机舱油水分离器的研制讲解

1、安徽工程大学本科生毕业设计（论文）专 业： 环境工程 题 目： 机舱油水分离器的研制 作 者 姓 名： 吴佳兵 指 导 老 师： 周福来 导师所在单位： 安徽工程大学 2011年 6 月 10 日安徽工程大学本科生毕业设计（论文）任务书 2011 届 生物化学工程 院 环 境 工 程 专业学生姓名： 吴佳兵 毕业设计（论文）题目中文： 机舱油水分离器的研制英文： Development of the cabin separator 原始资料本项目要求对船舶机舱油水分离器进行相关实验研究，主要适用于处理 250000ppm以下的中等浓度的船舶含油污水，要求建立的实验模型，结构简单，耐用可靠，容易

2、操作，拆装方便，价格经济。经油水分离器装置处理后的排放水含油量要小于15mg/L。我国政府颁布的环境保护法和中华人民共和国防止沿海水域污染暂行规定都作了相应的规定，船舶不准排放含油量超过15mg/L的含油污水。同时MARPOL73/78公约规定，油船含油压载水经处理到含油量低于15mg/L定义为清洁压载水。 毕业设计（论文）任务内容1.课题研究的意义：船舶污染一直占海洋污染很大的比例，产生损害海洋生物资源、危害人体健康、妨碍渔业和其他海上经济活动、损害海水使用质量、破坏环境优美等有害影响,海洋生态系统平衡遭到破坏。船舶向海中排放的污染物主要是油类。随着航运业的发展，船舶的防污染问题越来越突出，

3、船公司的安全运营问题日益重视，油水分离器是船舶的主要防污染设备，现有的船舶绝大多数是用油水分离器作为滤油设备，熟悉掌握油水分离器的原理与操作，并进一步完成与发展对油水分离器的研制开发，对防止船舶污染会起到非常重要的作用。2.主要研究内容：(1) 通过对几种备选聚结材料表面性质的研究及油在材料表面形成的接触角的测定，开发出新型的聚结材料，并制作成波纹板组。(2) 为验证所开发的聚结材料的性能并将其应用于实践，设计制作波纹板油水分离器，并且在前人研究的基础上对其局部构件进行改进，提出一种优化的波纹板聚结油水分离器的设计方案。(3）对该油水分离器进行小试规模的试验研究，并初步尝试该设备与其他含油废水

4、处理方法联用的处理效果。3.提交成果：（1）毕业设计（论文）正文；（2）至少一篇引用的外文文献及其译文；（3）附不少于10篇主要参考文献的题录及摘要。指导教师（签字） 教研室主任（签字） 批 准 日 期 接受任务书日期 2011.3.10完 成 日 期 2011.6.10接受任务书学生（签字） 吴佳兵安徽工程大学毕业设计摘要本文针对含油废水中浮油、分散油的处理，将重力法与聚结技术相结合，设计制作了波纹板聚结油水分离器，并对其内部构件如入口构件、布液构件、聚结构件、集油构件及出口构件等进行了创造性的优化设计，改善了水力条件，强化了重力油水分离过程。其中聚结构件的优化设计和聚结材料的表面改性是提高

5、油水分离效果的关键，直接影响到设备的除油效率。同时本文对该装置的运行参数进行了考察，试验表明：板间流速宜控制在 5m/h 左右。该设备对进水含油量的波动适应性强，当进水在 30200mg/L 变化时，出水含油量只有较小变化，一般小于 10mg/L。水温对出水含油量有一定影响，即温度升高，设备除油率越高。本文还将过滤、粗粒化、布气气浮三种方法分别与波纹板组聚结构件联合使用，并首次将薄板受迫振动应用于油水分离器。试验结果表明，除布气气浮外，其他三组工艺都可使出水含油量小于 5mg/L。其中加设过滤组件的去除效果最好。加设布气气浮后，因为破坏了分离器内所需的层流水力条件，而使分离效果变差。加设振动与

6、粗粒化效果相当，说明加设振动有较好的分离效果，并且不存在粗粒化材料的堵塞、吸附饱和等现象，具有非常广阔的应用前景。关键词：含油废水, 油水分离, 聚结, 接触角, 振动AbstractThe gravity and coalescence techniques are combined in this thesis to design andconstruct the oil/ water separator. The main components of the separator are madeoptimization design. The structure and surface

7、properties of the corrugated plates are crucialto oil removal efficiency of the separator.The performance of the oil/water separator is studied by experiments. The velocity ofthe flow between plates should be controlled at 5m/h. The separator has the good adjustabilityto the fluctuating oil content

8、in influent. When the oil content in influent varies from 30 to200mg/L, the oil content in effluent is generally less than 10mg/L. The temperature ofwastewater affects the oil removal efficiency. The higher the temperature of wastewater is,the better the quality of effluent is.The filtration, coales

