船用油污水分离装置的设计【带PROE三维】【4张CAD图纸+任务书+毕业论文】

船用油污水分离装置的设计37页 13000字数+论文说明书+任务书+4张CAD图纸【详情如下】PROE三维图纸.zip三维草图.dwg任务书.doc分离设备总体图.dwg油水分离器装配图.dwg船用油污水分离装置的设计论文.doc船用油污水分离装置的设计目 录第一章  绪论II1.1 船舶含油废水的来源及水质特征II1.2 船舶含油废水的处理技术介绍III第2章  总体方案设计V2.1基本结构V2.2 工作原理VI2.3主要参数校核VIII2.4 反向冲洗装置IX3.1简介XI3.2 对象的组成及特性XIII3.3 附设除水器的控制方案XV3.4 直接控制分界面的控制方案XVIII3.5液位界面变送器的零点迁移XIX3.6 减少变送器的量程XX3.7 油水分离界面控制系统XX3.8 被控参数的选择XXII3.9 控制参数的选择XXII3.10 过程动态特性XXIII3.11 最佳控制方案的确定XXIV3.12 误差分析XXV第四章  节阀的选择XXVII4.1  调节阀的流量特性XXVII4.2  调节阀流量特性的选择XXIX4.3  调节阀的结构选择XXIX4.4  调节阀气开气关形式的选择XXX4.5 仪器、仪表的接地XXX4.6接地的作用XXXI4.7油水分离界面控制系统部分仪器的接地方法XXXI4.8 油水分离技术主要应用领域XXXII5  结束语XXXIII致谢XXXIV参考文献XXXV    摘要：本文针对含油废水中浮油，分散油和乳化油的处理，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，并对其内部构件比如入口构件、聚结构件、集油构件及出口构件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特性是提高油水分离效果的关键，直接影响到设备的除油效率。在聚结构件结构的设计上采用横向流进水，利用波纹板提供的曲折通道和非常大的聚结表面产生近似于正弦波的水流，使分散油珠产生最大程度的聚结。以斯托克斯公式和浅层沉淀理论为依据，进行板长板宽及板间距的选择，并以雷诺数验证水流的层流状态；在聚结材料的选择上，通过测量油在备选材料上的接触角，并考察其有效、经济、耐久性，最终确定经改性剂A进行表面改性后的镀锌板作为该油水分离器的聚结板材。所设计的装置可去除20um以上的油珠，出水含油量小于10mg/L，基本达到设计要求。关键词：油水分离，重力，聚结，粗粒化，波纹板第一章  绪论船舶行驶时会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。1.1 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。   （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10100 um，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。混入废水中的油类多数以几种状态并存，极少以单一的状态存在。一般需采用多级处理方法，经分别处理后才能达到排放标准。1.2 船舶含油废水的处理技术介绍  含油废水处理的难易程度随其来源及油污的状态和组成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)2。下面介绍几种国内外常见的处理方法3-6。 （1）重力分离法: 利用油水两相的密度差及油和水的不互溶性进行分离。沉降分离在隔油池中进行，常见的有平流式(API)、平行板式(PPI)、波纹板式(CPI)等型式。平流式隔油池的设计主要基于斯托克斯公式，由公式可求得一定表面积的隔油池所能除去的最小油珠粒径。隔油池水流状态对除油能力和效果也有很大影响，最好的水流状态是层流状态，它有利于油珠的上升和固相的沉降。根据以上理论，进而设计出了PPI式、CPI式、IPI式(斜板式)等更为高效隔油池。这几种型式的隔油池与API式相比较，占地面积省，去油能力、排油能力及安全程度等方面明显提高，因此已被广泛应用。该类方法设备结构简单，易操作，除油效果稳定，但对溶解性油类或乳化油是不适用的。 （2）聚结法(粗粒化法): 利用油水两相对聚结材料亲和力的不同来进行分离，主要用于分散油的处理。此法的技术关键是粗粒化材料的选择，许多研究者认为材质表面的亲油疏水性是主要的，而且亲油性材料与油的接触角小于70为好。常用的亲油性材料有蜡状球、聚烯系或聚苯乙烯系球体或发泡体、聚氨酷发泡体等。粗粒化法可以把5 10 um粒径以上的油珠完全分离，无需4.8 油水分离技术主要应用领域（1） 船厂废柴油过滤、破乳、油水分离，含水量58 ppm/kg；（2） 变压器油过滤、破乳、油水分离，含水量25 ppm/kg；（3） 发电厂透平油过滤、油水分离、脱色、破乳、精滤，含水量25 ppm/kg；（4） 海上原油泄漏事故处理，收集、过滤、油水分离；（5） 油田落地油过滤、清洗、油水分离；（6） 海上钻井平台浮油收集、油水分离、加温分离，含水量100ppm/kg；（7） 钢铁厂平流油沉淀池浮油收集、过滤、油水分离；（8） 炼油厂大量含油废水收集、过滤、油水分离。