(diào)節(jié)閥在實(shí)際控制系統(tǒng)中 △ P △ P 管 △ P 閥 總是與設(shè)備管道等連接在一起的，即使管道兩端的總壓降△ P 是定值，但管道中的沿程阻力和局部阻力都會(huì)隨著流量 Q 的變化而變化。因此閥前后的壓差△P 總是變化的，即在流量最小時(shí)（閥全關(guān)）壓差△ P 閥最大，流量最大時(shí)（閥全 開(kāi)）壓差△ P 最小，因此在工作情況下，調(diào)節(jié)閥的實(shí)際流量特性和理想流量特性是不同的，其差異程度由閥阻比 S 決定 ?? 。 調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇 流量特性的選擇主要是對(duì)直線(xiàn)與等百分比兩種特性的選擇，有理論計(jì)算法與經(jīng)驗(yàn)法，但都較復(fù)雜。工程設(shè)計(jì)多用經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則，從控制系統(tǒng)特性、負(fù)荷變化與 S 值 3 個(gè)方面進(jìn)行綜合分析，選擇控制閥的流量特性。 調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)選擇 調(diào)節(jié)閥在氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)三大類(lèi)。其中氣動(dòng)閥由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出推動(dòng)力大，工作平穩(wěn)可靠，本質(zhì)安全等原因得到了極為廣 泛的應(yīng)用。 氣動(dòng)閥有：?jiǎn)巫y，雙座閥，角形閥、三通閥，隔膜閥，碟閥，小流量閥，套筒閥等。 （ 1） 單座閥：由于只有一個(gè)閥芯和閥座，容易保證關(guān)嚴(yán)，但閥桿受到不平衡力大，所以通常使用在要求泄漏小或要關(guān)得很?chē)?yán)，以及低壓差場(chǎng)合。 （ 2） 雙座閥：流體壓差對(duì)兩個(gè)閥芯作用力方向相反，閥桿上不平衡力小，適用于閥兩端壓差較大的場(chǎng)合，但泄漏較大，關(guān)嚴(yán)困難，流路復(fù)雜，對(duì)高粘度、含懸浮物的介質(zhì)也不宜采用，但由于雙座閥不平衡力小，得到了廣泛的應(yīng)用。 （ 3） 角形閥：流路簡(jiǎn)單，阻力小，不易堵塞，適用于高粘度，含懸浮物的介質(zhì)。 由以 上比較，選擇本系統(tǒng)單坐閥 調(diào)節(jié)閥氣開(kāi)氣關(guān)形式的選擇 調(diào)節(jié)閥氣開(kāi)、氣關(guān)形式的選擇主要是從生產(chǎn)安全角度考慮的。在有信號(hào)壓力時(shí)，閥開(kāi)，無(wú)信號(hào)壓力時(shí)，閥關(guān)，稱(chēng)“氣開(kāi)式調(diào)節(jié)閥”。反之，在有信號(hào)壓力時(shí)，閥關(guān)，在無(wú)信號(hào)壓力時(shí)，閥開(kāi)，稱(chēng)“氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥”。在系統(tǒng)中選用氣開(kāi)閥還是氣關(guān)閥是根據(jù)控制系統(tǒng)在斷氣的事故狀態(tài)下，使閥全開(kāi)安全還是閥關(guān)安全而定的。 器、儀表的接地 油水分離界面控制系統(tǒng)中使用電子儀表，接地是一個(gè)非常重要的問(wèn)題，接地系統(tǒng)是控制設(shè)備安全可靠、穩(wěn)定精確工作的保證。如果接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不合理，可能 會(huì)帶來(lái)干擾，造成較大測(cè)量控制誤差，以至于儀表系統(tǒng)不能投運(yùn)或甚至可能損壞儀表和計(jì)算機(jī)控制的 I/O 板卡；如果接地系統(tǒng)中存在重大錯(cuò)誤，還可能造成重大人身和設(shè)備安全事故。 地的作用 接地主要分為： （ 1）保護(hù)性接地 （ 2）工作接地 ① 信號(hào)回路接地 ② 屏蔽接地 ③ 本安儀表接地 設(shè)備保護(hù)接地的目的是保護(hù)設(shè)備和人身安全、以防設(shè)備帶電發(fā)生事故。由于油水分離界面控制系統(tǒng)主要涉及保護(hù)性接地，所以下面著重介紹保護(hù)性接地。 正常情況下，用儀表的外殼、電氣設(shè)備的外表面、各種儀表盤(pán)（柜）等都不應(yīng)該帶電，但是在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中因某些原因 造成設(shè)備絕緣性能下降或破壞，就有可能是電氣設(shè)備不該帶電的部位帶電，如果有人觸及這些部位就可能出現(xiàn)危及人身安全的觸電事故。由于設(shè)備外殼帶電，在某些條件下可能會(huì)出現(xiàn)電火花，一旦現(xiàn)場(chǎng)具備條件就可能出現(xiàn)爆炸或失火，這是非常危險(xiǎn)的。 油水分離界面控制系統(tǒng)中需要保護(hù)性接地的設(shè)備有： ① 儀表盤(pán) ② 用電儀表外殼 ③ 金屬接線(xiàn)盒、導(dǎo)線(xiàn)穿管 水分離界面控制系統(tǒng)部分儀器的接地方法 （ 1） 油水分離界面控制系統(tǒng)的接地系統(tǒng)組成 油水分離界面控制系統(tǒng)的接地系統(tǒng)由接地電極、接地導(dǎo)線(xiàn)兩大部分構(gòu)成一個(gè)接地網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。