TORR采油废水处理设备的结构设计与三维实体模拟

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1、TORR 采油废水处理设备的结构设计与三维实体模拟摘要随着石油工业的发展，石油开采过程中会排出大量的含油废水，受纳水体受到的污染越来越严重。针对这一问题，国内外学者在重力机械分离和物理化学除油等传统处理方法的基础上，不断地努力研究新型除油技术，以克服传统技术的缺陷。用于含油废水后期精处理的 TORR 新型除油技术应运而生，该技术主要是基于过滤、聚结和重力分离过程，具有溶剂可再生、无污染等优点。本文以 Canada Earth 公司的专利产品为依托，进行阐述。该设备为一特殊的结构：它包括如下几个组成部分，外圆柱、一个圆柱轴和内管组成的圆柱处过滤的组成部分。外圆柱体的组成部分包括一个可自锁的套筒结

2、构，它是通过相互关联的滑块连锁手段处置和配置，使相邻墙板形成互锁从而形成整体的外部环形套筒。本文是首次在国内对 TORR 含油废水处理设备进行详细的介绍，为国内自主研制开发相关技术奠定基础。关键词：含油废水，油水分离，粗粒化，结构设计IIAbstractWith the development of the petroleum industry, there is a large number of oily waste water produced in the oil extraction process, as a result, the natural water will be po

3、lluted more and more seriously. To solve this problem, basing on the traditional approaches that contain Gravity mechanical and physical-chemical separation of the oil method, the scholars at home and abroad are trying their effort to study a new type of oil technology to overcome the shortcomings o

4、f traditional technology. As a result, for fine treatment of oily waste water, the new technology TORR comes into being. It is based on the filtration, coalescence and gravity separation process, with a solvent of renewable, pollution-free, etc.Basing on the Canadas Earth corporations patent product

5、s, this article is elaborating the TORR. The cartridge comprises an outer cylindrical housing component, having a first cylindrical axis and an inner tubular component disposed within the cylindrical housing component. The outer cylindrical housing component includes a plurality of wall panels which

6、 are interconnected by slider interlock means disposed and configured such that adjacent wall panels are slide interlocked thereby. This is the first time to introduce TORR Oily wastewater treatment equipment in detail, its lay the foundation for related technologies.Key words: produced water, oil/w

7、ater separators, Crude chemical, structural design目录IV第一章前言11.1 引言11.2 常规处理方法21.2.1 物理法除油21.2.2 物理化学法除油331.2.3 化学法除油51.2.4 新型组合式处理技术61.3 本文的工作内容7第二章TORR设备的设计92.1 TORR技术总体概况92.2 设备的结构设计112.3 单一处理单元内部结构122.3.1 外筒结构122.3.2 顶盖与底盖结构142.3.3 装配零部件162.3.4 串联多个单体的结构说明16第三章结构设计计算203.1 内部结构设计计算203.2 外部筒体的设计222

8、23.2.1 封头的设计233.2.2 吊耳顶部板式吊耳263.2.3 支承座的设计263.3 零部件的选取313.3.1 安全阀的选用313.3.2 液面计323.3.3 压力表的选用333.3.4 节流阀的选用333.3.5 单螺杆泵的选用343.4.1 液压试验353.4.2 焊缝探伤36第四章制造装配及计算机辅助设计384.1 经济成本核算384.1.1 设备基本成本核算384.1.2 设备制造说明24394.1.3 设备安装费用及说明404.2 计算机辅助设计424.2.1 三维实体模拟424.2.2 AutoCAD绘图46第五章结论与建议475.1 结论475.2 建议47参考文献

9、49致谢51声明52TORR 采油废水处理设备的设计与三维实体模拟第一章前言1.1 引言自上世纪 50 年代，我国相继发现一系列的油田，石油开采的序幕就此在我国拉开。然而作为一种能源，随着石油不断地开采，其含量越来越少。我国的石油由原来的开采量大、原油含量高，转变为采出油中的含水量为 70%80%，有的油田甚至已高达 90%，因此日产含油污水量非常大，如果不经处理直接排放， 不仅会造成土壤、水源的污染，有时甚至会引起污油着火事故，威胁人民的生命安全，造成国家的经济损失，同时也会危害油田自身的利益;反之，如果对采油废水进行处理，并用于回注，则不仅可满足油田开采过程中注水量日益增长的要求，同时也可

10、以节省水资源，减少环境污染，为油田带来经济效益，有利于油田的可持续发展。在石油开采过程中，采出的原油含水率高达 70%95%1。因此，原油必须要经过脱水等过程才可使用，在这一过程中，产生了大量的采油废水。采油废水是指从地层中随原油一起被开采出来的水，经历了原油收集及初加工整个过程，因此污水中杂质种类及性质都和原油地质条件、注入水性质、原油集输条件等因素有关。还有一部分废水来自于石油开采过程中产生的洗盐废水和洗井废水，由于其主要的污染物为原油，故而也被称为采油废水。采油废水水质成分复杂，含石油类、表面活性剂等高分子难降解有机污染物，同时具有高盐度、处理难度大的问题，目前处理达标率仅为 50%左右