5  结束语本文是以重力法直接控制分界面控制方案的论证、检验、改进为目的而展开的研究。概括而言，具有以下的特点：正确性本文采用重力法对油水分离界面控制系统作了细致的分析，并有附设除水器的控制方案、直接控制分界面的控制方案。经过分析证明直接控制分界面的控制方案效果更好。优越性直接控制分界面的控制方案操作简单、成本低、防爆性能好。通用性本位所实用的不仅仅是油水分离界面控制，只要是两种密度不同的液体都可用。致谢本文主要阐述了油水分离装置设计。通过这次设计使我对齿轮加工过程产生了浓厚的兴趣，同时，受我主修专业的影响，我已经习惯于设计带来的一系列机遇与挑战。本篇论文虽然凝聚着自己的汗水，但却不是个人智慧的产品，没有导师的指引和赠予，没有父母和朋友的帮助和支持，我在大学的学术成长肯定会大打折扣。当我打完毕业论文的最后一个字符，涌上心头的不是长途跋涉后抵达终点的欣喜，而是源自心底的诚挚谢意。我首先要感谢我的指导老师张文生老师，对我的构思以及论文的内容不厌其烦的进行多次指导和悉心指点，使我在完成论文的同时也深受启发和教育。再次由衷感谢答辩组的各位老师对学生的指导和教诲，我也在努力的积蓄着力量，尽自己的微薄之力回报母校的培育之情，争取使自己的人生对社会产生些许积极的价值！参考文献1 孙洪程，翁唯勤?过程控制工程设计?北京：化学工业出版社,20012  萧德云,吕伯明?过程控制系统?北京：清华大学出版社,2004 3  陈伯时?自动控制系统?北京：中央广播电视大学出版社, 19814  何离庆?过程控制系统与原理?重庆：重庆大学出版社,20035  王永初,任秀珍?工业过程控制系统设计范例?北京：科学出版社, 1986 6  侯志林?过程控制与自动化仪表?西安：机械工业出版社,20037  南国英,张志刚?给水排水工程专业工艺设计?北京：化学工业出版社,20048  孙自强?生产过程自动化及仪表?上海：华东理工大学出版社,19999  李亚峰?尹士君?给水排水工程专业毕业设计指南?北京：化学工业出版社,2003 毕业论文（设计）任务书 毕表 1 姓 名 许晓兵 专 业 机械设计制造及自动化 班 级 题 目 船用油污水分离装置的设计 题 目 来 源 虚拟 指 导 老 师 郝鸿雁 职 称 讲师 任 务 下 达 日 期 2010 年 12 月 日 论文（设计）其止日期： 2010 年 月 号 至 2011 年 月 日 学生（签名）： 毕业论文（设计）计划任务（目的、任务、计划进度、措施、预期结果）： 目的： 计方法和步骤。 任务： 1. 了解国内外油水分离器的设计动态； 2. 油水分离系统的原理研究； 3. 油水分离系统方案的设计与确定； 4. 油水分离系统的零部件结构设计； 5. 翻译英文资料 计划进度： 1 查阅资料，熟悉课题相关内容，确定技术方案； 1 3 周 2 油水分离系统的系统原理研究 ； 4 5 周 3 油水分离系统方案的设计与确定 ； 6 8 周 4 油水分离系统的零部件结构设计 ； 9 12 周 5 资料的整理，并撰写论文。 13 14 周 措施： 定期检查指导，严格执行计划进度。 预期结果： 论文、图纸等。 参考资料 ： 自己填（根据所参考的资料） 不少于 15 篇论文或书籍 教研室意见： 指导小组组长 或教研室负责人（签名）： 年 月 日 船用油污水分离装置的设计 目 录 第一章 绪论 . 舶含油废水的来源及水质特征 . 舶含油废水的处理技术介绍 . 2 章 总体方案设计 . V 本结构 . V 工作原理 . 要参 数校核 . 反向冲洗装置 . 介 . 象的组成及特性 . 设除水器的控制方 案 . 接控制分界面的控制方案 . 位界面变送器的零点迁移 . 少变送器的量程 . 水分离界面控制系统 . 控参数的选择 . 制参数的选择 . 程动态特性 . 佳控制方案的确定 . 差分析 . 四章 节阀的选择 . 调节阀的流量特性 . 调节阀流量特性的选择 . 调节阀的结构选择 . 调节阀气开气关形式的选择 . 器、仪表的接地 . 地的作用 . 水分离界面控制系统部分仪器的接地方法 . 水分离技术主要应用领域 . 结束语 . 谢 . 考文献 . 摘要 ： 本文针对含油废水中浮油，分散油和乳化油的处理，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，并对其内部构件比如入口构件、聚结构件、集油构件及出口构件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特性是提高油水分离效果的关键，直接影响到设备的除油效率。 在聚结构件结构的设计上采用横向流进水，利用波纹板提供的曲折通道和非常大的聚结表面产生近似于正弦波的水流，使分散油珠产生最大程度的聚结。以斯托克斯公式和浅层沉淀理论为依据，进行板长板宽及板间距的选择，并以雷诺数验证水流的层流状态；在聚结材料的选择上，通过测量油在备选材料上的接触角，并考察其有效、经济、耐久性，最终确定经改性剂 A 进行表面改性后的镀锌板作为该油水分离器的聚结板材。所设计的装置可去除 20上的油珠，出水含油量小于 10，基本达到设计要求。 