需要接地的電氣設(shè)備，由相應(yīng) 的接地端子引線(xiàn)到該盤(pán)的接地母線(xiàn)或接地端子排上，通過(guò)接地分干線(xiàn)連接到公用連接板上。 （ 2） 接地設(shè)計(jì) 衡量接地性能的好壞，其中一個(gè)重要的參數(shù)是接地的電阻值大小，電阻越小說(shuō)明接地性能越好，該值大于一定數(shù)值就表明接地線(xiàn)路中有接觸不良甚至開(kāi)路，此時(shí)該系統(tǒng)就不能實(shí)現(xiàn)接地目的。所以在此除了設(shè)計(jì)好接地體之外，接地導(dǎo)線(xiàn)的截面積、導(dǎo)線(xiàn)的連接方式、接地連接點(diǎn)的選擇影響接地電阻的重要因素。 電器設(shè)備 大地 接地電極 圖 8 儀器、儀表接地 水分離技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域 （ 1） 船廠(chǎng)廢柴油過(guò)濾、破乳、油水分離，含水量 5～ 8 （ 2） 變壓器油過(guò)濾、破乳、油水分離，含水量 2～ 5 （ 3） 發(fā)電廠(chǎng)透平油過(guò)濾、油水分離、脫色、破乳、精濾，含水量 2～ 5 （ 4） 海上原油泄漏事故處理，收集、過(guò)濾、油水分離； （ 5） 油田落地油過(guò)濾、清洗、油水分離； （ 6） 海上鉆井平臺(tái)浮油收集、油水分離、加溫分離，含水量＜100 （ 7） 鋼鐵廠(chǎng)平流油沉淀池浮油收集、過(guò)濾、油水分離； （ 8） 煉油廠(chǎng)大量含油廢水收集、過(guò)濾、油水分離。 5 結(jié)束語(yǔ) 本文是以重力法直接控制分界面控制方案的論證、檢驗(yàn)、改進(jìn)為目的而展開(kāi)的研究。概括而言，具有以下的特點(diǎn)： 正確性 本文采用重力法對(duì)油水分離界面控制系統(tǒng)作了細(xì)致的分析，并有附設(shè)除水器的控制方案、直接控制分界面的控制方案。經(jīng)過(guò)分析證明直接控制分界面的控制方案效果更好。 優(yōu)越性 直接控制分界面的控制方案操作簡(jiǎn)單、成本低、防爆性能好。 通用性 本位所實(shí)用的不僅僅是油水分離界面控制，只要是兩種密度不同的液體都可用。 致謝 本文主要闡述了 油水 分離裝置設(shè)計(jì) 。通過(guò)這次設(shè)計(jì)使 我對(duì) 齒輪加工過(guò)程 產(chǎn)生了濃厚的興趣，同時(shí)，受我主修專(zhuān)業(yè)的影響，我已經(jīng)習(xí)慣于 設(shè)計(jì) 帶來(lái)的一系列機(jī)遇與挑戰(zhàn) 。 本篇論文雖然凝聚著自己的汗水，但卻不是個(gè)人智慧的產(chǎn)品，沒(méi)有導(dǎo)師的指引和贈(zèng)予，沒(méi)有父母和朋友的幫助和支持，我在大學(xué)的學(xué)術(shù)成長(zhǎng)肯定會(huì)大打折扣。當(dāng)我打完畢業(yè)論文的最后一個(gè)字符，涌上心頭的不是長(zhǎng)途跋涉后抵達(dá)終點(diǎn)的欣喜，而是源自心底的誠(chéng)摯謝意。我首先要感謝我的 指導(dǎo)老師張文生老師 ，對(duì)我的構(gòu)思以及論文的內(nèi)容不厭其煩的進(jìn)行多次指導(dǎo)和悉心指點(diǎn)，使我在完成論文的同時(shí)也深受啟發(fā)和教育 。 再次由衷感謝答 辯組的各位老師對(duì)學(xué)生的指導(dǎo)和教誨，我也在努力的積蓄著力量，盡自己的微薄之力回報(bào)母校的培育之情，爭(zhēng)取使自己的人生對(duì)社會(huì)產(chǎn)生些許積極的價(jià)值！ 參考文獻(xiàn) 1 孫洪程，翁唯勤2過(guò)程控制工程設(shè)計(jì)2北京：化學(xué)工業(yè)出版社 ,2001 2 蕭德云 ,呂伯明2過(guò)程控制系統(tǒng)2北京：清華大學(xué)出版社 ,2004 3 陳伯時(shí)2自動(dòng)控制系統(tǒng)2北京：中央廣播電視大學(xué)出版社 , 1981 4 何離慶2過(guò)程控制系統(tǒng)與原理2重慶：重慶大學(xué)出版社 ,2003 5 王永初 ,任秀珍2 工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)范例2北京：科學(xué)出版社 , 1986 6 侯志林2過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表2西安：機(jī)械工業(yè)出版社 ,2003 7 南國(guó)英 ,張志剛2給水排水工程專(zhuān)業(yè)工藝設(shè)計(jì)2北京：化學(xué)工業(yè)出版社 ,2004 8 孫自強(qiáng)2生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化及儀表2上海：華東理工大學(xué)出版社 ,1999 9 李亞峰2尹士君2給水排水工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)指南2北京：化學(xué)工業(yè)出版社 ,2003