容器组合式油水旋流分离器的结构设计与三维实体模拟

1、摘要目前，采油污水的处理问题已成为石油工业上游行业经常面对的一个生产性问题。在众多的采油污水单元处理技术中，基于水力旋流器的离心分离技术因其占地面积小、无运动部件而得到了广泛应用。由于单根水力旋流管的处理能力有限，因此工程实际中往往将多根水力旋流管并联组合，压力容器组合式结构因其结构紧凑、便于运输安装而被众多用户青睐。本设计将在查阅大量文献资料的基础上，了解国内外各种典型的油-水分离单元处理的方法和技术。通过阅读相应的国外专利资料，收集目前所用的各种类型单体旋流管的结构与尺寸及水力旋流器中单体旋流管的排布情况。以Cyclotech公司的B20系列脱油型水力旋流器结构为基础，通过比较与分析，选出

2、最优的结构设计方案，解决了有限空间内污水在各水力旋流管入口的分配、各水力旋流管溢流口液体的收集和外排等结构布局问题。参考管壳式换热器的布管方式、管板设计等方面的知识，依据GB150-1998钢制压力容器，完成了设备的直径、壁厚、隔板、封板、法兰、鞍座等一系列所需元件的结构设计、选择和强度校核；在此基础之上，使用Auto CAD软件绘制了设备装配图和主要零部件图纸，并使用NX UG软件进行三维实体模拟。整个论文的工作为了国内一般厂家自主设计研制容器组合式旋流分离器去除含油污水提供了一定的参考借鉴。AbstractNowadays, produced water treatment has bec

3、ome a production problem which is often faced in the oil industry. Among the many units treatment technology of produced water, because of its small size and no moving parts,hydrocyclone separation has been used widely. As a single hydrocyclone tube capacity is limited, so management of multiple hyd

4、rocyclones have been arranged in parallel combinations in engineering practice.Pressure vessels attracted many users because of its modular structure,compact structure and easy transportation.The design will be access on the basis of large number of documents,understanding of typical oil - water sep

5、aration unit of processing methods and technologies.By reading the foreign patents currently, collected various types of single hydrocyclone tube structure and the size and hydrocyclone vortex tubes in the single arrangement. Make Cyclotech's B20seriesDeoilhydrocycloneas a starting point, the au

6、thor compared and analyzed the structure and selected a better structural design to solved the hydrocyclone wastewater inlet distribution within the limited space ,the structure problem of collected liquid of hydrocyclone overflow and outer. Learning from relevant knowledge of heat exchangerspiping

7、means and other sheet design,according to GB 150-1998 Steel Pressure Vessels,the author completed the equipment diameter,wall thickness,diaphragm,seal plates,flanges,saddles and a series of components required for the structural design,selected and made strength check. On the basis,the author comple

8、ted equipment assembly drawings and drawings of the main components by Auto CAD and use the NX UG to simulate three-dimensional solid simulation work and NX UG software.The paper work was a reference for design oil-water hydrocyclone separator of containers combined to remove oily water in general d

9、omestic manufacturers.Key words: produced water, hydrocyclones, structural design,physical simulation目录第一章引言1.1 含油污水的处理背景及意义11.2 含油污水常规的处理方法和技术21.3 国内外的压力容器组合式除油设备101.4 本文的工作内容14第二章水力旋流管结构的选择及设计方案的论证2.1 水力旋流管单体结构选择与设计152.2 管束与各腔室布局方案的论证19第三章结构设计计算3.1 容器外壳内径及壁厚323.2 封头设计353.3 压力容器法兰设计363.4 开孔及其补强393.

10、5 容器支座的设计413.6 辅助零件的选择423.7 泵的选择463.8 焊缝探伤与压力测试49第四章计算机辅助设计及技术经济性分析4.1 计算机辅助设计514.2 技术经济概算58第五章结论与建议5.1 结论605.2 建议60参考文献致谢声明第一章引言1.1 含油污水的处理背景及意义含油污水常规的处理方法和技术1.3 国内外的压力容器组合式除油设备1.4 本文的工作内容第二章水力旋流管结构的选择及设计方案的论证2.1 水力旋流管单体结构选择与设计20°角的短锥管加速，在经1.5°角的长锥管分离，最后由长筒管延长分离时间、提高分离效果，完成全部分离过程18。(2-1)/