关键词： 油水分离，重力，聚结，粗粒化，波纹板 第一章 绪论 船舶行驶时会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。 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。 （ 1）浮油 : 这种油在水中分散颗粒较大，油粒径一般大于 100 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 10 100 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 般为 2 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。 混入废水中的油类多数以几种状态并存，极少以单一的状态存在。一般需采用多级处理方法，经分别处理后才能达到排放标准。 舶含油废水的处理技术介绍 含油废水处理的难易程度随其来源及油污的状态和组成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 )2。下面介绍几种国内外常见的处理方法 3 （ 1）重力分离法 : 利用油水两相的密度差及油和水的不互溶性进行分离。沉降分离在隔油池中进行，常见的有平流式 (平行板式 (波纹板式(型式。平流式隔油池的设计主要基于斯托克斯公式，由公式可求得一定表面积的隔油池所能除去的最小油珠粒径。隔油池水流状态对除油能力和效果也有很大影响，最好的水流状态是层流状态，它有利于油 珠的上升和固相的沉降。根据以上理论，进而设计出了 、 、 (斜板式 )等更为高效隔油池。这几种型式的隔油池与 相比较，占地面积省，去油能力、排油能力及安全程度等方面明显提高，因此已被广泛应用。该类方法设备结构简单，易操作，除油效果稳定，但对溶解性油类或乳化油是不适用的。 （ 2）聚结法 (粗粒化法 ): 利用油水两相对聚结材料亲和力的不同来进行分离，主要用于分散油的处理。此法的技术关键是粗粒化材料的选择，许多研究者认为材质表面的亲油疏水性是主要的，而且亲油性材料与油的接触角小于70 为好。 常用的亲油性材料有蜡状球、聚烯系或聚苯乙烯系球体或发泡体、聚氨酷发泡体等。粗粒化法可以把 5 10 径以上的油珠完全分离，无需 外加化学试剂，无二次污染，设备占地面积小，基建费用较低。但对悬浮物浓度高的含油废水，聚结材料易堵塞。 （ 3）凝聚法 : 也就是用絮凝剂除油的方法。常用的无机絮凝剂是铝盐和铁盐，特别是近年来出现的无机高分子凝聚剂，如聚硫酸铁、 聚氯化铝等，具有用量少、效率高的特点，而且使用时最优 较宽。虽然无机絮凝剂法的处理速度快，但药剂较贵，污泥生成量多。有机高分子凝聚剂的研究发展很快，但目 前有机高分子絮凝剂在含油废水处理方面的应用仍然主要是用作其它方法的辅助剂。 （ 4）气浮法 : 通常采用的主要是加压溶气浮选法去除乳化油。因为空气微泡由非极性分子组成，能与疏水性的油结合在一起，带着油滴一起上升，上浮速度可提高近千倍，所以油水分离效率很高。常在含油废水中加入絮凝剂，还会进一步提高油水的分离效果。目前该法已被广泛应用于油田废水、石油化工废水、食品油生产废水等的处理，但动力消耗较大，构造复杂，维修保养困难。 第 2 章 总体方案设计 船舶行驶时会排放大量的油污水 ,从而影响海 洋生物的生长 ,对海洋资源造成严重的破坏 ,还可能影响局部地区的水文气象条件 ,降低海洋的自净能力。因此必须采取措施 ,将油污水处理成符合排放标准的净水后再排入水域 ,从而保护水域环境。目前国际上通常利用油水分离器作为油污水的处理装置 ,我国已有适合于大中型船舶的油水分离器系列产品 ,但适合小型船舶的油水分离器不仅少 ,而且价格贵 ,很难推广。过去我们研制的 0. 1/ . 05 小型船用油水分离器已成为我国的定型船用产品 ,适用于总吨 500 以下的船舶。但沿海一带大量的船舶总吨属于 500 1000。据资料介绍 ,仅广东省就有总吨 1 000 以下的船舶 10 多万条 ,而适合这类船舶的油水分离器产品少 ,且体积大 ,寿命短 ,售价高 ,难以推广。为此 ,我们研制了结构简单且价格低廉的 0. 2 型船用油水分离器。通过对样机的型式试验 ,结果表明该油水分离器分离效果良好 ,完全满足国家排放标准。 本结构 本装置由粗分离部分和细分离部分组成 ,见图 1。粗分离部分主要采用机械重力分离法 ,其主要部件为伞盘组。细分离部分主要采用过滤法和聚结法分离 ,主要部件为粗粒器和金属 丝网。粗粒化元件用微孔结构的合成材料制成 ,但其孔隙和密度不相同 ,第二级比第一级的孔隙减小 ,密度增大 ,使分离效果逐级提高。对含杂质较多的污水 ,使用粗粒器 (过滤网 )以延长粗粒化元件的使用寿命。 工作原理 图 2：改进后的实体图 来自专用配套泵的舱底油污水 ,经吸入滤口切向进入分离器中部后旋转上升 ,由于流速低 ,流程长 ,有助于大油滴上浮。油污水再由上部转向向下流经伞盘组 ,由于伞盘组能够增大接触面积 ,增大湿周 ,缩短油滴上浮的距离 ,增加油滴的碰撞机率 ,使之使成大油滴 ,因而提高了分离效果。聚合形成的较大油滴 ,上浮至粗分离器顶。含有微细分散油滴和乳化油滴的油污水 ,经滤网和聚丙烯吸油材料组合的过滤、聚结元件。含有更小颗粒油滴的油污水通过细滤器滤除水中的机械杂质及部分石蜡胶状体后 ,再进入粗粒器。