9、cence, and floatation are combined with the corrugated plates respectively in the oil/water separator, sheet metal contact vibration is originally used in theoil/water separator as well as. The results indicate that, except floatation, the content of oil ineffluent is less than 5mg/L. The effect of

10、applying vibration closes to using coalescence,without the problems of jam and adsorption saturation. It has promising applicationforeground.Key words: oily wastewater, oil/water separation,coalescing/crude, contact angle, vibration目录摘要IAbstractII目录III图表清单V引言1第1章：绪论21.1选题的依据和意义21.1.1选题的依据21.1.2选题的意义

11、21.2机舱油水分离器在国内外的的研究现状31.2.1船舶含油废水的来源及水质特征31.2.2船舶含油废水处理技术31.3本论文主要研究内容6第2章：机舱油水分离器的优化设计72.1 油水分离器的强化分析72.1.1 油水分离过程的分析:72.1.2 采用与聚结技术相结合82.1.3 减小82.2油水分离器的选择82.2.1装置的选型92.3油水分离器的设计计算11第3章：主要功能构件的改进133.1 入口构件133.2布流构件143.3 聚结构件143.3.1 聚结构件相关介绍143.3.2 聚结构件设计选择153.4 集油排油构件及出口构件163.4.1 集油排油构件163.4.2 出口构

12、件163.5 其他构件16第4章 聚结材料的选择164.1 聚结原理164.1.1 接触角174.1.2 聚结机理174.1.3聚结材料的选择184.2 接触角的测定194.3耐腐蚀性能测试21第5章 油水分离器的试验研究225.1 试验系统的设计225.2 配水中油珠粒径的分布测试235.3船舱波纹聚结油水分离器的运行参数考察255.4油水分离器的影响因素255.4.1板间流速的影响255.4.2进水含油量的影响265.4.3温度的影响275.5 A 板与镀锌板处理效果的比较285.6稳定运行试验29第6章组合工艺试验研究296.1加设纤维球过滤组件306.2加设聚丙烯粗粒化组件316.3加

13、设布气气浮316.4加设振动32结论与展望33致谢34参考文献35附录36附录一 综述36附录二 文献原文37附录三 文献翻译43图表清单图 1-1 Performax 板式聚结器的多层斜板截面图 - -4-图1-2 CYF-B型油水滤油设备- -5-图1-3 YNY-1型油分计- -6-图2-1a,2-1b 横向流和纵向流进水示意图系- -9-图2-2 倾斜式波纹板组除油示意图- -9-图2-3倾斜聚结波纹板油水分离器剖面图- -10-图2-4 倾斜聚结波纹板油水分离器立面图- -10-图2-5 波纹板聚结油水分离器示意图 - -12-图3-1 T型入口构件平面图- - -13-图3-2组装

14、波纹板的子母扣示意图- -15-图4-1液体在固体表面上气、液、固三相上界面张力的平衡- -16-图4-2水银滴在玻璃上的接触角- -17-表4-1 油、水分别与待选材料的接触角- -19-图4-3,4-4,4-5,4-6油滴、水滴在镀锌板和A 板上的接触角- -19-图4-7 镀锌板试片和A板的极化曲线对比- -21-图5-1 试验系统流程图- -21-图5-2 含油量吸光度标准曲线- -22-表5-1 进、出水含油量随静置时间变化的数据- -23-图5-3a，5-3b 进、出水的油珠粒径- -24-图5-4 板间流速对出水含油量及去除率的影响-25-图5-5 进水含油量对去除率及出水含油量

15、的影响-26-图5-6 废水温度对出水含油量的影响-27-表5-2 不同板组在相同板间流速下的处理效果比较-28-图5-7 稳定运行进出水变化-29-表6-1 纤维球规格- -29-图6-1加设过滤组件后的处理效果- -30-图6-2加设粗粒化组件的处理效果- -31-图6-3 加设布气气浮后的处理效果- -32-图6-4加设振动时对含油废水的处理效果- -32-V安徽工程大学毕业设计引言随着世界经济的飞速发展，国际贸易猛增，贸易量的大部分是由海运来承担。船舶数量的增加，直接影响到海洋环境。为防止船舶造成的海洋污染，国际防污公约及我国有关船舶防污染法规定：凡 150 总吨及以上的油船和 400

16、 总吨及以上的非油船，机舱必须设置油水分离装置和油分浓度报警器。机舱含油污水经油水分离装置分离处理，使其油分浓度小于 15 ppm 再排放入海，当大于 15 ppm 时，油分浓度报警器发出警报，并自动关闭舷外排出阀或停止污水泵运转。船舶向海中排放的污染物主要是油类。油轮的逸油及各类引擎油、机械油及油脂等，特别是油轮洗舱的残渣及油水混合物、混有油类的压舱水、洗舱水等，都是船舶通常向海中排放的污染物。船舶油污染是海洋环境污染的重要根源之一，其对海洋环境的威胁是巨大的，国际环境法学者亚历山大基斯称海上石油运输“是可能对环境和人类健康造成最严重损害的两个领域”之一。 含油废水处理的难易程度随其来源及油