11、s。(2-2)管束与各腔室布局方案的论证图2-2-13 B20系列脱油型水力旋流器结构示意图第三章结构设计计算3.1 容器外壳内径及壁厚Di=t(n-1)+2b (3-1)式中，t管中心距离，mm；n压力容器内直径上的管束中心线管数；b管束中心线上最外层的中心到壳体内壁距离，mm。由公式可计算出Di=1666mm。按照GB/T90192001压力容器公称直径，容器的公称直径按照表3-1规定，此公称直径所指的是容器筒体的内径尺寸。表3-1压力容器公称直径(mm)30035040045050055060065070075080085090095010001100120013001400150016

12、00170018001900200021002200230024002500260027002800290030003100320033003400350036003700由上述计算，本设计选取外壳公称直径为1700mm。压力容器常用的低合金钢，包括专用钢板16MnR、15CrMoR、16MnDR、15MnNiDR、9MnNiDR、07MnCrMoNbR、07MnCrMoNbDR；钢管16Mn、09MnD；锻件16Mn、20MnMo、16MnD、09MnNiD、。低合金钢是一种低碳低合金钢，合金元素含量较少（总量一般不超过3%），具有优良的综合力学性能，其强度、韧性、耐腐蚀性、低温和高温性能等

13、均优于相同含碳量的碳素钢。采用低合金钢，不仅可以减小容器的厚度，减轻重量，节约钢材，而且能解决大型压力容器在制造、检验、运输、安装中因厚度太大所带来的各种困难。根据本设备的实际工作情况，结合设计参数，选用筒体的材料为16MnR。16MnR是屈服点为340MPa级的压力容器专用钢板，也是中国压力容器行业使用量最大的钢板，它具有良好的综合力学性能和制造工艺性能，主要用于制造中低压压力容器和多层高压容器。另外，压力容器内部零件间焊接还需要焊条、焊丝、焊剂、电极和衬垫等焊接材料。一般应根据待连接件的化学成分、力学性能、焊接性能，结合压力容器的结构特点和使用条件综合考虑选用焊接材料，必要时还应通过实验确

14、定。根据前面的单体旋流管的设计计算，本设计选用的容器外壳公称直径为1700mm，筒体材料为16MnR。设计压力为，内压圆筒的厚度：（3-2）式中，压力容器筒体的内直径，mm；设计压力，MPa；压力容器的计算厚度，mm；设计温度下的压力容器筒体材料的许用应力，MPa；焊缝系数；根据钢制压力容器GB150-1998，所选材料的各项参数指标如下表3-2和3-3所示，可以知道=170MPa，。表3-2 钢制压力容器的焊接接头系数值焊接接头形式无损检测比例值双面焊对接接头和相当于双面焊的全熔透对接接头100%局部单面焊对接接头（沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板）100%局部式（3-2）所给出的厚度为计

15、算厚度，并未包括厚度附加量。设计时要考虑的厚度附加量C由钢材的厚度负偏差C1和腐蚀裕量C2组成，即，不包括加工减薄量C3。腐蚀裕量主要是防止容器受压元件均匀腐蚀、机械磨损而导致厚度削弱减薄。与腐蚀介质直接接触的筒体、封头、接管等受压元件，均应考虑材料的腐蚀裕量。腐蚀裕量一般可根据钢材在介质中的均匀腐蚀速率和容器的设计寿命确定。在无特殊腐蚀情况下，对于碳素钢和低合金钢，C2不小于1mm；对于不锈钢，当介质的腐蚀性极微时，可取C2=0mm。表3-3 压力容器用碳素钢、低合金钢钢板指标钢号刚板指标使用状 态厚度（mm）常温强度指标（MPa）以下温度下的应力（MPa）16MnRGB6654热轧正火6-

16、1620100150200510345170取钢板厚度负偏差C1=，腐蚀裕量C2=2mm，厚度附加量：（3-3）设计壁厚：（3-4）名义厚度：（3-5）有效厚度：（3-6）按照钢材标准规格，名义厚度应取圆整为6mm。没有变化，故取名义厚度6mm。液压试验时，允许应力：（3-7）式中，试验温度下的屈服点，由GB150-1989查得=345MPa。液压试验时，实验压力：（3-8）由式(3-9)所计算的有效厚度:压力实验中，一次薄膜应力：（3-9）由计算结果可得所以应力符合要求。3.2 封头设计封头为压力容器的主要受压元件，种类较多。主要分为：凸形封头、锥壳、变径段、平盖及缩紧口等，其中凸形封头包括