11、。根据含油废水存在形式的不同，废水中的油类可分为浮油、分散油、乳化油、溶解油和油-固体物 5 种:(1) 浮油，其粒经一般大于 100 m ，以连续相的形式漂浮于水面，形成油膜或油层;(2) 分散油，以微小的油滴悬浮于水中，不稳定，静置一段时间后通常变成浮油，油滴的粒经一般介于 10100 m 之间;(3) 乳化油，粒径为 10-310 m ，具有一定的稳定性，单纯用静止沉降法无法去除;(4) 溶解油，以一种化学方式溶解的微粒分散油，油粒直径小于 103 m ， 一般原水中此部分油仅占总含油量的 1%以下，在处理过程中也有一定比例的去除，但不作为污水处理的主要对象。（5）油-固体物，水体中的油

12、黏附在固体悬浮物的表面形成油-固体物2。50针对含油废水的处理，人们采取了一系列的方法进行处理。然而，由于，由于处理技术与设备落后，伴随开采过程产生的含油废水，不仅造成了环境污染， 还影响了石油开采的产量与质量。鉴于以上的问题，国内外的学者，纷纷致力于相关的研究，期望能有效解决含油废水的处理问题。高效多功能一体化的油田采油废水治理设备已成为研究热点，新的含油废水处理技术亦有不少文献报道。实现油-水、可溶性有机物-水、悬浮物-水之间的强化传质技术和有机物强化化学转化技术然是今后采油废水治理研究的重要方向。为了保护环境，节约水资源，回收不可再生的石油资源，实现含油污水的“零排放”和“零污染”，我们

13、必须要采取办法，解决这一问题。新型的处理设备 TORR， 不仅可处理含油废水，且其使用的萃取材料不会造成二次污染，符合现在的治理理念。TORR 设备是一种紧凑小型的含油处理设备，可单独使用，也可作为已有处理设备的一个部分使用，既能满足陆地含油废水的处理，又因其占地面积小， 故能满足海上含油废水的处理。1.2 常规处理方法自上世纪以来，国内外的学者就已开始对含油废水的处理进行一系列的研究，并且取得了很多有效的方法。由于受油品黏度、盐度等差异的影响，采油废水的性质和处理工艺各不相同。采油废水处理工艺的选取是由废水中污染物的性质、出水水质要求等因素决定的。1.2.1 物理法除油（1） 自然除油自然除

14、油可以去除废水中的浮油和大部分散油。在重力场中，水滴比油轻， 在水中产生了向上的浮力，缓慢上浮分层。由于自然除油不投加混凝剂，只靠微小油珠、悬浮颗粒与污水的相对密度差上浮或下沉将水、泥、油分离，因此去除效率低，而且体积大、占地面积大。（2） 斜板除油斜板除油是目前常用的高效除油方法之一，也是利用重力分离技术的除油方法。斜板除油的基本原理是“浅层理论”，简言之，沉淀池越浅，越能缩短沉淀时间，提高除油效率。因此，在油水分离设备中加斜板，增加分离设备的工作表面积，缩小分离高度，可以提高分离效率。在理论上，加斜板无论其角度如何， 其去除效率提高的倍数相当于斜板总水平投影面积与不加斜板时水平面积之比。但

15、实际操作中，由于受水流流态的影响，除油效果并不理想。（3） 离心分离法除油离心分离法是利用快速旋转产生的离心力，使相对密度大的水抛向外圈，相对密度较小的油珠则留在内圈，并聚结成大的油珠而上浮分离。该法设备紧凑， 占地面积小，适用于批量含油废水的处理。利用相对密度差来分离水中的油，与浮上分离法结合可达到更好的处理成效果。其中，一种常用的处理设备为水力旋流器，在高速旋转下产生离心力，将油水分离。其单体可单独使用，也可组合使用。当水流量较大时，可将多个单体并联使用，常用组合方式有压力容器式、开放排架式等。脱油型水力旋流器因其占地面积少、分离效率高等优点在含油废水处理特别是海上石油开采平台上已成为不可

16、替代的标准设备。尽管如此，水力旋流器仍然存在一定缺点，如容器内必须加压、油滴颗粒小分离效果差等，这些都是今后开发新设备要克服的缺陷。1.2.2 物理化学法除油3随着环保要求的提高和油田回注水水质的严格化，近年来国外油田采油废水的治理技术已得到改进和提高。采油废水的治理工艺已由原来的隔油- 混凝- 过滤技术改变为隔油- 混凝气浮- 生化-过滤技术，气浮和生化技术的采用已成为近年来先进的采油废水处理工艺的一种标志。（1）气浮法除油向废水中通以空气，并以微小的气泡形式从水中析出成为载体，使废水中的乳化油、微小悬浮颗粒等污染物粘附在气泡上，随气泡上浮，形成气、水、油珠三项混合体，通过收集泡沫、浮油达到

