機(jī)械設(shè)計(jì)畢業(yè)論文船用油污水分離裝置的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　船用油污水分離裝置的設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p>

3、<p>　　油水分離器主要用于處理船的油污水，其設(shè)計(jì)的特點(diǎn)為效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便耐用。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)油水分離系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)部分。結(jié)合了聚結(jié)技術(shù)與重力法，設(shè)計(jì)并制作了波紋板形式的聚結(jié)油水分離器，并創(chuàng)新性優(yōu)化設(shè)計(jì)了分離器內(nèi)部的構(gòu)件如出口構(gòu)件、入口構(gòu)件、集油構(gòu)件、聚結(jié)構(gòu)件及布液構(gòu)件，將水力條件加以改善，對(duì)重力油水分離過(guò)程進(jìn)行了強(qiáng)化。提高油水分離效果的關(guān)鍵是其中聚結(jié)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)和聚結(jié)材料的表面改性,直接影響到設(shè)備的除油效率。在聚結(jié)構(gòu)

4、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,使分散油珠發(fā)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。T 型入口構(gòu)件的采用是為了吸收大量的動(dòng)能，從而對(duì)流場(chǎng)的沖擊可以得到

5、減少。選擇穿孔的布液板布液構(gòu)件，能夠很好地起著均勻布水的效果。聚結(jié)構(gòu)件采用的是聚結(jié)波紋板組，油將從波峰的浮油孔去除，泥渣從波谷進(jìn)行下滑，在促進(jìn)油</p><p>　　關(guān)鍵詞：重力法；聚結(jié)技術(shù)；波紋板；油污水分離</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The oil-water separator is mai

6、nly used for processing the oil ship the characteristics of wastewater, its design for high efficiency, simple structure, convenient and durable. This design is mainly for water-oil separation system structure parts. Com

7、bines coalescence technology and gravity method, designed and produced corrugated plate forms of coalescence oil-water separator, and innovative optimization design of components such as a separator internal components,

8、components, entrance to export</p><p>　　Keywords: gravity method;Coalescence technology; Corrugated board; Oily wastewater separation</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>

9、;　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1本課題研究的目的和意義及現(xiàn)狀分析1</p><p>　　1.2船舶污水的危害1</p><p>　　1.3船舶污水的分類2</p><p>　　1.4船用油污水分離技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展2</p><p>　　1.5影響油水分離器性能的因素2&l

10、t;/p><p>　　第2章油水分離系統(tǒng)的原理研究3</p><p>　　2.1MARPOL73/78公約對(duì)油水分離器的要求3</p><p>　　2.2重力分離原理3</p><p>　　2.3重力油水分離技術(shù)的發(fā)展4</p><p>　　2.4重力分離與聚結(jié)技術(shù)的結(jié)合5</p><p>

11、;　　2.5常見(jiàn)油水分離器的組成及原理5</p><p>　　2.5.1濾油設(shè)備工作原理5</p><p>　　2.5.2油分計(jì)的工作原理6</p><p>　　2.5.3自動(dòng)停止裝置工作原理6</p><p>　　第3章CYF 型油水分離器的設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.1 基本結(jié)構(gòu)7</p>

12、;<p>　　3.2 工作原理7</p><p>　　3.3 主要技術(shù)參數(shù)8</p><p><b>　　3.4設(shè)計(jì)要點(diǎn)8</b></p><p>　　3.4.1 以知參數(shù)8</p><p>　　3.4.2 主要參數(shù)校核8</p><p>　　第4章波紋板聚結(jié)油水分離器的設(shè)

13、計(jì)9</p><p>　　4.1油水分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9</p><p>　　4.1.1重力法油水分離過(guò)程的強(qiáng)化10</p><p>　　4.1.2波紋板聚結(jié)油污水分離器的特點(diǎn)10</p><p>　　4.1.3系統(tǒng)裝置的形式11</p><p>　　4.2波紋板聚結(jié)油水分離器的相關(guān)計(jì)算12</p>

14、;<p>　　4.3 主要功能構(gòu)件的優(yōu)化14</p><p>　　4.3.1 入口構(gòu)件14</p><p>　　4.3.2布液構(gòu)件15</p><p>　　4.3.3 聚結(jié)構(gòu)件15</p><p>　　4.3.4集油排油構(gòu)件16</p><p>　　4.3.5 出口構(gòu)件17</p>

15、<p>　　4.3.6其他構(gòu)件17</p><p>　　4.4反從沖洗裝置的設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.5 聚結(jié)材料的優(yōu)選18</p><p>　　4.5.1接觸角19</p><p>　　4.5.2 聚結(jié)機(jī)19</p><p><b>　　結(jié) 論22</b><

16、;/p><p><b>　　致 謝23</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1本課題研究的目的和意義及現(xiàn)狀分析</p><p>　　船舶在水域的運(yùn)行過(guò)程中，通

17、常有一定數(shù)量的積水會(huì)在各個(gè)船底倉(cāng)產(chǎn)生，造成積水有許多的原因，例如：雨水或沖洗甲板的時(shí)候漏人以及機(jī)器設(shè)備和管系的泄露，船底水就是這些水集中在船底的統(tǒng)稱，一般情況下艙底水在機(jī)艙是最多的。除此之外，燃油及潤(rùn)滑油因?yàn)椴豢梢员苊獾臋C(jī)器設(shè)備滴漏與清洗，設(shè)備的維護(hù)時(shí)產(chǎn)生的污油也積存在艙底，這些與艙底水和金屬氧化物及機(jī)械雜質(zhì)等混合一起就形成了所謂的污油水。</p><p>　　《中華人民共和國(guó)和國(guó)際海洋環(huán)境保護(hù)法》、 《中華人民

18、共和國(guó)和防止船舶污染海域管理?xiàng)l例》和《MARPOL7艙底水3/78》對(duì)船舶排放與污油水的處理有了詳盡的規(guī)定。有兩個(gè)途徑可以排放處理：其一是當(dāng)船舶航行時(shí)通過(guò)濾油設(shè)備在適當(dāng)?shù)乃驅(qū)艋蟮呐摰姿懦龃?。其二是將艙底水?chǔ)存在船上，在到港后排放到港口的污水接收設(shè)備。第二種在處理時(shí)有很大的局限性，將水排放到開(kāi)口的接收設(shè)備，它會(huì)占用船舶的?？繒r(shí)間，并且有的接收設(shè)備有很大的缺陷。雖然我國(guó)的港口大部分都是有足夠的容量處理船舶污水的接收?qǐng)觯沁@些油污

19、水處理場(chǎng)是設(shè)計(jì)用來(lái)洗艙水與郵輪壓載水，無(wú)法接收非郵輪同油污水接納船的含油污水。擁有港口污水接納船的單位，國(guó)家規(guī)定的接收艙底水費(fèi)較低，但是處理油污水的費(fèi)用比較高，因此很多單位寧愿接收船舶的污油而不愿意去接收處理船舶艙底水。由于這些因素，大多數(shù)的船舶選擇第一種途徑，在航行的時(shí)候通過(guò)濾油設(shè)備將艙底水排放到水域中。</p><p>　　目前，大多數(shù)船舶仍然在偷排機(jī)艙的含油污水，它們?cè)诤臀鬯耐蹬胖饕?guī)律是：白天的時(shí)候不

20、排放夜晚排放，停泊的時(shí)候不排放航行是排放，在港內(nèi)不排放在港外排放。大多數(shù)的船員任務(wù)使用油水分離器比較麻煩，根本不使用和維修油水分離器，設(shè)備完好方便檢查，水質(zhì)化驗(yàn)達(dá)標(biāo)以便簽關(guān)。按規(guī)定，使用油水分離器和油類操作時(shí)都要填寫(xiě)與記錄在《油類記錄本》種。而船舶的油水分離器在使用的時(shí)候可以簡(jiǎn)單的概括成以下的幾點(diǎn)：投入很大，運(yùn)轉(zhuǎn)率不高，虛填假報(bào)嚴(yán)重，設(shè)備維修保養(yǎng)管理漏洞很大，因此油污染仍日趨嚴(yán)重。</p><p>　　1.2船舶