17、半球形封头、椭圆形封头、蝶形封头和球冠形封头。由于各种封头形状各异，制造和材料消耗不同，且封头与筒体连接处有较为复杂的边界条件，故有不同性质的应力存在。采用什么样式的封头要根据工艺条件的要求、制造的难易程度和材料的消耗等情况来决定。结合本设计，选择平板封头为最终设计方案。平板封头是机械、化工设备常用的一种封头。平板封头的几何形状有圆形、椭圆形、长圆形、矩形和方形等，最常用的是圆形平板封头。根据薄板理论，受均布载荷的平板，最大弯曲应力与成正比，而薄壳的最大拉(压)应力与成正比。因此，在相同的和受载条件下，薄板的所需厚度要比薄壳大得多，即平板封头要比凸形封头厚得多。但是，由于平板封头结构简单，制造

18、方便，在压力不高，直径较小的容器中，采用平板封头比较经济简便。而承压设备的封头一般不采用平板形，只是压力容器的人孔、手孔以及在操作时需要用盲板封闭的地方，才用平板盖。平板封头结构简单，制造容易，但其受力状况较差，由于制造容易，在压力不高的场合下很实用。另外，在高压容器中，平板封头用得较为普遍。这是因为高压容器的封头很厚，直径又相对较小，凸形封头的制造较为困难。因此本设计采用平板封头。其结构如下图所示。图3-2-1螺栓连接平板封头示意图对于可拆卸的平板结构封头，通常都较厚，本设计中选择的螺栓连接平板封头采用窄面垫片，可按周边简支进行分析，其力学模型为：（1）均布内压载荷作用在周边简支的圆平板上；

19、（2）螺栓载荷作用在圆平板周边的螺栓上；（3）垫片反作用力作用在圆平板的支撑面上23。由上述理论可以知道，绝对的固支平板，其结构特征系数；绝对的简支平板。实际圆平板的结构特征系数在两者之间。本设计中取。封头厚度计算：（3-10）式中，封头厚度，mm；P计算压力，MPa；Di装置内径，mm；许用应力，MPa。取钢板厚度负偏差，腐蚀裕量，则厚度附加量、设计壁厚、名义厚度可根据上述计算式（3-3）、（3-4）、（3-5）分别可得：厚度附加量：设计壁厚：名义厚度：因此，由前述外壳壁厚设计计算过程同理可得封头的厚度为47mm。3.3 压力容器法兰设计3.3.1法兰类型的选择与尺寸确定法兰连接由一对法兰、

20、一个垫片及若干个螺栓螺母组成。垫片放在两法兰密封面之间，拧紧螺母后，垫片表面上的比压达到一定数值后产生变形，并填满密封面上凹凸不平处，使联接严密不漏。法兰连接是一种可拆连接。按所连接的部件可分为容器法兰及管法；按结构型式分，有整体法兰、活套法兰和螺纹法兰。常见的整体法兰有平焊法兰及对焊法兰。平焊法兰的刚性较差，适用于压力p4MPa的场合；对焊法兰又称高颈法兰，刚性较大，适用于压力温度较高的场合。就法兰的承载能力而言，法兰有3种类型，即甲型平焊法兰、乙型平焊法兰和长颈对焊法兰。甲型平焊法兰主要适用于压力等级较低和筒体直径较小的范围内。本设计由于其工作压力不高，故可选用乙型平焊法兰，乙型平焊法兰主

21、要用于公称压力为。其结构简图如图3-3-1。根据压力容器筒体的公称直径查表3-4和表3-5确定法兰各结构参数。图3-3-1平焊法兰结构图表3-4 平焊法兰尺寸（）公称直径DN/mm法兰/mm螺柱DD1D2D3D4规格数量1700186018151776175617537827M2448表3-5平焊法兰质量尺寸（PN=0. 6MPa）公称直径DN/mm法兰质量/Kg平面凸面凹面17003.3.2垫片的选择垫片是密封结构中的重要元件，其变形能力和回弹能力是形成密封的必要条件。变形能力大的密封垫易填满压紧面上的间隙，并使预紧力不致太大；回弹能力大的密封垫，能适应操作压力和温度的波动。又因为垫片是与介