17、污的状态和组成不同而有差异。其处理方法按原理可分为物理法 （沉降、机械、离心、粗粒化、过滤、膜分离等）； 物理化学法 （浮选、吸附、离子交换、电解等）；化学法 （凝聚、酸化、盐析等）； 生物化学法（活性污泥、生 物滤池、氧化塘等）。国内外常见的处理方法有：重力分离法、聚结法 （粗粒化法）、凝聚法、气浮法、电絮凝法、膜分离方法、水力旋流等。含油废水的处理方法虽然较多，但各种方法都有其局限性，在实际应用中通常是几种方法联合分级使用，使出水水质达到排放标准。 多年来重力分离法作为一种基本而简便的物理除油方法，不消耗药剂，无二次污染，运行维护费用低，一直是国内外学者研究的热点，本文将重力法与聚结技术相

18、结合，设计制作了波纹板聚结机舱油水分离器，并对分离器的内部构件如入口构件、布液构件、聚结构件、集油构件及出口构件等进行了创造性的优化设计，改善了水力条件，强化了重力油水分离过程。第1章 ：绪论1.1 选题的依据和意义1.1.1 选题的依据辽阔的海洋占地球表面面积的71%，海洋与人类的关系甚为密切，生命起源于海洋，而多少世纪以来，人们一直把它视为倾倒垃圾废物的无底洞，又依赖它的取之不尽的雨水源。但海洋本身是很脆弱的，自净能力有限。当今，在人类科技迅猛发展时期，人类的开发从陆地延伸于海洋。自本世纪五十年代以来，随着经济和科学技术的迅猛发展，海洋正逐步承受着不同程度的污染和破坏，人们的活动正在改变这

19、海洋的性能，这个事实已引起了国际间的关注。造成海洋环境污染的形式有多种多样，最为普遍的形式是陆源污染物排放，海洋资源开发勘探污染排放，船舶污染物排放及船舶事故造成污染。这些直接和间接地把污染源引入海洋，已造成或可能造成损害生物资源和海洋生物、危害人类健康、妨碍捕鱼和海洋的其他正当用途在内的各种海洋活动。 船舶污染一直占海洋污染很大的比例，船舶污染是指因船舶操纵、海上事故及经由船舶进行海上倾倒致使各类有害物质进入海洋,产生损害海洋生物资源、危害人体健康、妨碍渔业和其他海上经济活动、损害海水使用质量、破坏环境优美等有害影响,海洋生态系统平衡遭到破坏。船舶向海中排放的污染物主要是油类。油轮的逸油及各

20、类引擎油、机械油及油脂等，特别是油轮洗舱的残渣及油水混合物、混有油类的压舱水、洗舱水等，都是船舶通常向海中排放的污染物。船舶油污染是海洋环境污染的重要根源之一，其对海洋环境的威胁是巨大的，国际环境法学者亚历山大基斯称海上石油运输“是可能对环境和人类健康造成最严重损害的两个领域”之一。 油水分离器装置处理后的排放水含油量要小于15mg/L。我国政府颁布的环境保护法和中华人民共和国防止沿海水域污染暂行规定都作了相应的规定，船舶不准排放含油量超过15mg/L的含油污水。同时MARPOL73/78公约规定，油船含油压载水经处理到含油量低于15mg/L定义为清洁压载水。1.1.2 选题的意义船舶行驶时会

21、排放大量的油而污染水域，含油污水对环境的污染主要表现在对生态系统和自然环境的严重影响。流到自然水体中的可浮油，形成油膜后会阻碍大气复氧，断绝水体氧的来源；而水中的如花油和溶解油，由于需氧微生物的作用，在分解过程中消耗水中溶解氧，是水体形成缺氧状态，以致鱼类和水生物难以生存。所以必须对船舶含油废水加以处理，达到标准后才能排放。随着航运业的发展，船舶的防污染问题越来越突出，船公司的安全运营问题日益重视，油水分离器是船舶的主要防污染设备，现有的船舶绝大多数是用油水分离器作为滤油设备，熟悉掌握油水分离器的原理与操作，并进一步完成与发展对油水分离器的研制开发，对防止船舶污染会起到非常重要的作用。1.2

22、机舱油水分离器在国内外的的研究现状1.2.1 船舶含油废水的来源及水质特征船舶含油废水包括油船的压载水、洗舱水和舱底水。废水中不同形态的油有着不同的理化性质，在很大程度上决定了相应处理的选择。通常油类在水中主要以五种状态分布。（1） 浮油： 这种油在水中分散颗粒较大，油粒径一般大于 100 um，静置后能较快上浮，以连续相的油膜漂浮在水面。（2） 分散油： 油在水中的分散粒径为 10100um，以微小油珠悬浮于水中，不稳定，静止一定时间后往往形成浮油。（3） 乳化油： 油珠粒径小于 10 um，一般为0.12 um。往往因水中含有表面活性剂使油珠形成稳定的乳化液。乳化油的稳定性取决于废水的性质