粗粒器使用亲油性高分子材料制作 ,用以截留吸附微小油滴。从其表面分离出来的新油滴直径比入口的油滴直径有显著的增大 ,产生粗粒化效果。大油滴上浮至粗粒器上部 ,符合排放标准的水则经分离器底部通过超过顶部的出水 管排出。当分离出的污油在分离器顶部聚集 ,达到油位检测报警位置后 ,蜂鸣器报警 ,进行人工排油。粗粒 器上部污油很少 ,可定期人工排油。 要参数校核 根据选定的伞盘组结构参数 ,校核可分离的最小油滴直径。因为雷诺数 再求伞盘间油滴上浮速度。参见图 2 ,伞盘间距 b = 0. 3伞盘母线长 l = 12轴截锥面底角 = 40 ,根据相似关系得伞盘间油滴上浮速度 比较油滴上浮速度 知 ,后者略大一些。因为油污水进入伞盘组后 ,水流速度方向与油滴上浮速度方向 接近 ,相对速度降低 ,因而提高了分离能力。计算可分离的最小油滴直径 d 与已知可分离的最小油滴直径 d 基本相同 ,说明所选的伞盘组结构参数较理想。 反向冲洗装置 由于随着分离器的使用 ,分离器内部的分离元件特别是过滤材料将变脏 ,流体流动时压力损失增大 ,从而严重影响分离效果。因此 ,为了使油水分离器内部分离元件保持干净 ,以保证其分离效果 ,本方案设有反向冲洗装置 。操作步骤如下。旋转三通旋塞 2 ,使反向冲洗海水与泵口接通 ,旋转三通旋塞 1 ,使泵出口与分离器排水口接通 ,关闭分离器 排水阀 3 ,开启反冲洗出水阀 4 ,启动专用配套泵 ,即实现反向冲洗 。 第三章 油水分离部分设计 介 世界人口的迅猛增长和工业的高速发展，导致水资源短缺日益加剧。 20 世纪世界人口增加了近 3 倍，淡水消耗量增加了约 6 倍，其中工业用水增加了 26 倍。而世界淡水资源总量基本不变，使 20 世纪末的人均占有水量仅是实际初的 1/18。据报道，目前世界上约有 1/3 的人口面临供水紧张的威胁；另一方面水污染问题日趋严重，全世界每年排 放工业废水约 4260 亿 m,造成可供人类使用的淡水资源总量的 1/3 受到污染，使本来就很紧张的淡水资源更是雪上加霜。据有关资料显示， 1995年全世界有 20 的人口缺乏安全用水。另据世界卫生组织统计，每年至少有 1500 万人死于水污染引起的疾病。 我国水资源不丰富，是世界 13 个贫水国之一。年均降水量只有630于全球陆地面积年均降水量（ 880亿 m,居世界第六位，但按 1998 年 人口计算，人均占有水量仅为 2251m，是世界人均水平的四分之一，居世界 149 个国家的 第110 位。按国际上的通行标准，人均占有水资源 2000m为严重缺水，人均占有水资源 1000m为最低标准，由此可见我国属于水资源短缺的国家。 据统计，我国城市每年缺水 60 亿 m，在全国 666 座建制市中，有近 400 座城市缺水，日缺水量达 1000 万 m以上。缺水导致水费上涨，如威海市城市居民现按每人每月 2m水配额供应，超过配额部分按 40 元 /m收费。据美国经济学家斯特 布朗预测， 2020 年我国将缺水 300 多亿 m。到 2030 年中国工业用水将从每年 520 亿 m增加到 2690 亿 m，届时水资源的短缺将更加严重。 一方面水资源严重短缺，另一方面水资源污染日益严重。 1995 年全国废水排放量达 m，占世界污水排放总量的 造成全国700 余条大中河流中的近 1/2 遭受污染，其中 70 余条河流因严重污染而失去使用价值。中国环境状况公报报道，目前 78的城市河段不适宜作饮用水源， 50的城市地下水已受到污染。可以说污染到了触目惊心，非治理不可的程度。 在城市用水中，工业用水占 80。而工业用水浪费问题严重，表现之一是输水方式落后，水损失率高。据 1996 年供水年鉴统计，工业输水过程中水损失率高达 20 ， 1997 年工业用水在输送途中损失了 2000 多万 m，而日本在 1992 年的输水损失率仅为 10；再就业工业耗水量大，国内加工吨油的水消耗量是国外的近 5 倍，钢铁是国外 45 倍，啤酒是国外的 26 倍，发电是国外的 2 倍，造纸是国外地 2；另外工业水的重复利用率低，一般只有 30，德国高达 64，日本为 60。上面三个环节造成工业水的浪费极大。 对于工业用水，节水的余地很大，如果将石化企业炼油装置的吨油水耗从目前的 低到镇海炼油化工股份公司的 平，吨油排污水量由目前的 低到镇海良友 化工股份公司的 石化系统炼油行业每年可以节约 m新鲜水，同时减少相应数量的污水排放，所节约的新鲜水可以满足 t 新增加工原油用水，同时可为企业节约水费，污水处理费和排污费约 8 亿元。 要缓解油资源短缺，必须从两方面入手。一是节约燃料，特别是提高油的开采率；二是提高燃料的利用率，把原油进行加工，使其纯度更高。 面对如此严峻的油资源状况，加大对原油的除水处理就显得特别重要了，就需要我们设计出一种经济适用的除水控制方案来缓解以上系列问题。我们将详细设计除水自动控制系统方案。 要解决时间 紧、任务重与资金严重不足的矛盾，必须充分重视，并发挥科学技术在环保工作中的作用。原油的除水处理工艺方案设计是除水处理的首要环节，一个科学合理的方案可以在达到治理目标的同时节省投资、降低成本、简化管理。 本控制系统的被控对象是原油在分离罐中的油水分离的界面自动控制。