22、质直接接触的，所以还应具有能适应介质的温度、压力和腐蚀等性能。法兰密封可使用的垫片如表3-6所示。容器法兰的垫片设计根据标准JB/T4704-2000选取设计。（1）片材料以及密封面形式：根据设计条件，本设计采用耐油石棉橡胶板垫片，厚度密封面形式采用平面。（2）垫片参数：垫片系数，比压力y=11MPa，公称压力，垫片内径d=1705mm，垫片外径D=1755mm，垫片宽度N=25mm。表3-6 密封垫片的选配种类允许使用的压力和温度可使用的法兰形式可使用的密封面形式密封表面粗糙度配用的紧固件耐油橡胶垫片PNt200各种形式实面、凹凸面、榫槽面、全平面密纹水线或六角螺栓双头螺栓全螺纹螺栓（3）垫

23、片有效密封宽度：(3-11)(3-12)(4)垫片压紧力作用中心圆直径：垫片接触外径2b=1737（mm） (3-13)3.3.3螺栓的计算（1）螺栓载荷计算：预紧时螺栓载荷：预紧状态下，需要的最小螺栓载荷等于保证垫片初始密封所需的压紧力。(3-14)操作时螺栓载荷：操作状态下需要的最小螺栓载荷，由两部分组成：介质产生的轴向力和保持垫片密封所需要的垫片压紧力。(3-15)式中，垫片有效密封宽度，mm；比压力，MPa；垫片系数；垫片压紧力作用中心圆直径，mm。(2) 螺栓总面积预紧时所需螺栓总面积： (3-16)操作时所需螺栓总面积： (3-17)式中，常温下螺栓需用应力,MPa；设计温度下螺栓

24、需用应力,MPa。螺栓材料选择40MnB，查表可知和均为196MPa。又因为，所以需要的螺栓截面积取两者中较大值。即。（3）螺栓数量n与螺栓直径 (3-18)由前面计算取值，则计算出。因此，螺栓的个数和规格满足设计需求。3.4 开孔及其补强由于各种工艺和结构上的要求，不可避免地要在容器上开孔并安装接管。开孔以后，除了削弱器壁的强度外，在壳体和接管的连接处，因结构的连续性被破坏，会产生很高的局部应力，给容器的安全操作带来隐患，因此压力容器设计必须充分考虑开孔的补强问题。3.4.1容器的管路开孔由于壳体上开孔越大，应立集中系数越大，因此对壳体上开孔的最大直径必须加以限制，其数值如下：（1）圆筒：当

25、其内径Di1500mm时，开孔最大值径dDi/2，且d200mm；当其内径Di1500mm时，开孔最大值径dDi/3，且d1000mm；（2）凸形封头或球壳开孔最大直径dDi/2；（3）椎形封头的开孔最大直径dDi/3，Di为开孔中心处的锥壳内直径。为避免开孔引起更高的应力集中，GB150规定开孔的形状仅限于圆孔和长短轴之比2的椭圆孔或长圆孔。具体开孔范围，如表3-7所示：表3-7使用开孔范围容器类型内直径Di/mm开孔最大直径d/mm圆筒Di1500mmdDi/3，且d1000mm根据上述要求结合设计参数确定连接各个管口的容积开孔公称直径见表3-8所示：表3-8容器各项管路直径设计参数表管路

26、直径（mm）管路直径（mm）进水管150视镜65出水管150预留口2120排油管40安全阀603.4.2检查孔设计为了检查压力容器在使用过程中是否有裂纹、变形、腐蚀等缺陷产生，壳体上必须开设检查孔。检查孔包括人孔和手孔，检查开孔设位置应便于观察或清理容器内部。压力容器上开设的检查孔最小数量和最小尺寸应符合有关规范要求。但容器若符合下列条件之一，则可不必开设检查孔：（1）同体内径小于等于300mm的压力容器；（2）容器上开设可拆卸的封头、盖板或其他能够开关的盖子，其封头、盖板或盖子的尺寸不小于规定检查孔的尺寸；（3）无腐蚀或轻微腐蚀，无需做内部检查和清理的压力容器；（4）制冷装置用压力容器；（5