23、及油滴在水中分散度，分散度愈大愈稳定。（4） 溶解油： 油以分子状态或化学方式分散于水体中，形成稳定的均相体系，粒径一般小于几微米。（5） 固体附着油： 吸附于废水中固体颗粒表面的油。1.2.2 船舶含油废水处理技术含油废水处理的难易程度随其来源及油污的状态和组成不同而有差异。其处理方法按原理可分为物理法 （沉降、机械、离心、粗粒化、过滤、膜分离等）； 物理化学法 （浮选、吸附、离子交换、电解等）；化学法 （凝聚、酸化、盐析等）； 生物化学法（活性污泥、生 物滤池、氧化塘等）。国内外常见的处理方法有：重力分离法、聚结法 （粗粒化法）、凝聚法、气浮法、电絮凝法、膜分离方法、水力旋流等。含油废水的

24、处理方法虽然较多，但各种方法都有其局限性，在实际应用中通常是几种方法联合分级使用，使出水水质达到排放标准。多年来重力分离法作为一种基本而简便的物理除油方法，不消耗药剂，无二次污染，运行维护费用低，一直是国内外学者研究的热点，下面重点介绍重力油水分离技术的发展过程。1）API 型油水分离池（平流式隔油池）API 型油水分离池是由 API（American Petroleum Institute）研制出来的装置。在构造方面，为回收漂浮的油而增加了回转式集油管，其它则与平流式沉淀装置完全相同。目前此类型装置在国内钢铁企业应用较多。平流式隔油池占地面积大，构造简单，维护容易、使用较为方便，除油效率达

25、60-70，可除去的最小油滴粒径为 100-150m。缺点是占地面积大。2）PPI 型油水分离池所谓 PPI 型油水分离池（平行板式隔油装置，Parallel Plate Interceptor），是由壳牌（Shell）石油公司于 1950 年研制出来的斜板式油水分离池。它是在平流式隔油池内沿水流方向安装数量较多的倾斜平行板，不仅增加有效分离面积，而且也提高了整流效果。斜板间距为 100mm，倾角为 45。在斜板内被分离的油，沿着斜板的下面上升，而后收集到捕油顶盖内，再从顶盖一端的溢流管流出，从而回收原水中的油珠。这种装置可去除大于 80m 的油珠。3）CPI 型油水分离池CPI（Coagul

26、ated Plate Interceptor）为波纹斜板式隔油装置，也是由壳牌（Shell）石油公司研制出来的一种斜板式油水分离池。和 PPI 型油水分离池一样，它也是一种斜板式分离装置。但斜板的形状不是平板，而是波纹板。而且，由于斜板的间距为 2040mm，所以可以使每单位容积的分离面积增大。设计分离大于 60m 的油珠。其优点是油水分离效果好，停留时间短(一般不超过 30 分钟)，占地面积小。4）CPS聚结板分离器英国 Fram 公司于 70 年代初开发了先进的聚结板分离器（Coalescing Plate Separator）其中的聚结元件为一叠 V 型板，聚结板由玻璃纤维制成，板上有放

27、液孔，允许聚结油滴垂直穿过板。该设备主要适合处理含油量在 200-1000mg/L 的污水，出口水质在50mg/L 左右。通过现场应用证明了其独特的优越性，使油水分离向前迈进了一大步。5）Performax 板式聚结器到了 80 年代，美国 C-E NATCO 公司开发了商标为 Performax 的板式聚结器，这是一种错流设备。其聚结部分是由多层斜板重叠而成（如图 1-1），与单层板式聚结器相比，可大大提高分离效率，而且不易阻塞。聚结部分可由不同材料制造，如聚丙烯、不锈钢和碳钢。在相同的运行条件下，该装置的处理能力远远大于以往的分离器，成为油水分离向高效、小型化发展的关键技术。 图 1-1

28、Performax 板式聚结器的多层斜板截面图Fig.1-1 Inclined plates in Performax coalescing separator (sectional view)重力分离法主要适用于浮油和机械乳化分散于水中的油珠分离，重力分离法是去除水中浮油、分散油的传统方法，从工业实用的角度来看，利用水和油密度差的重力分离过程最为经济，并且国内外经验表明，这种方法处理的效果是较好的。重力分离法经过几十年来的不断完善，以其无可比拟的优点在国内外已广泛应用，而重力分离与聚结技术相结合后，最大程度地提高了除油效率，成为当今油水分离领域的研究热点。其中聚结材料的表面性质，是影响油水分