21、污水的危害</p><p>　　世界各國(guó)最早廣泛重視的污染物是會(huì)對(duì)海洋造成污染的含油廢水。含油污水(特別是可浮油)在排入水中后會(huì)在水體的表面生成一層很薄的油膜，根據(jù)資料的介紹，當(dāng)向水面排放1噸油品時(shí)，就可形成5×106m2的污染油成。這樣的油膜就使大氣中的氧無(wú)法向水體中轉(zhuǎn)移，因而會(huì)使水缺氧，這些水生動(dòng)植物就好因?yàn)槿毖鯇?dǎo)致死亡；一些物質(zhì)含在油中還具有一定的毒性，就會(huì)對(duì)幼魚(yú)與魚(yú)卵的影響非常大。此外，火災(zāi)就是

22、因?yàn)榇罅康挠湍ざ?，從而?huì)對(duì)水上的交通產(chǎn)生非常不利的影響。</p><p>　　在如今的社會(huì)，人們都在廣泛使用洗滌劑，洗滌劑中含有表面活性劑，這樣就加劇了油廢水的乳化度，這顯著降低了現(xiàn)有的物理處理方法中油廢水處理裝置的處理效果，從而得到了國(guó)際社會(huì)的高度重視，因此IMO 1992 年以MEPC.0(33)決議的形式要求船舶必須使用能快速分離的洗滌劑，這樣的洗滌劑不會(huì)對(duì)現(xiàn)有的油廢水分離裝置的分離性能產(chǎn)生影響。IMO

23、 允許處理裝備的制造廠商對(duì)可用的洗滌劑的使用和選擇提出建議，并且在型式認(rèn)可證書(shū)的附件中給以明確。假如制造廠商聲明不影響裝置的性能，用戶可自由地選擇和使用洗滌劑，但這些應(yīng)當(dāng)在型式認(rèn)可證書(shū)和附件中給予明確。</p><p>　　1.3船舶污水的分類</p><p>　　船舶含油廢水包括船舶的艙底水、壓載水和洗艙水。廢水中不同狀態(tài)的油它的理化性質(zhì)是不同的，應(yīng)該采取何種處理方式很大程度上是由此決定

24、的。通常油在水中主要有：</p><p>　?。?）乳化油： 油粒徑小于10 um，通常為0.1～2 um。常常因水中有表面活性劑使得油珠形成了穩(wěn)定的乳化液。此種油的穩(wěn)定性跟污水的性質(zhì)以及油在水中的分散度有關(guān)，分散度愈大就愈穩(wěn)定。</p><p>　?。?） 溶解油：粒徑一般小于幾微米，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。</p><p>　　（

25、3） 浮油：在水相中分散顆粒比較大，油粒直徑一般不小于100 um，在靜置后能很快上浮，以連續(xù)相形式的油膜漂浮于水面上。</p><p>　?。?）分散油： 其在水中分散粒徑為10～100um，以較微小油珠形式懸浮在水中，具有不穩(wěn)定性，靜止一段時(shí)間后通常形成浮油。</p><p>　?。?） 固體附著油：在廢水中固體顆粒表面吸附的油。</p><p>　　1.4船用

26、油污水分離技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展</p><p>　　采用重力式油水分離技術(shù)是我國(guó)目前常用的油污水分離裝置，代獲得過(guò)國(guó)際博覽會(huì)尤利卡發(fā)明金獎(jiǎng)以及國(guó)際環(huán)保產(chǎn)品銀質(zhì)獎(jiǎng)的表設(shè)備為YSCZ型油廢水分離設(shè)備。斯托克斯公式是它的基本的工作原理，它的設(shè)計(jì)利用油與水的密度差來(lái)進(jìn)行，具有處理污水能力強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、安裝方便、體積小巧等等優(yōu)點(diǎn)。但I(xiàn)MO[3]在執(zhí)行MEPC60. (33)的過(guò)程中，在處理污水中乳化液方面逐步發(fā)現(xiàn)這種分離設(shè)備仍

27、存在不足，導(dǎo)致某些生產(chǎn)廠家按MEPC60. (33)生產(chǎn)的油污水分離裝置，仍然會(huì)危害，污染環(huán)境。這是因?yàn)橹亓Ψ蛛x技術(shù)對(duì)乳化溶液不能進(jìn)行有效的處理，在于處理后的污水中仍然有溶劑和洗滌劑等有害物質(zhì)仍存，并被排入到了海里，稀釋的乳化液同樣會(huì)對(duì)海洋環(huán)境造成污染。為此，IMO 通過(guò)了MEPCI07. ( 49 ) 決議，代替了MEPC60. (33)決議，對(duì)油水乳化液的試驗(yàn)這是在新的決議中增加的，而原本的YSCZ型油污水分離裝置則需要進(jìn)行更新?lián)Q代

28、或產(chǎn)品升級(jí)。目前，國(guó)內(nèi)相關(guān)的生產(chǎn)廠商紛紛研發(fā)新型油水分離裝置并投入到了具體的使用中，取得了較好的成果，如YWC型系列油污水處理裝置等。 </p><p>　　1.5影響油水分離器性能的因素</p><p>　　泵的影響：油滴直徑愈小 , 上浮速度愈慢, 油與水就愈不能分離，反之, 則分離性能上升。齒輪泵與離心泵會(huì)使大油滴離散和破碎從而會(huì)形成微小的油滴, 這兩種泵不宜采用。柱塞泵、單螺桿泵

29、和活塞泵沒(méi)有上面這兩種泵的缺點(diǎn), 因而是可以作為油水分離器的配套泵。</p><p>　　當(dāng)油水分離器的額定處理量被泵的排量超過(guò)時(shí), 它分離性能就會(huì)明顯下降,所以油水分離器在超負(fù)荷下運(yùn)行是要避免的。</p><p>　　如果閥、泵活塞與缸體內(nèi)部漏泄, 漏泄水流就會(huì)從高壓側(cè)向低壓側(cè)高速流動(dòng)時(shí), 嚴(yán)重乳化就會(huì)在逆流攪拌下形成, 所以要防止漏泄。</p><p>　　工作

30、壓力的影響：提高分離器內(nèi)的工作壓力,泵的出口壓力需相應(yīng)增大, 因而通過(guò)泵油污水就會(huì)加劇了油污水的離散乳化現(xiàn)象, 從而惡化分離性能。</p><p>　　溫度的影響：升高溫度, 就會(huì)增大水與油的密度差, 會(huì)降低水的絕對(duì)粘度, 從而油滴的上浮速度得到了增加。但是, 油的溫度升高后, 污水流經(jīng)泵、閥等處就會(huì)很容易乳化和離散, 并且分子熱運(yùn)動(dòng)在污水內(nèi)部加劇,妨礙油滴上浮, 因此溫度的影響有利有弊。</p>

31、<p>　　油種的影響：油種對(duì)油水分離器的分離性能有很大影響。根據(jù)斯托克斯公式, 油的比重愈小, 愈易分離。但輕油經(jīng)泵擾動(dòng)后, 易離散和乳化, 且乳化對(duì)分離性能的影響更大, 故比重大的油種較比重小的油種分離性能好。</p><p>　　水質(zhì)的影響：油污水初始含油量增加, 會(huì)降低分離性能。當(dāng)油污水中海水成分多時(shí), 微小乳化油滴就容易和海水中的金屬鹽結(jié)成無(wú)電荷的狀態(tài), 小油滴就容易聚集成大油滴上浮。<

32、/p><p>　　管路的影響：管路直徑愈大, 管路愈長(zhǎng), 分離性能愈好。水通過(guò)球閥的節(jié)流損失比閘閥少, 乳化程度低,分離性能下降。閥開(kāi)閉次數(shù)愈多, 乳化程度就愈嚴(yán)重。油污濾器、管路彎曲部分等都會(huì)造成節(jié)流, 使分流盤(pán)的影響。</p><p>　　流量的影響：當(dāng)流量超過(guò)額定處理量時(shí), 分離性能顯著下降。</p><p>　　旁通的影響：有些船舶將艙底水泵作為油水分離器的供液

33、泵, 此時(shí)泵的排量超過(guò)了油水分離器的額定處理量, 其多余部分經(jīng)旁通管流回污水井, 下次再經(jīng)泵吸入。由于泵的擾動(dòng)影響, 油污水被離散乳化, 使油水分離器性能顯著下降。</p><p>　　第2章油水分離系統(tǒng)的原理研究</p><p>　　2.1MARPOL73/78公約對(duì)油水分離器的要求</p><p>　　MARPOL73/78公約的附則Ⅰ第9條有如下規(guī)定：對(duì)400