27、）换热器。因为本设计中的压力容器有一端可拆同时内部液体无腐蚀满足上述（2）、（3）条要求可以不开设检查孔。3.4.3开孔补强由于各种工艺和结构上的要求，不可避免的要在容器上开孔并安装接管。开孔以后，除削弱器壁的强度外，在壳体和接管的连接处，因结构的连续性被破坏，会产生很高的局部应力，给容器的安全操作带来隐患，因此压力容器设计必须充分考虑开孔的补强问题。压力容器常常存在各种强度裕量，列如接管和壳体实际厚度往往大于强度需要的厚度；接管根部有填角焊缝；焊接接头系数小于1但开孔位置不在焊缝上。这些因素相当于对壳体进行了局部加强，降低了薄膜应力从而也降低了开孔处的最大应力。因此对于满足一定能条件的开孔接

28、管，可以不予补强。结合本设计的情况，壳体本身理论计算厚度与最小厚度的差异而存在的裕量，可以确定，本设计的开孔可不另行补强。3.5 容器支座的设计支座是用来支承容器及设备重量，并使其固定在某一位置的压力容器附件。在某些场合还受到风载荷、地震载荷等动载荷的作用。压力容器支座的结构形式很多，根据容器自身的安装形式，支座可以分为两大类：立式容器支座和卧式容器支座。本设计中Cyclotech公司B20系列脱油型容器组合式水力旋流器多采用卧式容器支座。卧式容器支座主要有鞍座、圆座及支腿三种形式。常见的大型卧式储罐、换热器等多采用鞍座，鞍座是应用最为广泛的一种卧式容器支座。为了保证筒体各向应力分布良好，要求

29、鞍座垫板与容器应贴合良好，当DN1500mm时，最大间隙2mm；当DN>1500mm时，最大间隙3mm，全部焊缝腰高均等于倍较薄板厚度。垫板与容器壳体采用间断焊。鞍座在下列条件应设置加强垫板：（1）设备壳体的计算壁厚小于或等于3mm；（2）设备外壳用高合金钢制造，配以碳钢支座；（3）设备壳体与支座间的温度差大于200；（4）设备壳体需要焊后热处理，应设置加强垫板，且加强垫板需在热处理前焊上；（5）壳体鞍座处的最大轴向应力大于。因为本设计中的容器设备壳体的计算壁厚小于3mm，所以需要设置加强垫板。根据JB/T47121992中要求DN1500mm4000mm直径范围的卧式容器设置了150o

30、包角的鞍座。这是考虑到大直径薄壁容器，由于在其载荷相对较大而壁厚相对较薄的情况下，使用120o包角的鞍座，会在鞍座边角处产生较高的应力。如增加容器壁厚将会导致设备设计不经济。但增加包角可以降低该处应力而不增加筒体壁厚，使得设备设计相对经济合理。本设计中鞍座的结构简图及其主要的尺寸如图3-5-1和表3-9所示。图3-5-1鞍式支座结构示意图表3-9 鞍式支座尺寸参数表单位：mm公称直径DN载荷(KN)鞍座高度h质量（Kg）螺栓间距底板腹板1700845250208104014602001612筋板垫板增加质量/m弧长355170230122430430109020辅助零件的选择3.6.1隔板的设

31、计参考过程设备设计中管壳式换热器结构：把实际的管板简化为承受均布载荷、放置在弹性基础上且受管孔均匀削弱的当量圆平板。本设计中的容器结构类似于浮头式换热器，其两块隔板通过旋流管管束相连，与壳体无关，因而隔板和管束组成一个静不定系统，壳体为静定系统。薄管板主要载荷由管壁与壳壁的温度差决定，流体压力引起的应力与挠度相对来说是不大的。一般在中、低压力条件下薄板的厚度可从表3-10中直接查出得到。表3-10薄板管的厚度参数单位：mm公称直径300-400500-600700-800900-12001400-1800管板厚度810121416结合本设计，压力容器设备公称直径DN=1700mm，因此管板厚度