29、离效率的重要因素。继平流式隔油池之后，以上所提到的几种重力式分离设备，都是将重力分离与聚结技术相结合，并且随着油水分离设备的发展，两者结合得越来越紧密，从而大大地提高了除油效率。但同时在应用中也存在一些问题，如不能同时兼顾聚结材料的亲油疏水性、耐腐蚀耐老化及经济性，分离器内部的水力条件仍不够理想等问题，需要进一步优化和改进。机舱油水分离器主要由滤油设备、油分计（报警器和记录器组成）和自动停止装置组成，其工作原理如下。1.滤油设备工作原理滤油设备的主要功能就是将油分从含油污水中分离出来，其分离原理有重力分离法、聚结分离法、过滤法以及吸附法等。目前船用滤油设备绝大多数采用重力分离法，再加上聚结或过

30、滤或吸附等组合方式，以CYF-B型滤油设备为例，该系统采用重力分离与聚结分离相结合的方法。其工作原理如(图一)所示：图1-2 CYF-B型油水滤油设备1泄放阀；2蒸汽冲洗喷嘴；3安全阀；4板式聚结器；5清洁水排出口；6油污水进口；7加热器；8油位检测器；9集油室A；10手动排油阀；11自动排油阀；12污油排出管；13集油室D；14纤维聚结器；15隔板；16细滤器；17泄放阀工作原理：油污水经进口6进入集油室A后，粗大油滴随即上浮进入集油室顶部，含有小颗粒的油污水向下流动经过板式聚结器4进行粗分离，形成较大油滴上浮集中到集油室D，其余污水经过细滤器16，滤除机械杂质及部分石蜡胶体，剩余的细微油粒

31、经过纤维聚结器的两级分离分离出来，最终上浮在集油室B和C顶部，最后符合排放标准的水从排放口5排至舷外。当油位检测器8检测到集油室A和D里的污油达到一定位置时，启动排油阀11将污油泵至污油柜，集油室B和C产生的污油较少，采用人工方法将污油排出。2.油分计的工作原理油分计的功能是能连续记录油水分离器处理水中的油分浓度，并在处理水超过排放标准（15ppm）时通过自动报警器报警，并将不合标准的处理水通过三通电磁阀的启闭自动泄放返回舱底。目前船上的油分计有：红外线、紫外线、激光和超声波等多种油分计，以YNY-1型油分计为例，其工作原理如（图二）图1-3 YNY-1型油分计工作原理：测量时，靠定时器把运转

32、周期控制在120秒，120秒时，试液泵及三通电磁阀启动，通过红外线分析仪比较标准液与萃取液的油分浓度，并通过放大器放大，通过电讯号控制。如果处理水超过排放标准（15ppm），报警器报警，并启动电磁阀，把不符合标准的处理水泄放回舱底。同时记录器记录处理水中的油分浓度、日期、时间，并打印在记录纸上。3.自动停止装置工作原理 常见的自动停止装置有两种，一种是采用气控或电控三通阀，当排放水样超过排放标准时，15ppm报警器报警，同时自动打开旁通回流管路，切断舷外排放管路，将超标污水导回污油水柜；另一种是当排放水样超过排放标准时，15ppm报警器报警，同时打开旁通回流管路、关闭舷外排放管路的同时停止污水

33、泵。1.3 本论文主要研究内容1） 通过对几种备选聚结材料表面性质的研究及油在材料表面形成的接触角的测定，开发出新型的聚结材料，并制作成波纹板组。2） 为验证所开发的聚结材料的性能并将其应用于实践，设计制作波纹板油水分离器，并且在前人研究的基础上对其局部构件进行改进，提出一种优化的波纹板聚结油水分离器的设计方案。3） 对该油水分离器进行小试规模的试验研究，并初步尝试该设备与其他含油废水处理方法联用的处理效果。第2章：机舱油水分离器的优化设计2.1 油水分离器的强化分析2.1.1 油水分离过程的分析:由于重力法脱除水中的油珠，其基本原理是利用油、水密度的差异，而使油滴浮升分离。对一定粒径的油珠来

34、说，在层流条件下，油珠浮升符合斯托克斯（Stocks）公式： 又由隔油池的表面积：A=a*Q/u A隔油池表面积，m2Q 废水设计流量，m3/hu油珠的设计上浮速度，m/h对隔油池表面积的修正系数，该值与池容积利用率和水流紊动状况有关，1。那么对某一粒径的油珠，其脱除效率可表示为：可以看出，当一定时，脱油效率只与油滴粒径d0及表面负荷Q/A有关，而与油滴浮升高度无关 (即所谓“浅池原理”)。因此，重力法油水分离过程的强化，就集中于以下三个方面：1依据“浅池原理”的改进可以采用低浮升高度的多层结构，以提高油滴脱除效率和缩短含油采出水在设备中的停留时间。采用多层结构可以脱除的最小油滴粒径可依下式计