34、總噸以及以上的非油船以及150總噸及以上的船舶機(jī)器處的艙底（不包含貨油泵艙地艙底）的排放（但不允許混有貨油的殘油），沒(méi)有經(jīng)過(guò)稀釋的排出廢水含油量不得超過(guò)15ppm；在其中的第16條有所規(guī)定：凡是400總噸到10000總噸之間的不論何種船舶，都是應(yīng)該配備經(jīng)主管機(jī)關(guān)批準(zhǔn)過(guò)的濾油裝置，并且應(yīng)保證經(jīng)過(guò)該濾油設(shè)備后再排放入海的含油污水的含油量是不可以超過(guò)15ppm；而10000總噸及其以上的任何船只，應(yīng)配備由主管部門(mén)批準(zhǔn)的濾油裝置和當(dāng)排出污水的含

35、油量超過(guò)15ppm時(shí)候，能夠發(fā)出警報(bào)并自動(dòng)地停止含油污水排放的設(shè)備；在公約的第4條中規(guī)定：船舶設(shè)備的狀況應(yīng)得到維護(hù)，使它們能夠符合MARPOL73/78公約的各項(xiàng)規(guī)定，進(jìn)而保證該船舶在各個(gè)方面保持適宜出海航行而不會(huì)對(duì)海洋的環(huán)境產(chǎn)生危害與威脅；根據(jù)MARPOL73/78公約的附則Ⅰ第4條的規(guī)定，對(duì)船舶的任何部分進(jìn)行檢驗(yàn)以后，非經(jīng)主管機(jī)關(guān)許可，經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)的結(jié)構(gòu)、設(shè)備、系統(tǒng)、附件、布置等均不得改變。除非直接替換此類設(shè)備和附件。</p>

36、;<p><b>　　2.2重力分離原理</b></p><p>　　由于水、油的相對(duì)密度不一樣，在系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，成分一定的水油混合物在一定的溫度和壓力下，會(huì)形成具有一定比例的水、油相。相對(duì)較輕的成分處于層流狀態(tài)的時(shí)候，較重成分油滴根據(jù)Stokes公式具有的運(yùn)動(dòng)規(guī)律沉降，重力式分離裝置即是依據(jù)這一個(gè)基本原理來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。</p><p>　　修正過(guò)的S

37、tokes（斯托克斯） 公式可以用來(lái)表征水油分離特性，即</p><p>　?。?-1） </p><p>　　式中: ω—上浮速度或液滴沉降，m/s; δ—分散相液滴半徑，m; ρw—分散相密度，kg /m; ρo—連續(xù)相密度，kg /m3 ; μw—分散相運(yùn)動(dòng)黏度，m2 /s; μo—連續(xù)相運(yùn)動(dòng)黏度，m2 /s。由Stokes公式知道，水油的密度差與沉降速度成正比，與油水中水

38、分半徑平方是成正比的，與油黏度成反比。經(jīng)過(guò)增大水分的密度，擴(kuò)大油水的密度差，并減小油液黏度可以提高沉降分離速度，從而提高分離效率。</p><p>　　2.3重力油水分離技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　重力分離法是一種簡(jiǎn)便且基本的物理去油方法，而且其具有無(wú)二次污染，不消耗藥劑，維護(hù)運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，這么多年來(lái)一直都是國(guó)內(nèi)外學(xué)者的熱點(diǎn)研究，下面將著重介紹重力水油分離技術(shù)的發(fā)展歷程。</

39、p><p>　?。?） API 型油水分離裝置（平流式隔油裝置）</p><p>　　API 型油水分離裝置是由API（American Petroleum Institute） 研發(fā)出來(lái)的設(shè)備。在結(jié)構(gòu)方面，為了回收污水上漂浮的油增加了回轉(zhuǎn)式集油管，剩余裝置與平流式沉淀設(shè)備完全相同。當(dāng)前這種類型的裝置在國(guó)內(nèi)的鋼鐵企業(yè)中應(yīng)用較多。API隔油池所占地面面積大，維護(hù)容易、構(gòu)造簡(jiǎn)單、使用比較方便，除油

40、效率可以達(dá)到60～70％，可去除的最小油滴粒徑在100～150 um之間。其缺點(diǎn)是所占地面積大。</p><p>　?。?） PPI 型油水分離池</p><p>　　PPI 型油水分離池（也叫平行板式隔油裝置，Parallel Plate Interceptor），是由Shell（殼牌）石油公司在1950 年研發(fā)出來(lái)的斜板式的油水分離池。是將較多的傾斜平行板安置在平流式隔油池內(nèi)的水流方向

41、，不僅能增加有效的分離面積，而且也能提高整流效果。斜板之間的距離為100 mm，傾角是45°。油在斜板內(nèi)被分離后，會(huì)沿著斜板下面上升，之后被收集到捕油的頂蓋內(nèi)，之后從頂蓋的一端溢流管流出，進(jìn)而回收污水中的油珠。這種設(shè)備可以去除粒徑大于80 um 的油珠。</p><p>　?。?） CPI 型油水分離池</p><p>　　CPI （Coagulated Plate Interc

42、eptor） 是一種波紋斜板式隔油裝置，是由殼牌（Shell） 石油公司研發(fā)出來(lái)的一種剎板式水油分離池。與PPI 型油水分離設(shè)備一樣，這也是一種剎板式分離設(shè)備。只是斜板的形狀是波紋板而不是平板。因?yàn)樾卑宓拈g距在20～40 mm之間，因此可以增大每單位容積分離面積。來(lái)設(shè)計(jì)分離大于60 um 的油珠。其優(yōu)點(diǎn)是油水分離效果好，停留時(shí)間短（一般不超過(guò)30 min），占地面積小。</p><p>　　繼平流式隔油池之后，以

43、上所提到的幾種重力式分離設(shè)備，都是將重力分離與聚結(jié)技術(shù)相結(jié)合，并且隨著油水分離裝置的發(fā)展，重力分離與聚結(jié)技術(shù)將逐漸緊密地得到結(jié)合，從而把除油效率很大的提高了。但是在實(shí)際的應(yīng)用中出現(xiàn)了一些問(wèn)題，如聚結(jié)材料的耐腐蝕耐老化、親油疏水性和經(jīng)濟(jì)性不能得到同時(shí)兼顧，分離裝置內(nèi)部水力條件仍然不理想等現(xiàn)象。在往后的日子中，通過(guò)減小板間的距離，而提高板式分離設(shè)備分離精度，選擇合適的板材來(lái)強(qiáng)化板式除油裝置的除油過(guò)程，完善裝置內(nèi)部的流動(dòng)特性，是我們優(yōu)化和改進(jìn)

44、現(xiàn)有處理技術(shù)所應(yīng)考慮到的。</p><p>　　2.4重力分離與聚結(jié)技術(shù)的結(jié)合</p><p>　　重力分離法對(duì)于浮油和機(jī)械乳化分散于水中的油珠分離具有較強(qiáng)的適用性，但是，對(duì)于含有表面活性劑的含油污水，由于油珠在水中有極其穩(wěn)定的分散狀態(tài)，重力對(duì)它產(chǎn)生不了多大的影響，因此進(jìn)行分離處理的時(shí)候不要選用重力法。</p><p>　　重力法是去除油污水中浮油、分散油的一種傳統(tǒng)

45、的方法，利用水和油密度差的重力分離過(guò)程在工業(yè)中有著很經(jīng)濟(jì)的前景，并且國(guó)內(nèi)外幾十年的經(jīng)驗(yàn)表明，這種方法處理的效果是比較顯著的。重力分離法經(jīng)過(guò)幾十年來(lái)的不斷完善，已取得了相當(dāng)驕人的成績(jī)，而經(jīng)過(guò)重力分離結(jié)合聚結(jié)技術(shù)，除油效率得到了很大的提高，成為了當(dāng)今船用油水分離領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。</p><p>　　2.5常見(jiàn)油水分離器的組成及原理</p><p>　　根據(jù)MARPOL73/78公約的規(guī)定，凡4