17、除油的目的。含油废水中的乳化油易粘附在气泡上，增加其上浮速度。根据制取微细气泡的方法不同，气浮法主要分为电解气浮法、溶气气浮法和机械碎细气浮法。使用较多的是机械扩散气浮，包括射流气浮和叶轮旋切气浮，美国的 Cooper Cameron 集团下的 Petreco 公司，美国Natco 集团在这一方面具有较高水平。现阶段，气浮法主要结合其他工艺进行使用，为确保气浮法最佳的除油效果， 一般和絮凝法结合使用。如阿曼的SultanQaboos大学用聚合氯化(PAC)和聚丙烯酰胺作混凝剂， 结合气浮法处理Marmul油田的采油废水，使含油废水的油浓度从 100200mg/L降至 20mg/L以下。同时气浮

18、具有降温、充氧的功效，能够提高微生物的生化降解性能，可作为生化法的预处理技术4。目前国内外对气浮法的研究多集中在气浮装置的革新、改进以及气浮工艺的优化组合方面。1993 年Casaday 对油田污水处理中广泛采IGF(Induced gas flotation)的设计进展进行了介绍，指出经过几年实验室和现场试验的深入研究，新的IGF在处理效率方面有较大提高，同时在操作管理方面更简单、更安全。传统的IGF不能在压力条件下运行，产生大量的含油浮渣要进一步处理，而新的IGF 设计采用一个压力式圆柱型罐，并将撇油装置与气体扩散装置融为一体，其出水可满足回注水质要求和直接排海。该装置不需要由马达驱动的撇

19、油板，可降低能耗。另一个改变是将水力诱导式浮选改造成溶气气浮，产生的气泡非常细小，可去除更细小的油珠，大大改善了出水水质。Lawrence等发明了一种新型浮选柱， 这种浮选装置采用侧部布气技术，可用于分离含油废水中的细小悬浮物和油滴。当含油废水流动时，废水和气体在浮选柱内分别以 0.1272.54cm/s，0.0254 2.54cm/s的流速流动，且水流量为气流量的 1030 倍时可获得理想的处理效果5。在气浮法使用过程中，有人将电解与气浮的方法结合起来，形成新的方法， 即电解气浮法。电解气浮法就是利用阴阳极产生的微小气泡作浮选的最佳载体， 使含油废水中的油珠上浮与水分离，同时乳化液在电场的作

20、用下也得到了破乳， 进而达到除油的目的。由于采油废水本身含有一定量的盐，所以处理实际废水时不需要添加电解质。（2）吸附法吸附法是用比表面积较大的材料吸附废水中的污染物质，对其他方法难以去除的一些大分子有机污染物的处理效果尤为显著。最常用的吸附材料是活性炭， 它具有良好的吸油性能，可吸附废水中的分散油、乳化油和溶解油。近年来吸附法广泛地应用于采油废水的处理中。如VenturesE.T.将胺聚合物加入膨润土中， 制成改性的有机粘土颗粒吸附剂对TeapotDome油田的采油废水进行吸附，出水再经过一根粒状活性炭吸附柱(GAC)进行吸附，经过 2 次吸附后，水中总石油类碳氢化合物、油脂、苯类物质的含量

21、均60处理量大，费用低，效果稳定；占地面积大粗粒化法分散油、乳化油10设备小，操作简便；粗粒化材料易堵塞， 长期使用效果下降，存在表面活性剂时效果差过滤法分散油、乳化油10出水水质好，设备投资少，无浮渣；滤床要反复清洗吸附法溶解油10出水水质好，设备投资少；投资较高，吸附剂再生困难浮选法乳化油、分散油10效果好，工艺成熟；占地面积大，药剂用量大，产生浮渣膜分离法乳化油、溶解油10效果好，工艺成熟；占地面积大，药剂用量大，污泥难处理电解法乳化油10除油效率高；耗电量大，装置复杂，电解过程有氢气产生，易爆生物法溶解油10处理效果好，无二次污染，费用低；占地面积大1.2.4 新型组合式处理技术油田开

22、发的中后期，油井产出液中含水率逐步上升，最初利用三相分离器（基于重力原理）分离油水混合物，以降低含水率。美国 Natco 集团在此基础上，开发出以重力沉降和吸附法相结合的填料式分离器，立式径/升流式分离器。而后， 又产生了高效式三相分离器，其优点是成撬组装，极大的减少了现场的安装工作量和安装空间。此后处理设备便不断地向着紧凑高效的方向发展。随着生态环境要求的不断提高，含油废水处理的出水水质要求也不断提高， 上述方法各有不同的适用范围，需要针对不同的情况进行研究，确定适合的工艺。同样，以上各种处理单元在含油废水处理中并非是单一出现，各种方法都有其局限性，根据废水成分、油分存在的形式、回收利用的深