35、算：L，B 多层板的长和宽，mn多层板的层数从式可以看出，采用多层板结构，增大浮升面积从而降低表面负荷。多层板间距越窄，表面积就越大，在相同处理量下，可以脱除粒径更小的油滴，从而提高其脱油效率；或在相同的脱油效率条件下，处理量可以提高。多层板油水分离器的板间距一般为40-60mm。斜板隔油池就属这类除油设备，但由于板间距较大，且不能十分保证水流分布均匀，故其处理效率不高，设备也不能紧凑化。2.1.2 采用与聚结技术相结合从式还可以看到，油滴粒径越大，则脱油效率越高。如能使含油污水中的细小油滴合并为大油滴，则能使脱油效率得到较大幅度的提高。采用物理方法使油滴合并，从经济上讲是最合适的，这就是油滴

36、的聚结，其原理是让含油污水通过由表面亲油的固体物质构成的填充床层，水中细小油滴就会粘附在填充床层表面上，逐步积累，变成大油滴而得以加速分离。一般来说，聚结床层所用材料应是表面亲油疏水的物质，即油、固表面接触角应小于70，接触角越小，亲油润湿性能越好。当然接触角也不能过小，否则油将难以靠水流剪切力离开材料表面，这样易造成聚结材料的堵塞。常规的聚结法是采用亲油疏水性质的粒状或纤维状材料填充聚结床，在一定流速下，使含油废水通过聚结床来达到油水分离的目的。为避免材料堵塞问题，需定期反冲洗。2.1.3 减小由式可知，减小，可提高脱油效率。主要与池容积利用率和水流紊动状况有关。是雷诺数Re的函数 在明渠流

37、中当Re300；在平行板间的流动中当Re500时，为层流。Stocks公式仅适用于水流运动为层流状态时，随着雷诺数的增大，分散油珠受水流湍动影响，运动轨迹发生变化，导致油珠随水流发生无序运动，为了保证油珠的有效上浮，总是尽可能将水流控制在层流区域（Re500）。因此在设计上，不断完善入口构件、布液构件及聚结构件等的结构，改善油水分离器内部的水力条件，减小雷诺数，从而减小，有利于油珠的聚结，最终提高除油效率。2.2 油水分离器的选择本文拟设计的波纹板聚结油水分离器，正是将“浅池原理”和“聚结技术”有效地相结合，选用表面具有亲油疏水性质的新型波纹板材，当含油废水通过聚结板堆时，一方面由于板材料亲油

38、而不粘油，不仅有利于细微油珠的聚结增大，而且泥渣可依靠重力下滑，板堆间隙不易堵塞，无需经常反洗。另一方面，由于波纹板的特殊结构使其具有比平板大得多的聚结表面积，并提供了流体在上面来回流动的曲折通道，使分散油珠产生最大程度的聚结。波纹板的水力半径小，雷诺数较低，在较大处理量、较短停留时间条件下，仍保持层流状态。此外，本文还将对分离器内部的各构件进行优化设计，使液流分布比较均匀，以避免由于短路和死角等造成的对油水分离的不良影响，提高油水分离效率。2.2.1 装置的选型目前水处理中常见的波纹板油水分离器有两种形式：水平放置和倾斜放置。根据板间水流方向又可分为横向流和纵向流（见图 2-1a、b）。第

39、1 章绪论中所提到的 CPI 油水分离器就属于倾斜放置的，而水流方向与波纹走向垂直的纵向流设备，这种形式的波纹板只是相对于斜平板增加了板的分离面积，并不能产生近似于正弦波似的水流。而采用横向流进水方式不仅增大了聚结面积，而且波纹板的曲折通道迫使水流形成特殊的流态，从而增大油珠间的碰撞几率，促使小油珠的聚结。同时考虑到泥渣靠自重的滑落，最理想的方式是横向流倾斜放置的波纹板，其工作方式见图 2-2。 图2-1a 横向流进水示意图 图2-1b 纵向流进水示意图图2-2倾斜式波纹板组除油示意图在最初设计时，通过文献的查阅，确定倾角为45(如图 2-3)，为了充分利用空间，设计采用在垂直方向上布置进水、

40、聚结分离、出水（如图 2-4 所示），从工程角度来看，占地小，高效实用，但对试验研究来说，不便于板组的更换和观察。2.3 油水分离器的设计计算为了尽量保证分离器内的水力条件与实际相当，设备的小试规模不能太小。因此首先确定设计流量：1 m3/h ，设计除去最小油珠粒径20m，温度：20。（1）设计最小上浮速度已知参数：20时，水密度w =0.998g/cm3；油密度o =0.895g/cm3；水动力粘性系数=1.00510-3NS/m2；运动粘滞系数=1.0110-2cm2/s，根据Stocks公式可计算出其上浮速度u：u=9.81(0.998-0.895)103(2010-6)2/181.00

41、510-3=0.0223 mm/s所以粒径为20m的油珠，在20时的上浮速度为0.0223mm/s，此即设计最小上浮速度，但Stocks公式的应用，是在一定温度下，假设油珠为球形的情况下推导出来的，同时还受水力条件的限制。因此在试验中，随实际条件的变化，粒径为20m的油珠上浮速度并不一定为0.0223mm/s。在此最小上浮速度0.0223mm/s只作为理想条件下的设计参数。（2）板间距所购买的波纹板的规格为长宽：900500mm。从理论上说，板间距越小，油珠的浮升高度越小，处理效果越好。但同时考虑安装困难的因素，所查文献认为，板间距在410mm为佳，过小，则易于堵塞；过大，则无法分离细微油珠。