46、00總噸及以上的任何船舶應(yīng)安裝有油水分離裝置，10000總噸及以上的任何船舶還應(yīng)裝有經(jīng)主管機(jī)關(guān)批準(zhǔn)的濾油設(shè)備以及當(dāng)排出物的含油量超過(guò)15ppm時(shí)能發(fā)出報(bào)警并自動(dòng)停止含油混合物排放的裝置。機(jī)艙油水分離器主要組成部分是濾油設(shè)備、油分計(jì)（包括報(bào)警器和記錄器）和自動(dòng)停止裝置，它們的工作原理如下:</p><p>　　2.5.1濾油設(shè)備工作原理</p><p>　　濾油設(shè)備的主要作用是將油分從含油污

47、水中分離出來(lái)，其分離原理主要有以下幾種：重力分離法、聚結(jié)分離法、吸附法以及過(guò)濾法等。目前船用濾油設(shè)備絕大多數(shù)采用重力分離法，再加上聚結(jié)或過(guò)濾或吸附等組合方式，以CYF-B型濾油設(shè)備為例，該系統(tǒng)采用重力分離與聚結(jié)分離相結(jié)合的方法。</p><p>　　圖2.1 CYF-B型油水濾油設(shè)備</p><p>　　1—泄放閥；2—蒸汽沖洗噴嘴；3—安全閥；4—板式聚結(jié)器；5—清潔水排出口；6—油污

48、水進(jìn)口；7—加熱器；8—油位檢測(cè)器；9—集油室A；10—手動(dòng)排油閥；11—自動(dòng)排油閥；12—污油排出管；13—集油室D；14—纖維聚結(jié)器；15—隔板；16—細(xì)濾器；17—泄放閥</p><p>　　工作原理：油污水通過(guò)進(jìn)口6進(jìn)入到集油室A，較粗大的油滴馬上上浮進(jìn)入到集油室的頂部，里面有小顆粒的油污水往下流動(dòng)，并經(jīng)過(guò)板式聚結(jié)裝置4進(jìn)行粗分離，最后形成較大的油滴上浮至集中集油室D中，其余的污水流經(jīng)細(xì)濾器16，濾除走部

49、分石蠟?zāi)z體及機(jī)械雜質(zhì)，剩下的細(xì)小油滴經(jīng)過(guò)纖維聚結(jié)設(shè)備的兩級(jí)分離出，并最終上浮至集油室C和B頂部，最終符合排泄標(biāo)準(zhǔn)的水經(jīng)排放口5排到舷外。在油位檢測(cè)器8監(jiān)測(cè)到集油室A和D里的廢油達(dá)到一定位置的時(shí)候，將啟動(dòng)排油閥11把污油泵出至污油柜，集油室C和B產(chǎn)生的污油比較少，我們將采用人工方法把污油排出。</p><p>　　2.5.2油分計(jì)的工作原理</p><p>　　連續(xù)記錄油水分離器處理水中的油

50、分濃度是油分計(jì)的功能，并在處理水超過(guò)排放標(biāo)準(zhǔn)（>15ppm）時(shí)通過(guò)自動(dòng)報(bào)警器報(bào)警，并將不合標(biāo)準(zhǔn)的處理水通過(guò)三通電磁閥的啟閉自動(dòng)泄放返回艙底。目前船上的油分計(jì)有：紅外線、紫外線、激光和超聲波等多種油分計(jì)，以YNY-1型油分計(jì)為例，其工作原理如下：</p><p>　　圖2.2 YNY-1型油分計(jì)</p><p>　　工作原理：測(cè)量時(shí)，靠定時(shí)器把運(yùn)轉(zhuǎn)周期控制在120秒，120秒時(shí)，試液泵

51、及三通電磁閥啟動(dòng)，通過(guò)紅外線分析儀比較標(biāo)準(zhǔn)液與萃取液的油分濃度，并通過(guò)放大器放大，通過(guò)電訊號(hào)控制。如果處理水超過(guò)排放標(biāo)準(zhǔn)（>15ppm），報(bào)警器報(bào)警，并啟動(dòng)電磁閥，把不符合標(biāo)準(zhǔn)的處理水泄放回艙底。同時(shí)記錄器記錄處理水中的油分濃度、日期、時(shí)間，并打印在記錄紙上。</p><p>　　2.5.3自動(dòng)停止裝置工作原理</p><p>　　通常我們見(jiàn)的自動(dòng)停止設(shè)備有兩種，一種是在排放水樣超出

52、排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，15ppm報(bào)警器將報(bào)警，同時(shí)旁通回流管路被打開(kāi)、關(guān)閉舷外排放管路的同時(shí)停止污水泵；另外一種是采用電控或氣控三通閥，在排放水樣超出排放標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，15ppm報(bào)警器將報(bào)警，并在此時(shí)自動(dòng)將旁通回流管路打開(kāi)，切除舷外的排放管路，把超標(biāo)的污水導(dǎo)回至污油水柜。</p><p>　　第3章CYF 型油水分離器的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1 基本結(jié)構(gòu)</b>&

53、lt;/p><p>　　本裝置由細(xì)分離部分和粗分離部分組成,見(jiàn)圖3.1。粗分離部分主要采用機(jī)械重力分離法,傘盤(pán)組為其主要部件。細(xì)分離部分主要采用聚結(jié)法和過(guò)濾法分離,粗粒器和金屬絲網(wǎng)是其主要部件。用微孔結(jié)構(gòu)的合成材料制成了粗?；?但不相同的是其孔隙和密度,第一級(jí)比第二級(jí)的孔隙增大,增大密度,就可以逐級(jí)提高分離效果。對(duì)污水中含雜質(zhì)較多的,使用粗粒器(過(guò)濾網(wǎng)) 就可以延長(zhǎng)粗粒化元件的使用壽命。</p>&

54、lt;p>　　圖3.1 油水分離器工作原理圖</p><p>　　1-觀察器；2-頂蓋；3上排油管；4-傘盤(pán)組；5-粗分離部分；</p><p>　　6-下排油管；7-過(guò)濾網(wǎng)；8-細(xì)分離部分；9-出水管；10-本體</p><p><b>　　3.2 工作原理 </b></p><p>　　艙底油污水是來(lái)自專配套用

55、泵,通過(guò)吸入濾口切向進(jìn)入分離器中部后旋轉(zhuǎn)上升,因?yàn)榱鞒涕L(zhǎng),流速低,大油滴上浮就更容易。油污水再由上部轉(zhuǎn)向向下流經(jīng)傘盤(pán)組,由于傘盤(pán)組能夠增大濕周,增大接觸面積,油滴上浮的距離可以縮短,油滴的碰撞機(jī)率得到增加,使之成為大油滴,因而分離效果提高了。較大油滴是聚合而成的,上浮到粗分離器的頂部。含乳化油滴和微細(xì)分散油滴的油污水,經(jīng)過(guò)由濾網(wǎng)和聚丙烯吸油材料組合而成的過(guò)濾和聚結(jié)元件。油污水中含有更加小顆粒的油滴通過(guò)細(xì)濾器濾除在水中的機(jī)械雜質(zhì)同部分石蠟

56、膠狀體后,再進(jìn)入到粗粒器。親油性的高分子材料可以用來(lái)制作粗粒器,可以用來(lái)截留和吸附微小油滴。從它表面分離而出的新油滴直徑比入口的油滴直徑有很明顯的增大,從而產(chǎn)生了粗?；男Ч４至Ｆ鞯纳喜繒?huì)浮上大油滴,符合排放的標(biāo)準(zhǔn)水在經(jīng)分離器底部由通過(guò)超過(guò)頂部的出水管排出。當(dāng)在分離器頂部聚集了分離出的污油,油位檢測(cè)報(bào)警位置后被超過(guò)后,蜂鳴器報(bào)警,就可以進(jìn)行人工排油。</p><p>　　3.3 主要技術(shù)參數(shù)</p>

57、<p>　　表3-1型油水分離器主要技術(shù)參數(shù)</p><p><b>　　3.4設(shè)計(jì)要點(diǎn)</b></p><p>　　在本裝置臺(tái)架試驗(yàn)中,使用細(xì)、粗分離器頂部放油閥,可測(cè)得它們兩個(gè)分離量約為1∶20?？梢?jiàn)提高粗分離器的油水分離速度是本設(shè)計(jì)的要點(diǎn),確定最重要的部件———傘盤(pán)組的最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)。傘盤(pán)組的主要參數(shù)計(jì)算如下。</p><p>