23、度以及排放方式等多因素的影响。如果只使用单一的处理方法，难以达到满意的效果。在实际应用中通常是采用几种方法结合在一起，形成多级处理的工艺，从而实现良好的除油效果， 使出水水质达到废水排放标准。由此，新型的组合技术和处理设备越来越受到人们的青睐，一系列的组合技术应运而生。国外运用含油废水(主要是采油废水) 的组合式处理技术已开发了一些新设备，如新型密闭式浮选箱、水力旋流器、各种组合式油水分离器等。这些装置的成功开发，对提高含油废水的处理效果、对改进设备的处理效能以及实现处理设备功能的一体化都大有裨益。SeureauJ.J 等人报道了一种新型旋流分离器，该旋流器能实现油-水-固三相的分离。与除油和

24、除砂旋流器相比，三相旋流器具有体积小、效率高、投资和操作费用较低等特点， 是一种集除油和除砂为一体的新型分离设备，适于海上和陆上油田采油废水的处理。美国 Natco 集团、Cetco 集团利用气浮与粗粒化技术的结合，开发出新的适合处理含有废水的设备，这种新型的设备较以往的常规设备处理效果更好。同样，国内对这一组合式技术的研究也取得了一定的进展。例如，杨永军等研制了一套组合工艺，其流程为：原水超声波絮凝器三级电絮凝一气浮器 连续自动反洗砂滤器臭氧发生器超声波发生器超声波处理器出水，在净化部分应用了超声化学、电化学和连续自动反洗砂滤组合技术，而降解有机物与COD选择了电化学、臭氧和声化学组合技术。

25、此工艺应用于胜利油田含油废水处理，取得了良好的效果10。此外，还有一些能够有效处理含油废水的联合方法。如气浮净化软化 过滤反渗析水恢复组合工艺、电解-Fenton法、电气浮-接触氧化工艺和混凝沉淀、气浮除油和生化降解三级处理方法等，经过实践证明，均能使废水达到排放标准11。在实际应用中也多采用联合处理方法，形成多级处理工艺，可充分发挥各种方法的优势并能弥补其缺点。开发出既能有效处理含油废水又能大规模应用且经济的联合处理工艺是研究者们一直追求的目标。1.3 本文的工作内容含油废水的处理一直是人们关注的问题，无论是开采还是生产，都会产生大量的废水，这些废水如不处理，将会对环境造成严重的污染。因此，

26、针对含油废水的处理，国内外学者不断地进行研究开发新技术，其中 TORR 含油废水处理技术就是其中的一项新技术。TORR 含油废水技术作为一项新兴的除油技术，国外已于 2003 年就将此项技术应用于地下水的处理，而国内却还未起步。针对于含油废水的后续精细处理， 这项技术有着其独特的优势。本文通过查阅大量的相关文献，细致深入地分析研究其结构设计细节和关键技术要点，以 TORR 的相关专利为核心，对 TORR 含油废水处理设备进行仔细的设计。以下就本文的工作内容作一具体说明：（1） 通过细致的阅读，掌握设备结构原理，同时掌握设备进、出水方式， 填料层的分布等。（2） 熟悉 TORR 含油废水处理设备

27、的内部结构，进行整体结构设计，与此同时应用 UG 软件进行三维实体模拟，掌握其内部结构难点问题。（3） 依压力容器设计准则，进行结构设计计算。与此同时，修改 UG 造型。（4） 使用 AutoCAD 绘图软件，进行全套图纸的绘制，包括 A0 装配图及其全套图纸。第二章TORR 设备的设计2.1 TORR 技术总体概况TORR含油废水处理系统为Canada的Earth公司研发出来一种高效、紧凑的采油废水处理技术，可连续处理含油废水。TORR含油废水处理系统是彻底清除油类的回收设备，其核心技术是利用RPA可再生强吸附有机颗粒材料制成滤芯，吸附及回收油类，它不但能吸附浮油，还能吸附分散油及乳化油，吸

28、附去除油效率大于 99.5，并且不改变油类及有机烃类的化学性质。其溶剂RPA可再生，其再生的过程简单但，仅是一个离心过程13。Earth 为 Environmental Applied Research Technology House 的缩写，其核心业务是研制开发一种先进环境保护技术，用于清除陆地空中和水中的石油和其他碳氢化合物污染。公司专攻尖端修复办法的研究和商业化，这种修复办法主要用在从废水中分离油和其他碳氢化合物。其所有技术都围绕着他的专利产品RPA ，即可重复使用的石油吸油剂。这种名为可重复使用的石油吸附剂RPA(Reusable Petroleum Absorbent)技术，不仅技

29、术先进，而且成本较低有利保护环境且易于安装使用。该公司现已被挪威 Prosep 公司收购。TORR含油废水处理设备基于吸附、聚结和重力分离过程，其创新之处是将这三个过程合并成一个过程，从而形成一种自洁式污水过滤体系。它的自洁式系统分离和维修成本都很低，并能不断分离油及回收油。与使用油水分离器、DGF、水力除砂器和离心机等常规方法相比，它的性能更好。TORRTM系统实现完全自动化操作，并且不需要加入化学添加剂来破乳。TORR含油废水处理系统应用一种由Earth公司（现为Prosep公司）自发研制的粗理化材料RPA。RPA是一种惰性的亲油憎水热固性聚合物，它是颗粒形式的有机物质，并且无毒，呈化学中