32、设定为16mm。3.6.2管法兰设计管法兰是借助连接螺栓压紧垫片，使垫片在螺栓压紧力的作用下发生塑性或弹性变形以填塞法兰压紧面的缝隙而达到密封的目的。从设计的角度分析，法兰必须与连接的有关零件（螺栓及垫片）联系起来进行整体考虑。本设计采用板式平焊法兰，板式平焊法兰由于其取材方便，在化工容器上得到广泛使用，但板式平焊法兰的刚性较差，在螺栓力作用下，法兰变形而引起密封面的转角会导致密封面泄漏。因此，板式平焊法兰仅适用于公称压力的凸面密封面形式。管法兰公称直径是管子的名义直径。本设计的各个开孔处接管直径及法兰的选取见表3-11。表3-11 管法兰参数表单位：mm公称直径管子法兰螺栓数目外径外径螺孔中

33、心圆直径连接凸起部分直径连接凸起部分高度法兰厚度螺栓孔径4045130100803161441501592602252003301883.6.3 吊耳的设计参考HGT 21574-2008化工设备吊耳及工程技术要求，卧式容器一般采用HP型卧式容器吊耳，该类型吊耳吊重范围在110t，使用的直径范围在300mm2100mm内，本设计符合上述条件，因此采用HP型顶部板式吊耳，其结构简图如图3-6-1所示。图3-6-1 HP型吊耳结构简图相关参数如表3-12所示：表3-12HP型吊耳结构参数表单位：mm吊耳型号直径范围RLDSHP-1300-21005014050141622016HGT 21574-

34、2008中对吊耳的强度规定如下：（1）所有吊耳本身都是按的综合影响系数为；（2）由于吊耳处的局部应力属一次应力，故局部应力的许用应力值取为倍标准许用应力值；（3）吊耳板所用材质为Q235A，吊耳板厚度为15mm，许用拉应力约为375MPa。根据本设计实际情况估算，有：竖向载荷：(3-19)横向载荷：(3-20)吊绳方向载荷：(3-21)径向弯矩：(3-22)吊耳板吊索方向的最大拉应力：(3-23)因此，满足要求。3.6.4视镜的选择视镜是用来观察设备内部物料化学和物理变化过程情况的一种装备。视镜除受工作压力外，还要承受高温、热应力和化学腐蚀的作用。玻璃管视镜是工业管道装置上主要附件之一，在石油

35、、化工、医药、食品等工业生产装置的管道中，视镜能随时观察管道中的液体、气体、蒸气等介质的流动及反应情况，起到监视生产、避免生产过程中事故发生的作用24。结合本设计的实际情况，选择玻璃管直通视镜SG-ZT型作为压力容器上的视镜型号。直通视镜的结构如下图所示。图3-6-2玻璃管直通视镜SG-ZT型示意图该零件主要的制造材料为碳钢，视窗材质为石英玻璃或纳钙玻璃，工作温度-30-250，工作压力为，允许急变温度<60。该型号直通视镜常见的尺寸规格见表3-13。表3-13直通视镜主要技术参数单位：mmDN202540506580100125L200260260320320360360440H145

36、1892342782783083083643.6.5容器压力表的选择压力表是测量容器中介质压力的仪表，可以直接显示出容器内的压力值，使操作人员及时了解压力容器内部的压力情况，将压力控制在允许的范围内，防止发生超压事故。压力表的类型常见的有液柱式压力表、弹性元件式压力表、活塞式压力表和电量式压力表四大类。目前，单弹簧式压力表广泛用于压力容器中。压力表应安装在便于观察，清洗，防止幅射热、冰冻或振动等不良的位置。压力表必须经过校验，表盘刻度清晰并应用红线标明最高容许工作压力；结合本设计的实际情况，本设计选择YE-100B系列膜盒压力表。其外形及结构见图3-6-3。膜盒压力表采用膜盒作为测量微小压力的

37、敏感元件。测量对铜合金不起腐蚀作用、无爆炸危险气体的微压和负压，广泛应用于锅炉通风、气体管道、燃烧装置等及其他类似设备上。仪表垂直安装，工作环境温度-2555；相对湿度不大于80%，并且周围空气中不含有腐蚀仪表的有害气体。使用温度偏离20±5时，其温度附加误差不大于0.04%/10。图3-6-3 YE-100B不锈钢盒压力表泵的选择容器组合式油水旋流分离器主要是依靠一定的压强来驱使介质运动完成油水分离的过程。当地面压力不足以提供所需要压强的时候，就需要通过选择相应的泵来提供所需压强。参数的确定工艺参数是泵选型的重要依据，应根据工艺流程和操作变化范围慎重确定，泵在工作中主要的参数有流量