58、;　　3.4.1 以知參數(shù)</p><p>　　選擇可分離的最小油滴直徑d′。有關(guān)資料可以參考國(guó)內(nèi)外得出,出水含油量在10mg/ L 以下時(shí),取cm。水流速度u′。本裝置處理量額定值為。傘盤(pán)的平均直徑20cm ,間距0. 3cm ,共25 片,因此水流速度 (π×20cm ×0. 3cm×25) = 0. 118cm/ s。水溫t = 15 ℃,海水密度 ,柴油密度,水在15 ℃時(shí)，

59、重力加速度，它的動(dòng)力粘性系數(shù)μ= 0. 0114g/ (cm·s) ,污水中油滴上浮速度的降低系數(shù)β= 0. 95 , 受水流不均勻性、紊流等影響的修正系數(shù)ε= 1. 4。</p><p>　　3.4.2 主要參數(shù)校核</p><p>　　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)</p><p>　　(3-1) </p&

60、gt;<p>　　因此它是屬于層流流動(dòng)狀態(tài),油滴上浮的速度可用斯托克斯公式求得</p><p><b>　?。?-2)</b></p><p>　　再求傘盤(pán)間油滴上浮速度。參見(jiàn)圖3.2 </p><p>　　圖3.2流速與上浮速度關(guān)系圖</p><p>　　傘盤(pán)母線長(zhǎng)l = 12cm ,傘盤(pán)間距b = 0.

61、 3cm ,軸截錐面底角α= 40°,傘盤(pán)間油滴上浮速度根據(jù)相似關(guān)系可得</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　　再由斯托克斯公式得</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　比較油滴上浮速度 和

62、可知,前者略大一些。因?yàn)橛臀鬯M(jìn)入傘盤(pán)組后,油滴上浮速度方向與水流速度方向接近,相對(duì)速度降低,因而分離能力提高了。已知可分離的最小油滴直徑d與計(jì)算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。</p><p>　　第4章波紋板聚結(jié)油水分離器的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1油水分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　圖4.1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)流程圖</

63、p><p>　　1-組織搗碎勻漿機(jī)；2-配水罐；3-離心泵；4-匣閥；</p><p>　　5-進(jìn)水取樣扣；6-波紋板聚結(jié)油水分離器；7出水取樣扣</p><p>　　4.1.1重力法油水分離過(guò)程的強(qiáng)化 </p><p>　　重力法油水分離過(guò)程的強(qiáng)化，在以下三個(gè)方面是最集中的：</p><p>　　（1） 依據(jù)“淺池原理”

64、的改進(jìn)</p><p>　　選用低浮升高度的多層結(jié)構(gòu)，以減少含油污水在設(shè)備中的停留時(shí)間和提高油滴濾過(guò)效率。最小油滴粒徑如果采用多層結(jié)構(gòu)脫除的可根據(jù)以下公式計(jì)算：</p><p><b>　　(4-1)</b></p><p>　　式中，B， L為多層板的寬和長(zhǎng)，其中N 為多層板的層數(shù)。</p><p>　　根據(jù)上面的式子

65、可以看出，采用多層板結(jié)構(gòu)就可以增大浮升面積，從而使表面負(fù)荷降低。多層板間的距離越窄，表面積將越大，在同樣的脫油效率情況下，可以提高處理量，或在相同處理量的條件下，油滴中粒徑更小的更易得到處理，進(jìn)而脫油效率得到了好的改善。</p><p>　　（2）聚結(jié)技術(shù)的采用</p><p>　　在油水分離過(guò)程中，粒徑越大的油滴，就有越高的脫油效率。如將含油污水中的細(xì)小油滴合并為大油滴，則脫油效率能較大

66、幅度的提高。經(jīng)濟(jì)上最合適的合并油滴的物理方法是油滴的聚結(jié)，含油污水通過(guò)填充床層是它的工作原理，表面親油的固體物質(zhì)構(gòu)成了這種填充床墊的，在填充床層的表面上會(huì)粘附污水中的細(xì)小油滴，逐步沉淀，最后變成了大油滴因此得到了加速分離。因此一般說(shuō)來(lái)，表面具有親油疏水的材料可選用當(dāng)聚結(jié)層材料，也就是說(shuō)固、油表面的接觸角應(yīng)該小于70°，此處油越小的接觸角，就會(huì)有越好親油潤(rùn)濕性能。但是接觸角也不應(yīng)該過(guò)小，否則油滴將難以依靠水流剪切力來(lái)脫離材料表面

67、，這種情況容易使聚結(jié)材料發(fā)生堵塞。常見(jiàn)的聚結(jié)法是使用粒狀材料或疏水親油性質(zhì)的纖維狀來(lái)填充聚結(jié)床，在流速一定下，通過(guò)聚結(jié)層使含油污水來(lái)達(dá)到分離油水的目的。為了防止材料堵塞問(wèn)題，我們需要定期逆沖洗。</p><p><b>　?。?） 減小</b></p><p>　　減小可以提升脫油效率，主要跟容積利用率以及池的水流紊動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。是關(guān)于雷諾數(shù)Re 的函數(shù)，該函數(shù)如下：&

68、lt;/p><p><b>　　(4-2)</b></p><p>　　層流中Re的限制為，在平行板之間的流動(dòng)里Re＜500，而在明渠流動(dòng)中Re＜300。在水流為層流狀態(tài)的時(shí)候就可以適用斯托克斯公式，隨著Re的增大，水流湍動(dòng)就會(huì)影響油中的分散油珠，運(yùn)動(dòng)軌跡就會(huì)發(fā)生變化，這將導(dǎo)致油滴隨著水流而發(fā)生無(wú)序的運(yùn)動(dòng)，為了使油滴的有效上浮，因此水流總是盡量控制在層流區(qū)，即Re＜500

69、的時(shí)候。從而在設(shè)計(jì)油水分離裝置的時(shí)候，不斷優(yōu)化布入口構(gòu)件、液構(gòu)件、以及聚結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，不斷改善油水分離器內(nèi)部的水力條件，減小雷諾數(shù)，將有利于分散油珠的聚結(jié)，并最終使除油效率提高。</p><p>　　4.1.2波紋板聚結(jié)油污水分離器的特點(diǎn)</p><p>　　若僅僅只是使用重力分離法，從文章前面的分析來(lái)看，將產(chǎn)生的結(jié)果是分離效率低，油珠上浮時(shí)間長(zhǎng)，占地面積大。本文對(duì)于波紋板聚結(jié)油水分離器的

70、設(shè)計(jì)，有效地結(jié)合了“淺池原理”和“聚結(jié)技術(shù)”，它的組成由第一級(jí)的重力分離和第二級(jí)的聚結(jié)分離。粗分離是第一級(jí)：主要選擇的新型波紋材料是表面具有疏水親油特性，在聚結(jié)板層有含油污水流經(jīng)時(shí)，一方面因?yàn)榘宓牟牧鲜遣徽秤投H油的，這樣有助于聚結(jié)增大細(xì)小的油滴，而另一方面，因?yàn)椴y板的特別結(jié)構(gòu)使得其有比水平板大很多的聚結(jié)面積，并在其表面有流體來(lái)回流動(dòng)的彎曲通道，能使分散油滴可以聚結(jié)成最大程度。波紋板水力半徑小，Re較低，當(dāng)處于較大處理量、較短停留時(shí)間

71、的條件下，層流狀態(tài)仍可以保持；細(xì)分離為第二級(jí)：由纖維材料組成的圓筒式分離材料可選用來(lái)充當(dāng)，經(jīng)過(guò)粗?；牧系奶畛?，使得流過(guò)的含油污水里的細(xì)小油滴聚結(jié)成大油滴，與水的分離在流出集結(jié)元件后。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、元件容易更換。另外，本文為了使液流分布比較均勻，以避免因?yàn)槎搪泛退澜堑仍斐傻膶?duì)油水分離產(chǎn)生的不良影響，提高油水分離的效率，還將對(duì)分離裝置內(nèi)部的各構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 </p><p>　　所采用的聚結(jié)板為錯(cuò)搭波紋板