在整个控制系统中，原油中油和水的输入总量是基本上是固定不变的它不会随时间的变化而变化，这属于稳态。而在系统中，要维持废水界面控制，将系统的稳态值设定在适合值，如果稳态值有变化，则要系统能够根据实际情况来调节。 在石油化工工业中，常常要从许多组成沸点 相近的混合物中分离出轻组分，一种有效的办法是往混合物中加入一定比例的水作萃取塔蒸馏，再把从塔顶馏出的蒸汽冷凝，然后进入油水分离罐，分别取出轻组分的物质与水，就可以获得生产过程所所需要的轻原料，例如：腈纶生产的原料丙烯腈就是利用这种方法从混合物中分离出来的。可见油水分离器在生产过程中是一种常见的设备。 象的组成及特性 在油水分离系统中，首先应明确整个控制系统的组成。对于任一油水分离系统来讲，我们需要控制的是待处理的油水混合液，而要达到控制油水分离的目最重要的是要做好油水分界面液位的控制。油水分离控制 系统主要组成部分包括：比例调节器、差压变送器与调节阀门等 及零件如下： 研究被控对象动静特性的目的是据以配置合适的控制系统，以满足生产过程的要求。系统在运行中有两种状态。一种是稳态，此时系统没有受到任何外来的干扰，同时设定值保持不变，因而被调量也不会随时间变化，整个系统处于稳定平衡的共况。另一种是动态，当系统受到外来干扰的影响或者在改变了设定值后，原来的稳态遭到破坏，系统中各组成部分的输入输出量都相继发生变化，尤其是被调量也将偏离原稳态值而随时间变化，这时就称系统处于动态。经过一段调整时间后， 如果系统是稳定的，被调量将会重新达到新设定值或其附近，系统又恢复稳定平衡状况。由于被控对象总是不时受到各种外来干扰的影响，设置控制系统的目的正是为了对付这种情况，因此系统经常处于动态过程。显然，要评价一个过程控制系统的工作质量，只看稳态是不够的，还应该考核它在动态过程中被调量随时间变化的情况。 设除水器的控制方案 油水分离有两种典型的控制方案，如图 1 与图 2 所示。图 1 利用溢流方式分离油，利用除水器分离水是根据除水器抽水管的高度，可以推算出油水分离的液体界面的高度，由 油水混合液 回流 水 油 图 1 附设除水器控制方案 图 1 可以看出，当分离罐的液位处于稳态的情况下，存在如下关系：21121 )( (1) 2H P P 1H 2H 式中 h 为分离层的高度； 1r 为水的重度； 2r 为油的重度； 1h 为溢流档板高度； 2h 为抽水管出口高度； h 为抽水 管的阻力损失，因为 1h ， 2h ，1r ， 2r 为常数， h 在抽水管较短的场合下是一个很小的数，因此可以忽略不记，于是由式 1 求得分离层高度的计算式 211221 rr （ 2） 油水混合液 回流 水 油 图 2 直接控制分界面控制方案 显然，在油水分离器暂态过程以后，其油水分离界面恒定的，因此图 1 不是 要求 专门的界面控制系统，仅安装除水器的水位控制系统与油水分离器的溢流槽液位控制系统，这两个系统均由比例调节器 、差压变送器与阀门组成。 油 水 2H P H P D/Q D/Q 接控制分界面的控制方案 图 2 溢流槽液位控制系统与图 1 相同，不同的是分离器没有除水器，油水界面采用浮筒式液位变送器进行检测。图 3示某油水分离器所采用的浮筒式液位计与油水分离罐的联系方式。油水分界面控制系统采用电动浮筒式液位变送器，这种变送器的最大量程 L=500 毫米水柱，最大浮力 F=斤，最大浮力所对应的仪表信号为 10 毫安，且知21 =重 / 3厘米 ， 1r =1 克重 / 3厘米 。 浮筒液位剂 油水分离器 2v L 1v 3 浮筒液位计与油水分离器的联系方式 为了利用这种变送器进行分界面的 测量，浮筒的截面积需要按仪表规定的技术条件与工艺参数进行特殊设计。由上述规定的仪表技术条件知道，当浮筒全部为重液所 没时，其浮力为最大，此时的浮力为 0F=斤，对应的仪表为 10 毫安，当浮筒全部为轻液所侵没时，其浮力最小。根据最大浮力的条件，可以确定浮筒的截面积 A 221 .0 （ 3） A 确定以后，可以求出浮筒全部为轻液所 没时的浮力 2 （ 4） 根据以知条件： L=50 厘米， 2r =重 / 3厘米 ，得到 公斤公斤 5 2 （ 5） 可见，分界面从 0 变化到 L，其浮力只变化 斤，就是说，利用浮筒液位变送器作分界 面测量仪表时，其静态增益大 大 降低，而且仪表的静态工作点偏高，譬如 h=L，浮筒全 部为油，仪表的零位信号就有 了克服上述出现的两个问题，系统设计必须进行如下两项工作： 位界面变送器的零点迁移 零点迁移的依据是当液位界面处于变化范围（ 0 L）的中间值（ L/2）时，变送器的输出信号亦为仪表工作信号（ 0 10 毫安）的中间值（ 5 毫安）。迁移前，分界面处 L/2 处时的浮力为 （ 6） 与 F 对应的 变送器输出电流为 毫安毫安 （ 7） 因此将变送器的零点往负的方向迁移 安，此时，变送器的输出信号为 I（ 8） 调节器的给定值设置在 50%，既 毫安给 5少变送器的量程 将变送器的测量减少 ，以维持界面变送器的静态增益同测量液位的静态增益一样。如果变送器的静态增益因结构关 系难以改变，则在组成控制系统时应减少比例调节器的比例带。例如一般液位调节器的比例带为 50%，则对于同一差压变送器（如不改变量程）应用于控制分界面时，调节器的比例带应设置为 6%。 