38、和扬程。(1)流量Q的计算流量是指工艺装置生产中，要求泵输送的介质量，工艺人员一般应给出正常的最小和最大流量。泵参数表上往往只给出正常和额定流量。选泵时，要求额定流量不小于装置的最大流量或者取正常流量的倍。本设计给定的流量为，即（3-24）(2)扬程H的计算扬程是指工艺装置所需要的扬程值，也称计算扬程。一般要求泵的额定扬程为装置所需扬程的1.051.1倍。水泵扬程的作用是使水提升几何给水高度及克服管路的水头损失，即有：（3-25）式中，理论扬程，m；泵与旋流器之间的高度差，这里取；克服管路的水头损失，m；其中，整个管路的水头损失等于各管段的沿程水头损失和所有局部水头损失的总和。（3-26）式中

39、，沿程阻力损失，这里取；局部阻力损失，m；（3-27）式中，局部阻力损失系数，这里取；进入容器的进口速度，m/s；流量，；进口管道截面面积，m2。由上述结果可知：取倍安全裕量可得：（3-28）泵的选型在本设计中泵的主要功能是将采油废水打入水力旋流器泵提供一个较大的压力，使采油废水能够在压力的作用下在旋流管的切向入口处一个切向速度，进而进入旋流管进行油水分离的过程。又因为油珠粒径的大小直接影响水力旋流器的效能，为了防止油珠在泵内流动是被剪切破坏，所以本设计中需要选择一个低剪切泵。根据容器组合式油水旋流分离器的这些实际工作情况，本设计选择单螺杆泵来作为传输动力的装置。单螺杆泵是转子式容积泵的一种，

40、它是依靠螺杆与衬套相互啮合在吸入腔和排出腔产生容积变化来输送液体的。它是一种内啮合的密闭式螺杆泵，主要工作部件由具有双头螺旋空腔的衬套（定子）和在定子腔内与其啮合的单头螺旋螺杆（转子）组成25。单螺杆泵由于结构和工作特性，与活塞泵离心泵、叶片泵、齿轮泵相比具有下列诸多优点：（1）能输送高固体含量的介质；（2）流量均匀压力稳定，低转速时更为明显；（3）流量与泵的转速成正比，因而具有良好的变量调节性；（4）一泵多用可以输送不同粘度的介质；（5）泵的安装位置可以任意倾斜；（6）适合输送敏性物品和易受离心力等破坏的物品；（7）体积小，重量轻、噪声低，结构简单，维修方便。表3-14 G型单螺杆泵固定转速

41、时的性能参数型号流量转速（r/min）电机功率kw扬程（m）进口（m）出口（m）允许颗粒直径（mm）G70-14572011601501258G70-2457201201501258G85-165720156015015010鉴于上述单螺杆泵的优点，本设计选择G型单螺杆泵，其外形见图3-7-1，根据表3-14中的数据选择G85-1型号的单螺杆泵，其流量为，扬程为60m。固定转速时的性能参数见表3-14。图3-7-1 G型单螺杆泵焊缝探伤与压力测试 焊缝探伤压力容器各受压部件的组装大多采用焊接方式，焊缝的接头和坡口的设计直接影响到焊接的质量与容器的安全，因此必须对容器焊接接头进行焊缝探伤。根据标

42、准，符合下列情况之一的压力容器对接接头的对接焊缝，必须进行全部射线或超声波探伤：（1）GB150钢制压力容器中规定进行全部射线或超声波探伤的；（2）第三类压力容器；（3）设计压力大于等于5MPa的；（4）第二类压力容器中易燃介质的反应压力容器和储存压力容器；（5）设计压力大于等于的管壳式余热锅炉；（6）钛制压力容器；（7）设计选用焊缝系数为的；（8）不需开设检查孔的；（9）公称直径大于等于250mm接管的对接焊接接头；（10）选用电渣焊的；（11）用户要求全部探伤的；（12）介质为易燃或毒性程度为极度、高度、中度危害的、或采用气压试验的、或设计压力大于等于的铝、铜制压力容器。除以上规定以外的其