72、、開(kāi)孔波紋板和網(wǎng)狀波紋板, 如下圖所示就是它的單板結(jié)構(gòu)的示意圖。疏水親油的不銹鋼是此波紋板的材質(zhì), 相鄰波谷或波峰間的垂直距離是12mm,波谷波峰高度差是8 mm 。網(wǎng)狀波紋板與開(kāi)孔波紋板的基本結(jié)構(gòu)和錯(cuò)搭波紋板的相同, 它們的結(jié)構(gòu)上的區(qū)別主要在于: 開(kāi)孔波紋板的表面開(kāi)有開(kāi)孔率為8% 的4 的圓孔，且是均勻的，錯(cuò)搭波紋板之表面將不做任何的處理;網(wǎng)狀波紋板的表面是密布的網(wǎng)絲狀結(jié)構(gòu)。在實(shí)驗(yàn)之前, 將波紋板波谷波峰錯(cuò)搭, 而且置于水油重力分離設(shè)

73、備入口擋板的后方180 mm處。</p><p>　　圖4.2油水重力分離器的結(jié)構(gòu)尺寸，采樣截面布置及聚結(jié)材料的放置</p><p>　　圖4.3波紋板單板結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　在此實(shí)驗(yàn)中我們所采用的是具有油水重力分離器材質(zhì)的有機(jī)玻璃, 這樣便于觀察在重力分離過(guò)程中水油兩相的流動(dòng)狀態(tài)。</p><p>　　4.1.3系統(tǒng)裝置的形式&

74、lt;/p><p>　　本文將“淺池原理”和“聚結(jié)技術(shù)”結(jié)合了起來(lái)，將斜通道波紋板作為了分離構(gòu)件，一定設(shè)備容積內(nèi)有效地得到了保證，能提供最大的油珠浮升面積，和更多的油珠聚結(jié)的機(jī)會(huì)，將水中的油珠在聚結(jié)中上浮和在上浮中聚結(jié)，加上分布均勻的內(nèi)部液流，可防止液流的短路和溝流，因此可以在較短的駐留時(shí)間內(nèi)，獲得比較高的脫油效率。</p><p>　　圖4.4橫向流進(jìn)水示意圖</p><

75、p>　　圖4.5縱向流進(jìn)水示意圖</p><p>　　在不斷深入的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，水平放置的優(yōu)點(diǎn)在于：從理論上來(lái)說(shuō)，在條件同樣的下，水平波紋板在處理效率上會(huì)比傾斜波紋板高，因?yàn)閮A斜波紋板的水平投影面板之有效的分離面積會(huì)比水平波紋板要小得多，依據(jù)淺層的沉淀原理，其效果將顯得差一些。從另一個(gè)方面說(shuō)，如果傾斜放置波紋板，由于存在傾角，對(duì)精度有較高的要求，難度大不易安裝。因?yàn)樵谶@篇文章中，我們加裝了布

76、水板在油水分離器中，其作用是分離泥沙。因此，在最后的設(shè)計(jì)方案中我們采取了波紋板的水平放置。</p><p>　　4.2波紋板聚結(jié)油水分離器的相關(guān)計(jì)算</p><p>　　首先設(shè)計(jì)流量先確定：1m3/h，設(shè)計(jì)除去最小油珠粒徑20 um，溫度：200℃ 。</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)最小的上浮速度</p><p>　　已知以下參數(shù)：20℃時(shí)，

77、水密度ρw=0.998g/cm3；油密度ρ0=0.895g/cm3；水動(dòng)力粘性系數(shù)μ=1.005×10-3N×S/m2；粘滯系數(shù)ν=1.01×10-2cm2/s，它的上浮速度根據(jù)斯托克斯公式可以計(jì)算：</p><p><b>　　(4-3)</b></p><p>　　因此油珠的粒徑為40 um 時(shí)，在20 ℃時(shí)0.0446 mm/s時(shí)其

78、浮升速度，這就是設(shè)計(jì)的最小浮升速度，但在應(yīng)用斯托克斯公式的時(shí)候，假如在這種情況下，油珠是球形的，并且是在溫度一定下經(jīng)過(guò)推導(dǎo)得出來(lái)的，同時(shí)一些水力條件還限制了。因此在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)中，由于發(fā)生了變化的實(shí)際條件，粒徑為40 um 的油珠最小的上浮速度不一定是0.0446mm/s。</p><p><b>　?。?） 板間距</b></p><p>　　波紋板在此實(shí)驗(yàn)中規(guī)格是長(zhǎng)

79、×寬：650×500 mm。從理論上來(lái)說(shuō)浮升高度，越小的油珠，越小的板間距離，則會(huì)有越好的處理效果會(huì)。但安考慮其中裝困難因素，可以知道在所查閱的參考文獻(xiàn)中板間距若在4～10 mm 為佳，如過(guò)大，則將無(wú)法分離出細(xì)小油滴；過(guò)小，則易于堵塞。因?yàn)樵O(shè)計(jì)除去的油珠的最小粒徑是20 um，較難去除，我們選擇的板間距是6 mm。因此板內(nèi)浮升時(shí)間為t1=a/u=6/0.023=269s=4.5min</p><p

80、><b>　?。?） 板組層數(shù)</b></p><p>　　在此文章中根據(jù)板的流量Q，長(zhǎng)L和寬B，調(diào)整所有的板組層數(shù)n（10-80 塊），進(jìn)而計(jì)算出板間的水平流速為v=Q/aBn，以及板內(nèi)的流動(dòng)時(shí)間t2=L/v，當(dāng)將t2 與浮升時(shí)間t1 做比較，當(dāng)t1<t2 時(shí)，代表油滴在板內(nèi)的上浮時(shí)間小于流動(dòng)時(shí)間，則油滴可以被除去。</p><p>　　在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程

81、中，油滴的浮升過(guò)程是非常復(fù)雜的，有很多的因素影響。比如油的進(jìn)出口水流、粘度、密度、不均勻性，油滴之間的碰撞、互相干擾，污水中雜質(zhì)有沉降等，因此油滴的上浮過(guò)程絕不是理想狀態(tài)，因此在應(yīng)用中應(yīng)該加以修正，才可以使油珠的上浮符合實(shí)際需要。</p><p>　　考慮到上浮速度u，受水流阻力而上浮速度u的降低系數(shù)Φ，往往取1.35～1.5；及水利條件和分離器內(nèi)的容積利用率的修正系數(shù)，往往取1.28～1.74；則1.78<

82、;Φ<2.61。在實(shí)際的情況下，因?yàn)樗鞯奈蓜?dòng)，經(jīng)計(jì)算所得的t1并不是準(zhǔn)確的，會(huì)與實(shí)際有較大的相差，根據(jù)1.78<Φ<2.61，當(dāng)取t2>t1>1.5 的時(shí)候，才可以被認(rèn)為可以去除。</p><p>　?。?） 雷諾數(shù)Re 的校核</p><p>　　雷諾數(shù)Re 參數(shù)用來(lái)表征水流的狀態(tài)。根據(jù)流體力學(xué)可以知道，流體流經(jīng)平行波紋板時(shí)，雷諾數(shù)Re=vR/ν=vω/ν

83、χ</p><p>　　式中，ω 為過(guò)水?dāng)嗝娣e；χ 為濕周；ν 是水在20℃時(shí)運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)。在本文的設(shè)計(jì)中ω=λa，χ=2ι1則Re=vω/νχ=vλa/2νι1</p><p>　　式中，λ 為波紋板的波長(zhǎng)，32mm；ι1 是一個(gè)的λ 展開(kāi)長(zhǎng)度，38mm；Re<500，為層流；Re>2000，為紊流。</p><p>　?。?） 油水分離裝置尺寸的確定

84、</p><p>　　由上面的分析得到，確定的聚結(jié)板組的尺寸為長(zhǎng)×寬×高：650×500×380，板組塊數(shù)為60 塊，板間距是6 mm，停駐時(shí)間是分離有效容積與流量的比值，一般取20min 左右。同時(shí)考慮布水板設(shè)置，進(jìn)、出水的預(yù)留空間，和細(xì)分離部分中纖維聚結(jié)器的高度，使設(shè)備結(jié)構(gòu)更加緊湊，最后確定設(shè)備外形的尺寸，長(zhǎng)×寬×高為：1000×500&#

85、215;900。裝置箱體由3 mm 厚的冷軋鋼板所制作。裝置容積的有效利用率是0.9，因此實(shí)際停留時(shí)間可以計(jì)算為：</p><p>　　t=V/Q=1.0×0.5×0.9×0.9×60/1=24.3 min (4-4) </p>&