42、因设计除去油珠最小粒径为20m，较难去除，我们选择板间距为6mm。则板内上浮时间t1= a/u=6/0.023=269s=4.5min。（3）板组层数按照常规的斜板沉淀池计算，应先选定表面负荷Kp，在波纹板的B、L一定的情况下，再根据Kp=Q/nBL，计算出板组层数。但本文设计板间距为6mm，设计除去最小油珠粒径为20m，其表面负荷率Kp较常规斜板沉淀池的Kp要小得多，无法采用常规的Kp参数。因此，本文根据板的长L和宽B，流量Q，调整不同的板组层数n（10-80块），从而计算出相应的板间水平流速v=Q/aBn，及板内流动时间t2=L/v（见表2-1），再将t2与上浮时间t1相比较，当t2 t1

43、时，表示油珠在板内的流动时间大于上浮时间，则油珠可以被去除。在实际运转过程中，油珠的上浮过程是十分复杂的，影响因素很多。如油的密度、粘度，进出口水流得不均匀性，油珠之间的互碰撞、干扰，污水中杂质的沉降等，因此油珠的浮升过程决不是理想状态，所以在应用中必须修正，才使油珠上浮符合实际。考虑上浮速度u，受水流阻力上浮速度的降低系数，常取1.35-1.5；及分离器内容积利用率和水利条件的修正系数，常取1.28-1.74；则1.782.61，表2-1中利用板内流动时间t2与上浮时间t1的比值来选取，理论上，当t2t1时，油珠即在板的下表面展开成膜，认为被去除。但在实际情况下，由于水流的紊动，计算所得的t

44、1并不准确，与实际相差较大，根据1.782.61，本文取t2/t12时，才可认为被去除。从表2-1种可以看出，当板组层数n60时，都可满足t2/t12。板组数太多，则处理效率低，费用增加。因此最终取板组层数n=60。（4）雷诺数Re的校核雷诺数Re是表征水流状态的参数。由流体力学知，流体在平行波纹板间流动时，雷诺数:Re=vR/=v/过水断面积；水在20时的运动粘滞系数；湿周。又在本设计中 =a，=2l1则 Re =v/=va /2l1波纹板波长，32mm；l1一个的展开长度，38mmRe500，为层流；Re2000，为紊流。从计算表中可以看出Re均小于500，说明采用波纹板组能很好地满足层流

45、运动，水力条件较好。（5）油水分离器尺寸的确定据以上分析，确定聚结板组尺寸长宽高：900500420，板组层数为60块，板间距为6mm，停留时间为分离有效容积与流量的比值，一般取20min左右。同时考虑进、出水预留空间及布水板设置，尽量使设备结构紧凑，最终确定设备外形尺寸长宽高：1500500500。图2-5为波纹板聚结油水分离器的设备示意图。设备箱体采用3mm厚的冷轧钢板制作。取装置容积有效利用率为0.9，则实际停留时间为：t=V/Q=1.50.50.50.9/160=19.6min第3章：主要功能构件的改进3.1 入口构件其功能主要是吸收进入设备高速液流的动能，稳定流态，减少入口射流对流场

46、的冲击。实际上，一台性能良好的分离设备应该是各种构件相互协调、流场流态平稳，这样才能最大限度地发挥分离设备的潜能。所以说入口构件也可称之为分离区的必要组成部分。事实上，入口构件设置的优劣不仅影响分离设备的流态，而且对其分离效率也有着很大的影响。本文设计了 T 型入口构件如图3-1，高流速液体首先进入管段 1，进入管段 2 后，其速度方向被迫发生90改变，这一过程可吸收大量动能。同时在管段 2的管壁上，以管轴线为中心打有放射状小孔，使得管段 2 沿途发生泻流，减小管末端的动能。另外管段 2 与分离器壁有一定距离，如流速仍过大，分离器壁可再次吸收来液动能，避免短路流和沟流，减少对流场的冲击。 图3

47、-1 T型入口构件(平面图)3.2布流构件布液构件主要起着稳定流体流态，消除或减缓流场中的沟流、短路流和涡流现象的作用。重力式油水分离过程要求主分离区的流场应均匀、稳定，且主分离区愈大，流场愈均匀、稳定，分离效果愈好。而入口构件只能起到消能作用，所以需设置布液构件来均匀液流。因此自行设计了穿孔布液板。其孔径 6 mm，孔中心间距 25 mm，穿孔率为 4.5%。在板的上下两端各留有一定空间不打孔，上端不打孔是为了避免水流从板组上方通过。当液流从管道进入分离器时，因空间的增大而使流速突然下降，必然引起废水中一部分悬浮物的沉淀，下端不打孔可起到一个挡板的作用，防止水流将已沉淀的物质冲入板组，使其堵