水分离界面控制系统 为了油水分离系统的正常进行，对于油水分离控制系统的生产、生活工艺要求罐内的油水界面一般需维持在某一小范围内变化，并要保证分离罐内的水不产生溢出和低于排水的最底要求，确保油水分离过程的安全。本文就设计出油水分离界面控制系统，用分离罐的油水分界面来控制油水分离界面控制系统。 油水界面控制的基本目 的是使油水分界面尽可能靠近其设定值，这个设定值可能代表一个最佳操作点。 图 4 油水分离界面控制系统组成 - + 图 5 油水分离界面控制系统 油、水流量控制方框图 油水分离界面控制系统如图 5 所示，其控制目的是保持油水分离过程正常进行。在该系统中并不是严格要求把油水分界面保持在某一设定值上，而是根据其油水分界面指示值，通过差压变送器把非电信号转变为 电信号，控制器根据这信号来控制阀门的运行工况。 12控制器 油水分离罐 流量变送器 其具体运行情况是：油水混合液里油水比例发生变化时，出油管出油量和出水管出水量就要发生变化，油水分离罐里的油水分界面就发生变化，当水的比例增大时，油水分界面上升，出水管阀门的开度增大，出油管阀门的开度减小，反之，当油的比例增大时，油水分界面就要下降，出水管阀门的开度减小，出油管阀门的开度增加。为使系统能顺利工作，就必须把油水分界面控制在一定范围内变化，系统通过安装在油水分离管内的两台液位指示仪，显示其液位值。当油水分界面在规定的范围变化时，安装在油水分离罐外的差 压变送器把这一油水界面液位值转变为电信号传入控制器，控制器根据这值与其设定值比较来控制出水管阀门的开度，向外输出水。当油水分界面液位高于允许变化范围最大值时，出水管阀门开度最大，当油水分界面液位低于允许变化范围最小值时，出水管阀门关闭。 控参数的选择 根据以上油水分离控制系统的工艺简况可知，分离罐内的油水分离界面和油液位需维持在某一给定的位置上，或在某一范围内变化，这是保证油水分离正常进行的工艺指标。所以，分离罐内油水分界面和油液位分别既是直接被控参数。由于油水分界面和油液位测量一般是比较方便的， 并且工艺指标要求的精度并不的非常高，所以，就直接选取油水分界面和油液位作为被控参数。 制参数的选择 从油水分离界面控制系统的工作原理和过程来看，影响油水分界面和油液位的参数有两个，一个是油水混合液中油和水的流入量，一个是油和水的流出量。控制这两组参数都可以直接控制液位。但出水（油）量是由输入量决定的，并且输入量是变化的，无规律的。所以从保证油水分离的正常进行的因素考虑，故选流出量（油和水）作为控制参数。 程动态特性 油水分离界面控制系统过程特性为，有自衡的非震荡过程。其响应曲线示于图 1Q 1q 11q t 图 6 油输出阀门的工作区及其特性 说明： 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 图 7 水输出阀门的工作区及特性 说明： 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 当刚开始向油水分离罐内输入油水混合液时，油输出阀门和水输出阀门谁先工作，要根据实际情况才能确定，所以在这里不作讨论。假设油水分离控制系统达到平衡后，水的输入量不变，油的输入量增加，油水分界面保持不动，油的液位上升，输出油管道的阀门开度增大，最后达到平衡。当水的输入量增加，油的输入量也增加，油水分界面液位上升，油的液位上升得更快，输出油和水管道的阀门开度都增大，最后达到平衡。当水的输入量增大，油的输入量减小，油水分界面液位上升，油的液位先上升、再下降，输出水的管道阀门开度增大，输出油的管道阀门开 度先增大后减小，最后达到平衡。当水的输入量减小，油的输入量增大时，油水分界面液位下降，油的液位上升在下降， 输出水的管道阀门开度减小，输出油的管道阀门开度增大、再减小，最后达到平衡。当输入油和水的量都减小时，油水分界面液位下降，油的液位下降得更快，输出油和水的管道阀门开度减小，而且输出油管道的阀门开度减小得更快（先慢后快），最后达到平衡。 佳控制方案的确定 油水分离界面控制系统需达到系统的正常运行，并保证油水分离的安全、稳定、经济。所以需采用智能控制系统。智能控制是目前一个极受人们关注 的新兴学科，它是以传统的控制理论为基础发展而来的，主要用来解决那些用一般方法难以解决的复杂的控制问题。智能控制是继经典控制理论方法和现代控制理论方法之后新一代的控制理论方法。智能控制系统的指具备一定的智能行为的系统。具体地来讲，就是对于一个问题的激励输入，系统具备一定的智能行为，并能够产生合适的解的响应，这样的系统便称为智能系统。 通过对几种油水分离界面控制系统的过程控制的分析，化学驱油技术要求技术高、控制系统复杂、投资大、浪费能源，不能很好的推广，它们对于一般企业都不具有可行性。直接控制分界面的控制方案不 仅能解决技术要求不高的问题，而且控制设备简单，成本低廉，实现了油水分离的智能控制。直接控制分界面的控制方案的油水分离界面控制系统就是油水分离的最佳方案。 直接控制分界面的控制方案是根据油水混合液中油水的输入量来分别调节阀门的开度，向外分别输出油和水，保持分离罐内的油水分界面和油液位的平衡。当油水输入量油（水）的比例增大时，油（油水分界面）的液位上升，通过检测元件测得其油（油水分界面）的液位，再通过差压变送器把这一信号转变为电信号传入到控制器，控制器把这一信号与系统设定值进行比较作出判断来增大油（ 水）输出管道阀门的开度。