43、他压力容器，其对接接头的对接焊缝应做局部探伤检查。探伤方法按规定，探伤检查部位由制造单位检验部门根据实际情况选定。检查的长度不得少于各条焊缝长度的20，且不小于250mm。对所有的T型连接部位，以及拼接封头（管板）的对接接头，必须进行射线探伤。经过局部射线探伤或超声波探伤的焊接接头，若在探伤部位发现超标缺陷时，则应进行不少于该条焊缝长度10的补充探伤，如仍不合格，则应对该条焊缝全部探伤26。压力容器的对接接头进行全部或局部探伤，采用射线和超声波两种探伤方法进行时，其质量要求，按各自标准均合格的，方可认为探伤合格。（1）对接焊缝的射线探伤，应按GB3323钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级的规定

44、执行。全部射线探伤的压力容器对接焊缝级合格；局部射线探伤的压力容器对接焊缝级合格，但不得有未焊透缺陷。（2）对接接头的超声波探伤，应按JB4730压力容器无损检测的规定执行。全部超声波探伤的压力容器对接焊缝级合格，局部超声波探伤的压力容器对接焊缝级合格。3.压力测试除材料本身的缺陷外，容器在制造和使用过程中会产生各种缺陷。为考核缺陷对压力容器的安全性的影响，压力容器制造完毕后或定期检验时，都要进行压力试验。压力试验包括耐压试验和气密性试验。耐压试验是指在超设计压力下进行的液压（或气压）试验；气密性试验是指在等于或低于设计压力下进行的气压试验。在液压试验时，为防止材料发生低应力脆性破坏，液体温度

45、不得低于容器壳体材料的韧脆转变温度。一般来说，碳素钢、16MnR和正火15MnVR钢容器液压试验时，液体温度不得低于5；其他低合金钢容器，液压试验时液体温度不得低于15。如果由于板厚等因素造成材料无延性转变温度升高，则需相应提高试验液体温度。第四章计算机辅助设计及技术经济性分析计算机辅助设计4.1.1 AutoCAD制图NX UG制图三维实体模拟技术经济概算材料费4.2.2其他部件费用4.2.3其他费用4.2.4经济预算结果第五章结论与建议5.1 结论本设计是在查阅大量国内外文献资料的基础上，收集目前所使用的各种类型单体旋流管的结构与尺寸，以英国Cyclotech公司的B20系列脱油型水力旋流

46、器为原型并参考管壳式换热器结构进行容器组合式油水旋流分离器的结构设计，本文通过对设备结构的论证和分析，主要解决了以下几个问题：(1) 有限的容器内部空间内污水在各水力旋流管入口的分配问题；(2) 各水力旋流管溢流口液体的收集和外排等结构布局问题；(3)单体旋流管的选型问题；(4)压力容器设备的直径、壁厚、隔板、封板、法兰、鞍座等一系列所需元件的结构设计、选择和强度校核问题。B20系列脱油型水力旋流器具有结构紧凑、维修方便、分离效率高等优点，符合含油废水处理领域的发展要求，这些优势很适合国产化。本论文为国内一般厂家自主设计研制容器组合式旋流分离器去除含油污水提供了一定的参考借鉴。5.2 建议参考

47、文献1 程海鹰,梁利平.采油污水处理现状及其深度处理技术J.工业水处理,2003,23(8)：582 陈雷,南军,祁佩时.稠油废水深度处理的试验研究J.中国给水排水,1998,14（5）：19213 陈家庆.石油石化工业环保技术概论M.北京: 北京石化出版社,2005.1592094 袁惠新,俞建峰,蔡小华.用旋流分离器处理含油污水的前景J.炼油设计,2000,30(5): 48515 祝威.采油废水处理方法与技术研究进展J.环境工程,2007,25(5): 40436 吴伟立.含有废水处理技术研究进展J.大众科技,2009,12(1): 1011037 刘敬敏,刘广丽,卢宇.油田污水处理方法分析J.油气田地面工程,2010,29(8): 63648郑华辉.旋流分离器在石油化工中的应用J.Equipment Manufacturing Technology,2008,12(1):1801819 贺杰,蒋明虎.水力旋流器M.北京: 石油工业出版社,1995.1310 陈家庆,桑义敏.复合型动态水力旋流器的结构设计研究J.北京石油化工学院报,2005,13(1): 273211 王尊策,刘晓敏,李枫等.含油废