30、性，对环境无害的特点，因此被应用与TORR系统中，是这个系统的主要吸油材料。含油废水通过TORR处理时，经过多层的RPA 填料，使得含有废水中的小颗粒油滴被吸附、粗粒化、脱落，从而去除废水中的油颗粒，以达到净化水的目的。它可以在完全饱和油时继续吸收微小乳状液，它可像吸收自由浮油一样吸收聚结油14。TORR 的油水分离理论最终归于 Stocks 公式：rwov = gd 2 (r - r ) /18h(2-1)式中， vr 油滴的上升速度，m/s；g 重力加速度，9.8m/s2；d 油滴的粒径， m ；wr 水的密度，kg/m3；or 油的密度，kg/m3； 水的粘度， Pa s 。同气浮法一样

31、，TORR 技术最终的油水分离是基于重力，使得不同的组分得以分离。其影响上浮速度的主要因素是油滴粒径，随油滴粒径的增大，其上浮速度就会被逐渐减弱。其过程如图 2-1 所示。图 2-1 RPA 吸油剂的吸油过程含油废水从右侧进入，通过RPA吸附剂，小油滴在这一过程中，不断地聚结长大，在吸油剂中形成一个个大的油滴。RPA粗粒化材料的粒径2um的油滴。在吸收达到饱和后，此吸附剂还可以继续工作15。TORR系统的结构形式如图2-2、2-3 所示。图 2-2 TORR系统的结构16含油废水经过初级的处理后，进入到 TORR 油水分离罐中。在 TORR 处理罐中，油水乳化液通过聚结床层，聚结层一般为 61

32、2 层相同的由吸油剂 RPA 构成，如图所示。随着含油废水经过 RPA 组成的层状物的表面，小的油滴在其中不断的长大，在 RPA（吸油）与含油废水之间，阻力逐渐加大。最终，达到一个动态的平衡：黏着力与阻力平衡。当阻力大于附着力时，油滴从 RPA 上以大油滴的形式脱落，其直径可达到 1mm。而后，油滴依据 Stokes 公式沉降。同时， RPA 继续工作，吸附油滴。经过一系列的实验与研究，TORR含油废水处理技术已于 2002 年 4 月成功地应用于塔利斯曼能源天然气厂（Talisman Energy gas plant），并取得了良好的处理效果17。2.2 设备的结构设计2.2.1 总体结构介

33、绍图 2-3 为一的完整单一处理设备的设备结构示意图。图中展示了以四个单体结构并联使用来处理含油废水的内部图。其并联的数量及每一单体结构内部所要串联的单一处理组件的个数，取决于处理水量的大小，每一独立处理结构被固定在下部底板上。TORR 外部筒体的大小依单体并联数量的多少而定。通过外部的进水管路，含油废水进入设备的底部，其底部为半圆体空壳，进水在此处被均匀分配到每一处理单元中。水流通过与底部平板相连的管线进入到四个处理单体中。图 2-3TORR设备内部图图 2-4 含油废水进出水图18内部单体的工作过程如图 2-4 所示，含油废水从设备的底部进入，通过进水管路进入到筒体中。随着进水量的不断增大

34、，含油废水通过装有特殊材料的处理结构，在这一过程中，小的油滴在其内部不断润湿聚结长大，依据 Stokes 公式， 由于油水密度的不同，逐渐长大的油滴不断向上聚集在筒顶，通过顶部的集油管收集排出。而经过处理后的含油废水则由设备的底部管路收集并排出。2.3 单一处理单元内部结构2.3.1 外筒结构现以其中的一个处理单元的结构来进行其内部结构的具体说明。图 2-5(a) 展示了外部环形套筒 1 的组成。以 14a 为中轴线，其外部套筒被分为 4 个部分， 这四个分隔板分别为 3a，3b，3c 和 3d，其具体形式如 25(b)所示。一定数量的搭钩与沟槽均匀分布在分隔板的两侧，圆筒分隔板的 4 个组合

35、部分反向结合，至两端处结束。图中 11 为顶盖，其具体介绍在后面有详细说明，在此不作介绍。在环形套筒上均布若干个小孔，作为液体从中部渗出的渗出孔，对处理后的净水进行收集。其孔径大小和分布密度与内部所装填料的大小与形状有关。图 2-5(b)中清晰地展示了其中一个组成部分分隔板的结构。36 为插槽，图中套筒的一侧均匀分布了 11 个插槽。则在其对侧有相应数量的搭钩与之配合。这四个环形套筒的组成部分，分被反向结合，一个的插槽与另一部分的搭钩相结合，组成一完整的外部环形套筒。由于内筒与外筒之间要装粗粒化材料，故而每个分隔板的顶部与底部各留出一段，如图中 38、39 所示。圆柱体套筒横断面也可以采用其他