当油水输入量油（水）的比例减小时，油（油水分界面）的液位下降，通过检测元件测得其油（油水分界面）的液位，再通过差压变送器把这一信号转变为电信号传入到控制器，控制器把这一信号与系统设定值进行比较作出判断来减小油（水）输出管道阀门的开度。本系统控制结构简单，所需设备少，造价低廉，节约能源，其控制过程全是自动化控制，无须专人值班看管。本系统达到了油水分离的智能控制。 差分析 由于仪表的直接测量值 x 与间接测量值 y 之间存在着函数关系 y=f(x)，则由微分学可知，直接测量值的测量误差 引起的间接测量值的误差为函数的增量，而该增量可用函数的微分来表示。同样，有 n 个直接测量值 xi(i=1，2， n)与间接测量值的函数关系为 y=f(x1, (9) 则测量的总误差可用函数的全微分表示为 (10) 上式是函数误差计算的一般公式。对于我们所研究的计量装置其仪表的误差性质为随机误差。其计算公式为： (11) 式中 R 为相关项也称协方差。在实际测量中，各个直接测量值之间是相互独立的，即 R 项为零。 计量分离器上单个仪表的测量误差 随机误差，且相互独立。根据独立变量误差叠加原理，其计量装置的误差可由下式进行计算： (12) 整个计量分离器是一个完整的计量系统，其测量总误差来源于四个方面：含水分析仪的准确度、弹性刮板流量计的准确度、水中含油的测量误差以及未考虑因素的附加误差。 含水分析仪的准确度为 弹性刮板流量计的准确度为 水中含油的测量误差为 未考虑因素的附加误差为 则装置的总误差为 (13) 通过以上计算可以得出计量装置的不确定度为 第四章 节阀的选择 调节阀是自动控制系统中极其重要的必不可少的组成部分，它的作用是接受调节器来的信号。通过阀门开度的变化，使被控制参数改变以补偿干扰对被控参数的影响，从而实现自动控制。 调节阀的流量特性 (1) 调节阀的理想流量特性 调节阀的流量特性：是指流体通过阀门的流量和阀门杆行程之间的关系。为了比较方便，往往取相对流量，行程也取相对行程。 )( （ 14） 改 变阀芯、阀座间的节流面积便可以控制流量，但实际上在阀开度改变的同时，阀前阀后的压差也要发生变化，而压差的变化也会引起流量的变化。为了分析方便，假定阀前阀后压差是固定的，即 P=常数。这时得到的流量特性称为理想流量特性。 常用的理想流量特性有以下几种： 线性流量特性： 线性流量特性是指调节阀的相对开度（阀杆的相对行程）和相对流量成直线关系，即 )11(m （ 15） 是阀的可调范围，对一固定调节阀 R 是一常数，在直角坐标上是一条直线。 对书流量特性（等百分比） R 1( 100 （ 16） 100 由图可见，曲线的斜率（即阀的放大系数）是随着阀 杆行程的增加而增加的。在相同的行程变化下，流量较小时，流量的变化较小，流量较大时，流量变化较大，因而这种阀在小开度时工作比较平稳，而在大开度时，工作也灵敏，此阀在不同的开度时，只要是相同的行程变化，流量的相对变化量都是相等的，故也称等百分比，用得最多。 快开流量特性 )1( 2m a x )11(1 （ 17） 这种特性是小开度时，流量变化大，随着阀杆行程的增大，流量很快就达到最大值，故称快开流量特性。 抛物线流量特性 2)1(11m a x （ 18） 与对数比较接近。 （ 2） 调节阀的工作流量特性 调节阀的工作流量特性是指调节阀在实际控制系统中 P P 管 P 阀 总是与设备管道等连接在一起的，即使管道两端的总压降 P 是定值，但管道中的沿程阻力和局部阻力都会随着流量 Q 的变化而变化。因此阀前后的压差P 总是变化的，即在流量最小时（阀全关）压差 P 阀最大，流量最大时（阀全 开）压差 P 最小，因此在工作情况下，调节阀的实际流量特性和理想流量特性是不同的，其差异程度由阀阻比 S 决定 。 调节阀流量特性的选择 流量特性的选择主要是对直线与等百分比两种特性的选择，有理论计算法与经验法，但都较复杂。工程设计多用经验准则，从控制系统特性、负荷变化与 S 值 3 个方面进行综合分析，选择控制阀的流量特性。 调节阀的结构选择 调节阀在气动、电动、液动三大类。其中气动阀由于结构简单，输出推动力大，工作平稳可靠，本质安全等原因得到了极为广 泛的应用。 气动阀有：单座阀，双座阀，角形阀、三通阀，隔膜阀，碟阀，小流量阀，套筒阀等。 （ 1） 单座阀：由于只有一个阀芯和阀座，容易保证关严，但阀杆受到不平衡力大，所以通常使用在要求泄漏小或要关得很严，以及低压差场合。 （ 2） 双座阀：流体压差对两个阀芯作用力方向相反，阀杆上不平衡力小，适用于阀两端压差较大的场合，但泄漏较大，关严困难，流路复杂，对高粘度、含悬浮物的介质也不宜采用，但由于双座阀不平衡力小，得到了广泛的应用。 （ 3） 角形阀：流路简单，阻力小，不易堵塞，适用于高粘度，含悬浮物的介质。 由以 上比较，选择本系统单坐阀 调节阀气开气关形式的选择 调节阀气开、气关形式的选择主要是从生产安全角度考虑的。在有信号压力时，阀开，无信号压力时，阀关，称“气开式调节阀”。反之，在有信号压力时，阀关，在无信号压力时，阀开，称“气关式调节阀”。在系统中选用气开阀还是气关阀是根据控制系统在断气的事故状态下，使阀全开安全还是阀关安全而定的。 