86、lt;p>　　某些資料顯示，因?yàn)榉蛛x設(shè)備內(nèi)的壓力增加，會(huì)加重泵的排出液的乳化程度，并考慮節(jié)省能耗，檢修等因素，本設(shè)備設(shè)計(jì)將在常壓下工作。</p><p>　　4.3 主要功能構(gòu)件的優(yōu)化</p><p>　　油水分離器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)將在很大程度上影響其分離性能，因此本文對(duì)其各內(nèi)部構(gòu)件進(jìn)行了改進(jìn)，以改善裝置內(nèi)部的流動(dòng)特性，創(chuàng)造有利的水力條件。該波紋板聚結(jié)油水分離器主要由入口構(gòu)件、布液構(gòu)件、聚

87、結(jié)構(gòu)件、集油構(gòu)件及出口構(gòu)件等組成，以下是對(duì)各構(gòu)件的優(yōu)化做的詳細(xì)說(shuō)明。</p><p>　　4.3.1 入口構(gòu)件</p><p>　　在國(guó)內(nèi)，陸耀軍等人員對(duì)裝置的入口構(gòu)件實(shí)行了優(yōu)選實(shí)驗(yàn)，將在調(diào)研的基礎(chǔ)上選擇出碟式入口構(gòu)件、擋板式入口構(gòu)件、上孔箱式入口構(gòu)件、離心式入口構(gòu)件、下孔箱式入口構(gòu)件等五種構(gòu)件實(shí)行了系統(tǒng)的優(yōu)選。試驗(yàn)中使用了粒子圖象的測(cè)速技術(shù)，依據(jù)構(gòu)件對(duì)裝置內(nèi)流場(chǎng)的由不同影響，進(jìn)行了比較系

88、統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)M優(yōu)選進(jìn)行研究，最終對(duì)比分析的結(jié)果表明，下孔箱式入口構(gòu)件具有比較好的流動(dòng)特性，但同時(shí)還有一些預(yù)分離作用，這種入口構(gòu)件形式是具有工程實(shí)用價(jià)值。如離心式入口構(gòu)件，其預(yù)分離作用會(huì)相對(duì)較好，其流動(dòng)特性會(huì)好于擋板式入口件和碟形入口件，在要求有較好預(yù)分離作用的場(chǎng)合下可以考慮采用。</p><p>　　本文在設(shè)計(jì)中選用的是T型入口構(gòu)件，如下圖所示，高流速液體經(jīng)過(guò)管道1再流向管道2的過(guò)程中，速度方向會(huì)發(fā)生90°

89、;的改變，在這一過(guò)程中可將液體的大量動(dòng)能吸收掉。在管段2的外管壁上，打有放射狀小孔，從而促使了管段2在途中發(fā)生了瀉流，管末端的動(dòng)能得以減小。此外，在管段2 與分離器壁之間有一定空間，如流速仍然比較大的話，分離器壁可再次吸收流過(guò)來(lái)的液體的動(dòng)能，通過(guò)短路流和溝流的避免，來(lái)減少對(duì)流場(chǎng)的沖擊。</p><p>　　圖4.2T型入口構(gòu)件</p><p><b>　　4.3.2布液構(gòu)件<

90、;/b></p><p>　　布液構(gòu)件的主要作用是穩(wěn)定流體流態(tài)，減緩或消除流場(chǎng)中的渦流、短路流、溝流現(xiàn)象。重力式水油分離過(guò)程要主分離區(qū)有著均勻且穩(wěn)定的流場(chǎng)，若主分離區(qū)越大，流場(chǎng)越穩(wěn)定、均勻，分離效果將越好。但是入口構(gòu)件只是起到了消能作用，因此需要設(shè)置布液構(gòu)件來(lái)均勻液流。</p><p>　　孔板式：引入次構(gòu)件，能把孔板前復(fù)雜的三維流動(dòng)，非常有效地整流為相對(duì)均勻二維的平面流動(dòng)，可以明顯

91、地改善裝置的流動(dòng)特性。即使流場(chǎng)中還存在不同程度的二次渦流（是局部區(qū)域的渦流）現(xiàn)象，但返混與回流現(xiàn)象基本能消除，且該構(gòu)件具有便于制造、緊湊、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。</p><p>　　因此自行設(shè)計(jì)了穿孔布液板（見(jiàn)下圖）。其孔徑6 mm，孔中心間距25 mm，穿孔率為4.5%。在板的上下兩端各留有一定空間不打孔，上端不打孔是為了避免水流從板組上方通過(guò)。當(dāng)液流從管道進(jìn)入分離器時(shí)，因空間的增大而使流速突然下降，必然引起廢水中一

92、部分懸浮物的沉淀，下端不打孔可起到一個(gè)擋板的作用，防止水流將已沉淀的物質(zhì)沖入板組，使其堵塞。中間打孔部分能很好地起到均勻分布水流，將水流的三維運(yùn)動(dòng)變?yōu)槎S運(yùn)動(dòng)，確保流場(chǎng)的均勻穩(wěn)定。</p><p><b>　　圖4.3 穿孔板式</b></p><p>　　4.3.3 聚結(jié)構(gòu)件</p><p>　　油水分離器的核心部分是聚結(jié)構(gòu)件，而聚結(jié)材料的板

93、組結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)是制約除油效率的關(guān)鍵因素。</p><p>　　由斯托克斯公式可以得出，若油珠粒徑越是大，則脫油的效率就越是高。若可以使含油廢水中的微小油珠合并為大油珠，則能在很大程度上提高脫油效率。物理方法的油滴合并，在經(jīng)濟(jì)上說(shuō)是最最合適的，這是油滴的聚結(jié)過(guò)程，它的原理是讓含油廢水流過(guò)表面疏水的固體物質(zhì)組成的填充床，水中的微小油珠就會(huì)附著于填充床層的表面上，經(jīng)過(guò)逐步的積累，最后變成大油珠而得到了快速的分離。&l

94、t;/p><p>　　此外，波峰上浮油孔可以使油滴在近乎垂直的最短的距離浮升到液面上，而在波谷的漏渣能使塵泥下滑，從而確保了板組的通暢，加長(zhǎng)了使用的周期。沖洗的周期根據(jù)廢水中的懸浮物的濃度而定，一般說(shuō)來(lái)半年沖洗一次就可以了。</p><p>　　波紋板的波高與波長(zhǎng)之比，通常控制在1:8左右。</p><p>　　圖4.4 波紋板尺寸參數(shù)</p><p

95、>　　因?yàn)樵O(shè)計(jì)的波紋板之間距里只有6 mm，不是由現(xiàn)成的規(guī)整的模具制作得到，這給安裝板組帶來(lái)了很大的困難。最后決定把波紋板分成兩組，每組有30塊這是通過(guò)查找大量的資料和多方的詢問(wèn)。最開(kāi)始在板上打安裝孔，選用特別的長(zhǎng)螺桿進(jìn)行固定，每層之間使用墊片來(lái)保證6 mm 的間隔，因而使得30塊板組形成為一個(gè)統(tǒng)一的整體，這樣便于在分離器內(nèi)部的裝卸。</p><p>　　顯然這個(gè)方法對(duì)于實(shí)際的工程項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，工作量是非常浩大

96、的。但是對(duì)于大量的制作板組，這篇文章進(jìn)行了巧妙而簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)。</p><p>　　4.3.4集油排油構(gòu)件</p><p>　　油水分離設(shè)備在本文的設(shè)計(jì)中，處理250000 ppm 以下的具有中等濃度船的含油廢水這是它的主要作用，隨著連續(xù)運(yùn)行的水油分離裝置，水中的油連續(xù)地進(jìn)行分離，在左右兩個(gè)集油室內(nèi)進(jìn)行了聚結(jié)。油位檢測(cè)器分別配置在左右兩個(gè)集油室，控制排油閥的關(guān)閉或打開(kāi)是依據(jù)監(jiān)測(cè)到的油位的信號(hào)