36、形状，如三角形、多角形等，并且其组成部分完全可以是由一整体的圆柱体套筒组成，而无需分成几个部分，也可以由若干个部分共同组成。由于断面、套筒组成部分，以及所提到的其他方面的问题， 在此不作讨论。(a) (b)图 2-5 单一处理结构外部图为了处理不同处理量的含油废水，图 2-5 中所示的单体结构也可串联多个使用。下面对外部套筒的结合方式做一详细介绍。作为图2-5 的8-8 断面的剖视图，分隔板形成一断面，图 2-6 展示了分隔板 4 个部分反相的结合方式，图中 40 为搭钩。在分隔板的两侧分别有一外钩与内槽，提供了一个滑道自锁条件，每个分隔板 3a，3b，3c，3d（图 6 中）中的搭钩结束于分

37、隔板开孔的终止处。每个相邻分隔板的边缘处，搭钩反向配置。搭钩（36）与搭钩（40）分别与相邻分隔板的搭钩配合，形成一个位移互锁的圆柱体套筒。其具体细节结构形式，如 b 所示。通过搭钩（40），插入插槽（32）中，搭钩（36）防止了搭钩的脱落，这几个部分形成互锁。（a）（b）图 2-68-8 断面的剖视图2.3.2 顶盖与底盖结构图 2-7 为单一处理单元截取顶部与底部的放大图。现以顶部部分做一详细的说明。11 为与环形套筒 3 相配合的顶盖，其结构细节如图所示。图中箭头 28 所指为与 17（内筒）配合后相同的圆孔，保证水流的通过。32 为顶盖内壁，其并未贯通到底部，在其下部形成一与 17 相

38、配合的槽。86 为环形凹槽上的开孔，与导流环配合使用。在顶盖的外圆，形成一与顶部最大圆成一相应小角的上部外张的部分，即最外圈圆环，被均分为如图所示的几个部分。56 为具有弹性的锥行插件，是顶盖的一个重要的组成部分。在圆柱形套筒的顶/底部，各留出了一相对小的部分，其上提供锥形插槽，即图中箭头 50 所指，每个圆柱形套筒的顶/ 底部圆周上都均匀分布着与顶/底盖相配合的锥形插槽。锥形插槽是筒体连接的重要组成部分。图2-7 顶盖与底盖结构图由于圆柱形外筒内壁的相互衔接处形成如图中 46 所示的凸体结构，在安放顶盖时，顶盖沿筒壁内侧下滑，被安放在 46 凸体上。顶盖 4 个均布的锥形插件插入相应的锥形插

39、槽。56 的顶面 58 插槽的内表面卡住。与此同时，顶盖内壁下部内接于 17 圆柱形套筒外壁，由于形成一卡槽，故而卡在 17 的上表面处。此时，形成一插件自锁。由于 56 为弹性组件，一旦形成自锁，自锁要素就会保证顶盖不会从顶部脱落。导流环置于顶盖环形凹槽内。为防止由于外部压力过大，无法将导流环从凹槽内取出，故而在环形凹槽顶面上各开一个小孔如 86，其底盖 9与圆柱形套筒的配合方式同顶盖。2.3.3 装配零部件基于以上描述，现对单一单体的紧固方式做一介绍。图 2-8 中，64 为顶部压紧零件，由一系列的零部件组成。104 为弹簧，套在图中的 110 所示的套筒外， 112 为一环形垫片，104

40、、110、112 都置于图中所示的 106 中，通过顶部的压紧零部件对整体进行紧固。66 为芯棒，导流片均匀分布。当含油废水从底部进入时，通过导流片的作用，使得含油废水均匀分布，进到吸油材料的每一层中。其顶部螺纹与 102 上的内螺纹相配合，使其可紧固在芯棒顶部。底部的零部件 76 为含油废水的进口。在进行整体结构组装时，顶部的螺母（102）通过弹簧（104）将上部压紧， 固定在螺纹（70）上，在不同的条件下，通过调节螺母（1020，对顶部紧固做出相应调节。而后，通过导环（78）将力作用在顶盖上，使得其牢牢的固定在外筒上，保证了内部堆积的吸油材料不会外漏。底部同样是通过与导环(78)相同的导环

41、(80)的连接作用，使得筒的底部紧固的。导环(80)与底部进水口(62)相连，在底部进水口(62)的顶部提供一可以安放导环(80)的环形区域。与此同时，在设计时考虑到，当单体结构串联使用时，为防止单体结构发生晃动，故而在筒体内部加以零件固定件，与底部的分隔板一起使用，保证筒体结构在整个处理设备中不会因移动、运输设备而发生晃动，其结构形式如图2-8 所示。图 2-8 固定件结构示意图2.3.4 串联多个单体的结构说明一般而言，单个单体的处理量是有限的，无法满足实际处理量的需要，因此在实际应用中，其单体串联使用。其连接方式如下所述：依靠图 2-8 中 78 与 80 这两个导环，就可将多个单一处理