48、塞。中间打孔部分能很好地起到均匀分布水流，将水流的三维运动变为二维运动，确保流场的均匀稳定。3.3 聚结构件3.3.1 聚结构件相关介绍聚结构件是油水分离器的核心部分，而聚结材料的表面性质和板组结构是影响除油效率的重要因素。关于聚结材料的选择将在后面做讨论，本节只讨论聚结构件的结构。由 Stocks 公式可以看出，油滴粒径越大，则脱油效率越高。如能使含油污水中的细小油滴合并为大油滴，则能使脱油效率得到较大幅度的提高。采用物理方法使油滴合并，从经济上讲是最合适的，这就是油滴的聚结，其原理是让含油污水通过由表面亲油的固体物质构成的填充床层，水中细小油滴就会粘附在填充床层表面上，逐步积累，变成大油滴

49、而得以加速分离。聚结分离法的分离元件可以是纤维状材料，也可是粒状材料，实际使用过程中这两种形式都将不可避免地产生吸附饱和或者堵塞现象，从而导致分离设备失效，需要不断更换聚结材料，这种现象发生是由其分离原理所决定的。而与重力分离法相结合，采用板状聚结材料重叠组合来增大接触面积，促进油珠聚结增大，可提高分离效率，避免流通通道堵塞，也不存在吸附饱和现象，因而能够实现工艺处理过程的连续操作。油珠浮集分离的过程大体是这样的，由于波纹板表面是亲油的，因此首先在波纹板表面形成一层油膜，随着水流的不断经过，油膜逐渐加厚，借助油的表面张力形成一定大小油珠之后，受油珠本身浮力及水流的冲力使油珠脱落，随水流经波峰处

50、浮油孔上浮。再者由于波纹板是波浪形，其提供的曲折通道使水流呈近似于正弦波状态地流动，流向不断发生变化，增加了油珠之间的碰撞机率，促使小油珠变大，加快油珠的上浮速度，达到油水分离的目的。另外，在波峰上的浮油孔可使油珠以近乎垂直的最短的距离上浮到液面，而在波谷的漏渣孔可使沉渣下滑，以确保板组的通畅，延长使用周期。冲洗周期视废水中悬浮物浓度而定，一般半年冲洗一次即可。波纹板的波长与波高之比，一般控制在 8.0 左右。3.3.2 聚结构件设计选择本设计采用经表面处理后的波纹板组水平放置，除具有聚结材料所要求的表面亲油疏水的性质外，波纹板的特殊结构为油水分离提供了有利条件。它与常规重力除油技术相比主要特

51、征是：因为水平波纹板间距只有几毫米，上升高度小，可以分离直径为 20 um 以上的油珠，并且因为水流流向是不断变化的，可产生近似于正弦波的水流，使小油珠相互碰撞成大油珠上浮得以分离去除。由于设计的波纹板间距只有 6 mm，又不是由规整的现成模具制作而成，给板组的安装带来很大困难。经过查阅大量资料和多方询问，最终将波纹板分两组，每组 30 块。首先在板上打安装孔，采用特殊的长螺杆固定，层与层之间用垫片保证 6 mm 的间距，从而使30 块板组成为一个整体，易于在分离器内的装卸。显然这一方法对实际工程来说，工作量十分浩大。对大量制作板组，本文进行了简单而巧妙的设计。如图 5，这是一个类似于子母扣的

52、设计，在上一层板的下表面有一个突出物，而在下一层板的上表面有一凹槽，这样的子母扣四个角上各一个，其高度与板间距相等，既可作为板之间的支撑物，精确保证了板间距，又可将板组间变得连为一个整体。用模具生产成型方法可非常容易地实现工业大批量生产。 图3-2组装波纹板的子母扣示意图3.4 集油排油构件及出口构件3.4.1 集油排油构件本文所设计的油水分离器，主要适用于处理 250000 ppm以下的中等浓度的船舶含油污水，随着油水分离器连续运转，不断将水中的油分离出来，并聚结在左右集油室内。在左右集油室分别有油位检测器，根据检测到的油位信号，控制排油阀打开或关闭，间歇的进行排油。自动排油装置由电阻式也为检测器、电磁阀组成。其工作原理如下：在油水分离器左右集油室中各装有上下电极液位检测器 2 只，利用液位检测器在水、油中与壳体之间的“导电率”的变化输出不同的控制信号，来控制电磁阀的开闭，而达到自动排油的目的。3.4.2 出口构件经油水分离器处理后的水从排出口排至舷外，为确保船舶排放的含油污水符合排放要求，设计的分离器安装了油分浓度报警器。在油水分离设备的运转过程中，自动检测分离处理后排出舷外的污水含油量，不合标准的处理水通过电磁阀的启闭自动泄放回