97、來(lái)進(jìn)行的，間歇性的進(jìn)行排泄油。自動(dòng)排油設(shè)備由電阻式、電磁閥也稱為檢測(cè)器組成。它的工作原理如下：</p><p>　　在油水分離裝置的左右集油室里各自裝有上下兩個(gè)電極液位檢測(cè)器兩只，通過(guò)液位檢測(cè)器在油、水中與殼體之間“導(dǎo)電率”的輸出變化的不同來(lái)控制信號(hào)，從而來(lái)控制電磁閥的開(kāi)閉，最終達(dá)到自動(dòng)排油的目標(biāo)。集油區(qū)示意圖如下：</p><p>　　圖4.5 集油區(qū)示意圖</p><

98、;p>　　4.3.5 出口構(gòu)件 </p><p>　　油水分離器處理后的水從排出口排至舷外，油在油水分離器中安裝了分濃度報(bào)警器，在船舶排放的含油污水超過(guò)排放要求的時(shí)候進(jìn)行報(bào)警這就是它的作用。在油水分離裝置的運(yùn)行中，報(bào)警器會(huì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)分離處理后排出舷外的廢水含油量，通過(guò)電磁閥的開(kāi)閉可以將不符合標(biāo)準(zhǔn)的處理水自動(dòng)排放回艙底。船用油分計(jì)近幾年比較流行的有：紫外線、紅外線、超聲波和激光等。本文所采用的激光油分濃度計(jì)是荷

99、蘭I.T.T 公司生產(chǎn)的，在船上有著很是廣泛的應(yīng)用。油分濃度為0～100mg/L這是此監(jiān)控裝置所檢測(cè)的，滿足此類設(shè)備的分離要求。</p><p><b>　　4.3.6其他構(gòu)件</b></p><p>　　粗?；w維聚結(jié)器在本文是用于在了細(xì)分離這一部分，聚結(jié)元件的第一、二級(jí)采用圓筒式的，一樣的外形尺寸，將彈性尼龍纖維或滌綸纖維用于填充的粗?；牧稀５谝患?jí)聚集元件

100、填充的粗?；牧显跀?shù)量上比第二級(jí)的要少，因此第二級(jí)相對(duì)于第一級(jí)就更為聚密，也有更加小的孔隙，可以進(jìn)行分離更細(xì)微的油滴，但是堵塞也是更加容易的，因此兩者不能相互替換這是在安裝的時(shí)候應(yīng)注意到。依據(jù)使用狀況的不同，會(huì)因不同的使用狀況粗粒化器件的壽命就會(huì)不同，替換粗?；骷r(shí)因堵塞導(dǎo)致的壓差會(huì)達(dá)5×104 Pa 以上，而且通過(guò)蒸汽的加熱后清洗，壓差還是得不到降低，這個(gè)時(shí)候處理化器件則需變換。</p><p>　

101、　排泥閥再同時(shí)設(shè)置在了油水分離裝置的前端，定時(shí)或在需要的時(shí)候排泥是它的作用。</p><p>　　4.4反從沖洗裝置的設(shè)計(jì)</p><p>　　其裝置主要有一臺(tái)柱塞泵和特殊的過(guò)濾器組成。</p><p>　　圖4.6 過(guò)濾器反沖洗器</p><p>　　它主要有進(jìn)油管道中再接一個(gè)管道進(jìn)行反沖洗。其三段管路上均接一個(gè)截止閥，過(guò)濾時(shí)截止閥１關(guān)閉，

102、進(jìn)油管的截止閥２和３開(kāi)啟；當(dāng)反沖洗時(shí)，用ＰＬＣ控制自動(dòng)開(kāi)啟截止閥１關(guān)閉截止閥３，對(duì)第一級(jí)過(guò)濾器進(jìn)行反沖；開(kāi)啟截止閥１、３，關(guān)閉截止閥２，對(duì)第二級(jí)過(guò)濾器進(jìn)行反沖。沖洗完畢關(guān)閉１，又開(kāi)啟２，恢復(fù)過(guò)濾功能。</p><p>　　污水泵仍然選擇MCY14—1B斜盤(pán)式軸向柱塞泵。</p><p>　　其工作壓力可達(dá)到0.6Mpa，鑒于我們?cè)O(shè)計(jì)的油水分離器的最大工作壓力為0.25Mpa，所以我們將設(shè)計(jì)

103、安全閥來(lái)控制泵，管道和過(guò)濾器的壓力。</p><p><b>　　其模型如下：</b></p><p><b>　　圖4.6</b></p><p>　　當(dāng)時(shí)，其中為清洗泵的出口流量，為清洗泵的額定流量，為安全閥的流量。</p><p>　　當(dāng)時(shí)，先計(jì)算安全閥流量，為安全閥支路流導(dǎo)。</p&g

104、t;<p><b>　　其中——出口壓力；</b></p><p><b>　　——進(jìn)口壓力；</b></p><p>　　——安全閥的調(diào)定壓力。</p><p>　　清洗泵的額定壓力可以根據(jù)過(guò)濾器的最大工作壓力來(lái)調(diào)定，防止由于反沖洗的壓力太大而擠破過(guò)濾網(wǎng)。由于清洗泵到分離器的管路較短我們?cè)诖瞬挥懻撍难貙訅?/p>

105、力損失和局部壓力損失。</p><p>　　4.5 聚結(jié)材料的優(yōu)選</p><p>　　本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)核心是聚結(jié)波紋板填料部分，填料有廢水流過(guò)時(shí)，油珠將由小變大，這樣就可以達(dá)到了加快油水分離的目的。聚結(jié)法主要利用的是聚結(jié)材料對(duì)油和水有不同的親和力來(lái)進(jìn)行分離的，該怎樣選擇粗?；牧鲜沁@種方法的技術(shù)關(guān)鍵，以及油在材料表面形成的接觸角大小，這將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的除油效果。因此，我們必須掌握的是被

106、選材料表面的油、水的潤(rùn)濕情況。</p><p>　　聚結(jié)材料有親油疏水的性質(zhì), 油滴在通過(guò)吸附、濕潤(rùn)、碰撞和聚結(jié)的四個(gè)步驟后, 在聚結(jié)板的下表面形成一層油膜, 然后沿聚結(jié)板表面移動(dòng)和脫落, 最后上浮至分離器上部區(qū)域形成油層而得到分離。</p><p>　　若增加停留時(shí)間, 油相得濃度在分離裝置內(nèi)部隨之降低, 這樣就可以提高分離效率。在本文的實(shí)驗(yàn)條件下, 若超過(guò)40 分鐘停止的時(shí)間時(shí), 分離

107、效率和油的濃度漸漸趨于穩(wěn)定。</p><p>　　在這張文章的實(shí)驗(yàn)中, 三種板子——錯(cuò)搭波紋板、開(kāi)孔波紋板、網(wǎng)狀波紋板的聚結(jié)效果是依次下降的。由實(shí)驗(yàn)可以看出,擁有足夠的油珠浮升通道、 良好的疏水親油性、與混合相之間具有比較大的接觸面積, 是聚結(jié)結(jié)構(gòu)性能優(yōu)良的關(guān)鍵條件。</p><p>　　由上面的分析可見(jiàn)，我們首先應(yīng)了解一下接觸角的概念。</p><p><b

108、>　　4.5.1接觸角</b></p><p>　　使液體在固體的表面上形成液珠，如下圖所示，在達(dá)到平衡的時(shí)候，在固、液、氣三相的交界線處，固體與液體的表面會(huì)造成一定的接觸角，如圖中的θ角，是三相的交界線上的任意點(diǎn)O液體張力σg-1和液—固表面張力σ1-s 間的夾角。加入以滴水銀被滴于玻璃上，它幾乎會(huì)形成一個(gè)微小的球。它的接觸角就大于90°，因此，接觸角和潤(rùn)濕情況是有著密切關(guān)系的。&l

109、t;/p><p>　　我們經(jīng)常用來(lái)做為潤(rùn)濕與否的根據(jù)是接觸角θ ，明顯可以看出越是小的接觸角，就油越好潤(rùn)濕的性能。當(dāng)θ>90°時(shí)，稱為不潤(rùn)濕；當(dāng)θ<90°時(shí)候稱為潤(rùn)濕。當(dāng)e小到等于零或不存在接觸角時(shí)的時(shí)候，在固體得表面上液體就會(huì)鋪展。當(dāng)當(dāng)θ>90°時(shí)的固體稱之為憎液固體θ，而<90°時(shí)的固體稱為親液固體。所以通過(guò)測(cè)定接觸角，可以判斷材料的表面分別被水、油