42、单元串联。在每一单体结构的顶盖与底盖上，都会设置一可以安放导环的环形凹槽。在两个单体结构连接时，上部单体底盖的环形凹槽与下部单体顶盖的环形凹槽，用于安放同一导环，导环具有一定的厚度。通过导环的连接，以及顶部压紧零件的紧固作用， 单体结构被串联起来，其数量依据处理数量的多少而定19。图2-9 单体结构零部件图3圆柱筒外壳 ；9底盖；11顶盖；13内部圆柱型壳体；64顶部压紧零件；59底部进水口；66芯棒；72导流板；77、80导环；2.4 填料层的布置填料层的布置方式如图 2-9 所示。图2-10 填料层的布置方式图中处理系统（40）为一个单一的结构：如横向单元可以作为一个整体结构或几个相互关联

43、的内部单元。含油废水从底部进入，通过管道（41）进入到第一个单元（43）中。底部管路 42，用以收集和排出沉积在 43 中的固体颗粒。然后处理单元交替向上：单元 43、45、47 和 49 包含流经处理单元的水相，单元 44、46 和 48 中装有高比表面积的高分子材料。50、51、52 和 53 为双框的集水室。43、44 和 50 构成一个典型的处理单元。高分子材料处于由穿孔金属板组成的网格 54 和以及外壁 56A、侧部内壁 56B 所围成的空间内。侧部内壁（56B）包括低于格栅（54）的一排穿孔管或是与单元 43 相通的窄孔。集水盒（50）的顶部由固体组成（57）。随着含油废水进入装有

44、高分子材料的 58 中，水流继续向上穿过，通过由特殊材料(56)制成的顶部内壁（55），进入下一个单元。在高分子材料中，乳化液破乳，分离的油滴颗粒向着低的表面方向被收集，但不通过顶部内壁(55)， 而是通过侧部内壁（56B）进入到集水盒（50）中，分离的油滴不断长大向上通过管（60）被收集排除。流体通过一个适当的控制方法，如自动控制阀或时间控制器。以后的两个处理单元处理方式相同，处理水进入整个单元，油由管路 61、62 排出。最后一个处理单元(49)与一集水盒(53)连通。大量的含油废水流经至此，大部分处理后的水由管路(64)排出。为了分离进水中的油，以在最后一个处理单元(49)与集水盒(53

45、)中找出一适合的方式。如果最后 48 中的高分子材料仅作为吸收剂，故而不应该有任何分离后的石油流入集水区中 53 中，因此油经管道(63)流出。另一方面，如果在 48 中高分子材料进一步分离油，则有可能会有一些油滴会出现在单元 49 中。则在集水区（53）中，油相通过管道（63）被回收20。第三章结构设计计算3.1 内部结构设计计算对于 TORR 含油废水处理设备内部结构设计计算，以其特殊填料 RPA 去油效率为设计准则，对内部结构进行设计计算。通过查阅相关文献21（可重复使用的吸油剂发明专利申请公开说明书），得到以下数据：（1） 最新的 RPA 吸附聚结剂，是一种颗粒状材料，其尺寸范围从1m

46、 至 3cm。（2） RPA 吸附聚结剂颗粒的生产流速范围为 92.5%69.1%左右，其流率范围分别为 30 m3 /(h m2 ) 至 90 m3 /(h m2 ) 。其中根据实验数据对比，如表 3-1 所示， 可知最佳流速范围为 40 m3 /(h m2 ) 至 60 m3 /(h m2 ) 。表 3-1 油滴随流量增加的消减率试验 1试验 2试验 3试验 4R.R*30 m3 /(h m2 )（4.0LPM）40 m3 /(h m2 )（5.5LPM）60 m3 /(h m2 )（8.1LPM）9 m3 /(h m2 )（12.2LPM）试样入口（ppm）出口（ppm）消减%入口（pp

47、m）出口（ppm）消减%入口（ppm）出口（ppm）消减%入口（ppm）出口（ppm）消减%115712.791.93909.497.645635.292.3190.850.173.32377.679.540215.896.1177.633.681.1314.783.773.4360018.097.048312.097.536039.789.0338.9106.968.4414312.691.251320.296.133637.089.0491.7154.968.5560027.395.545016.096.436642.588.4422.7151.964.1660025.095.8415.6

48、86.3386.747.187.8272.794.965.2741414.896.412.57.242.4440.743.490.2453.6134.270.4平均364.416.992.5327.412.387.5360.439.888.2355.0110.969.1依据上述数据，取处理含油废水时RPA的流率值为 60 m3 /(h m2 ) ，它的处理效率 90%。依据滤池的相关设计，查环保设备原理与设计，得到相关表面积的计算公式A = Q nq0(m2 )（3-1）其中， Q 设计流量， m3 / h ； n 设计个数；q0 RPA 的流率值。根据公式 3-1 计算内筒的表面积有： A

49、= Qnq=308 60= 0.0625m2Ap0.0625p又 A = pR2 ，所以 R = 0.1408m依上述计算取整后，R=14cm。考虑填料密封及中心进水尺寸因素，取R=14.4cm。取筒体高度h1=30cm，由于顶部与底部再用压盖密封时会占用一定体积，故在顶部与底部预留出一定尺寸，则h=30+10+10=50cm。内部单体进水口管口直径，依据滤池相关管径取值（环保设备原理与设计），为75100 之间，取100 为进水支管管径。在本设计中选取两根单体为一处理的单元，四个处理单元并联方式，以满足含油废水处理量为Q总=30m3/h的要求，则H=1m，考虑处理单元在放入的时候不能相互贴合

50、，故而取R=38cm。依据如上所述，现对 TORR 设备内部结构做一简要的介绍。如图 3-1 所示， 为其筒体结构内部分解图，图中可以清晰地看出，其内部各零部件的结构形式， 及其相互配合的方式。其结构原理在第二章中已有详细的叙述，故在此不对其结构形式进行介绍，仅对其配合方式及尺寸做一简要的说明。图3-1 内部结构零部件图如图3-1所示，其内部结构被分为七个主要的部分：外部套筒3、内部套筒13、底部进水压紧装置62、顶部压紧装置64、底盖8、顶盖11以及内部导流支撑芯棒66。其中较为复杂的结构为顶部压紧装置64，其零部件分为了6个部分。依据内部单体进水管的尺寸100，考虑芯棒上的导流板宽度，取芯

51、棒直径为30，则与其螺纹配合的顶部压紧装置100的螺纹内径与其公差配合。依据顶盖11上部内置导环的凹槽直径，即可确定压在其上部的108的尺寸。依此尺寸， 确定顶部压紧装置64的其他零部件的尺寸。3.2 外部筒体的设计22按照GB9019-1988压力容器公称直径，筒体用钢板卷制时，容器的公称直径按表3-2规定，此公称直径指筒体的内径。表 3-2 压力容器公称直径(mm)300350400450500550600650700750800900100011001200130014001500160017001800190020002100220023002400250026002800300032

52、003400360038004000420044004500480050005200据前面的水力计算，选用的筒体公称直径为800mm。按照GB6654-1996压力容器用钢板，结合设计参数，选用筒体的材料为16MnR，设计压力为35Mpa。内压圆筒的厚度：=PD=5 800= 13.84 14 mm（3-2-1）2s F - 0.5 p2 170 0.85式中，D 圆筒体的内直径；P 设计压力； 圆筒体的计算厚度；s 设计温度下圆筒体材料的许用应力；F 焊缝系数。根据钢制压力容器对焊缝系数的定义可知，双面焊的全焊透对接焊缝局部无损探伤的焊缝系数= 0.85，而所选材料的各项指标如表3-3所列，

53、可知许用应力t =170MPa。表3-3 压力容器用碳素钢、低合金钢钢板指标钢号钢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)sbsd2010015020016MnRGB6654热轧、正火6-165103451703.2.1 封头的设计（1） 封头设计封头为主要受压元件，种类较多。常见的有球形封头、椭圆形封头、碟形封头、无折边球面封头、带法兰凸面封头、锥形封头和平盖等。在本设计中，采用标准椭圆形封头。它可以达到与筒体等强度，因此被广泛采用。以内径为公称直径的椭圆形封头，其型式与尺寸如图3-2所示。3-2 椭圆形封头示意图查以内径为公称直径的椭圆形封头尺寸表，得DN

54、=800mm的椭圆封头尺寸及质量表3-4。表3-4 椭圆形封头的尺寸与质量公称直径D（mm）曲面高度h1(mm)直边高度h0(mm)内表面积F()容积V（m3）厚度p（mm）质量G（）800200400.7920.08711477所以，曲面高度h1=200，直边高度h0=40。椭圆形封头材料与筒体材料相同，同为16MnR。（2） 封头法兰的设计本设计中工作压力为35MPa，因而选用长颈 (对焊)法兰。标准法兰是根据公称直径D g和公称压力Pg选用的。容器法兰的公称直径与容器的内径相同，管法兰公称直径是管子的名义直径，为接近管子内、外径的某一整数。根据确定的DN=800mm、PN=5MPa，得容

55、器法兰尺寸如表3-5所示。表3-5 长颈法兰参数公称 直径DN/mm法兰外径D/mm螺孔中心圆直径D1D2/mm法兰内径 D3/mm容器外径 D4/mm法兰厚度/mm螺柱规格螺孔数量/ 个对接筒体最小厚度080099594089882888570M364014续表 3-5公称直径法兰质量法兰质量DN，mm平面凸面凹面槽面平环凸环凹环槽环800165.5174.4170.273.05.511.56.89.6该规格的法兰用垫片如表 3-6 所示。表3-6 容器法兰用缠绕式垫片（JB470592）公称直径尺寸PN=6.4800D4D3D2D1944918868832示意图如图 3-3 所示。图3-3 缠绕式垫片示意图封头法兰结构如图3-4所示。图3-4 封头法兰平面图3.2.2 吊耳顶部板式吊耳依本设计需要，选用顶部板式吊耳，代号 TP，简称 TP 型吊耳。适用于轻型立式设备的吊装。根据检修