器、仪表的接地 油水分离界面控制系统中使用电子仪表，接地是一个非常重要的问题，接地系统是控制设备安全可靠、稳定精确工作的保证。如果接地系统设计的不合理，可能 会带来干扰，造成较大测量控制误差，以至于仪表系统不能投运或甚至可能损坏仪表和计算机控制的 I/O 板卡；如果接地系统中存在重大错误，还可能造成重大人身和设备安全事故。 地的作用 接地主要分为： （ 1）保护性接地 （ 2）工作接地 信号回路接地 屏蔽接地 本安仪表接地 设备保护接地的目的是保护设备和人身安全、以防设备带电发生事故。由于油水分离界面控制系统主要涉及保护性接地，所以下面着重介绍保护性接地。 正常情况下，用仪表的外壳、电气设备的外表面、各种仪表盘（柜）等都不应该带电，但是在设备运行过程中因某些原因 造成设备绝缘性能下降或破坏，就有可能是电气设备不该带电的部位带电，如果有人触及这些部位就可能出现危及人身安全的触电事故。由于设备外壳带电，在某些条件下可能会出现电火花，一旦现场具备条件就可能出现爆炸或失火，这是非常危险的。 油水分离界面控制系统中需要保护性接地的设备有： 仪表盘 用电仪表外壳 金属接线盒、导线穿管 水分离界面控制系统部分仪器的接地方法 （ 1） 油水分离界面控制系统的接地系统组成 油水分离界面控制系统的接地系统由接地电极、接地导线两大部分构成一个接地网络系统。需要接地的电气设备，由相应 的接地端子引线到该盘的接地母线或接地端子排上，通过接地分干线连接到公用连接板上。 （ 2） 接地设计 衡量接地性能的好坏，其中一个重要的参数是接地的电阻值大小，电阻越小说明接地性能越好，该值大于一定数值就表明接地线路中有接触不良甚至开路，此时该系统就不能实现接地目的。所以在此除了设计好接地体之外，接地导线的截面积、导线的连接方式、接地连接点的选择影响接地电阻的重要因素。 电器设备 大地 接地电极 图 8 仪器、仪表接地 水分离技术主要应用领域 （ 1） 船厂废柴油过滤、破乳、油水分离，含水量 5 8 （ 2） 变压器油过滤、破乳、油水分离，含水量 2 5 （ 3） 发电厂透平油过滤、油水分离、脱色、破乳、精滤，含水量 2 5 （ 4） 海上原油泄漏事故处理，收集、过滤、油水分离； （ 5） 油田落地油过滤、清洗、油水分离； （ 6） 海上钻井平台浮油收集、油水分离、加温分离，含水量100 （ 7） 钢铁厂平流油沉淀池浮油收集、过滤、油水分离； （ 8） 炼油厂大量含油废水收集、过滤、油水分离。 5 结束语 本文是以重力法直接控制分界面控制方案的论证、检验、改进为目的而展开的研究。概括而言，具有以下的特点： 正确性 本文采用重力法对油水分离界面控制系统作了细致的分析，并有附设除水器的控制方案、直接控制分界面的控制方案。经过分析证明直接控制分界面的控制方案效果更好。 优越性 直接控制分界面的控制方案操作简单、成本低、防爆性能好。 通用性 本位所实用的不仅仅是油水分离界面控制，只要是两种密度不同的液体都可用。 致谢 本文主要阐述了 油水 分离装置设计 。通过这次设计使 我对 齿轮加工过程 产生了浓厚的兴趣，同时，受我主修专业的影响，我已经习惯于 设计 带来的一系列机遇与挑战 。 本篇论文虽然凝聚着自己的汗水，但却不是个人智慧的产品，没有导师的指引和赠予，没有父母和朋友的帮助和支持，我在大学的学术成长肯定会大打折扣。当我打完毕业论文的最后一个字符，涌上心头的不是长途跋涉后抵达终点的欣喜，而是源自心底的诚挚谢意。我首先要感谢我的 指导老师张文生老师 ，对我的构思以及论文的内容不厌其烦的进行多次指导和悉心指点，使我在完成论文的同时也深受启发和教育 。 再次由衷感谢答 辩组的各位老师对学生的指导和教诲，我也在努力的积蓄着力量，尽自己的微薄之力回报母校的培育之情，争取使自己的人生对社会产生些许积极的价值！ 参考文献 1 孙洪程，翁唯勤过程控制工程设计北京：化学工业出版社 ,2001 2 萧德云 ,吕伯明过程控制系统北京：清华大学出版社 ,2004 3 陈伯时自动控制系统北京：中央广播电视大学出版社 , 1981 4 何离庆过程控制系统与原理重庆：重庆大学出版社 ,2003 5 王永初 ,任秀珍 工业过程控制系统设计范例北京：科学出版社 , 1986 6 侯志林过程控制与自动化仪表西安：机械工业出版社 ,2003 7 南国英 ,张志刚给水排水工程专业工艺设计北京：化学工业出版社 ,2004 8 孙自强生产过程自动化及仪表上海：华东理工大学出版社 ,1999 9 李亚峰尹士君给水排水工程专业毕业设计指南北京：化学工业出版社 ,2003 毕业论文（设计）任务书 毕表 1 姓 名 许晓兵 专 业 机械设计制造及自动化 班 级 题 目 船用油污水分离装置的设计 题 目 来 源 虚拟 指 导 老 师 郝鸿雁 职 称 讲师 任 务 下 达 日 期 2010 年 12 月 日 论文（设计）其止日期： 2010 年 月 号 至 2011 年 月 日 学生（签名）： 毕业论文（设计）计划任务（目的、任务、计划进度、措施、预期结果）： 目的： 计方法和步骤。 任务： 1. 了解国内外油水分离器的设计动态； 2. 油水分离系统的原理研究； 3. 油水分离系统方案的设计与确定； 4. 油水分离系统的零部件结构设计； 5. 翻译英文资料 计划进度： 1 查阅资料，熟悉课题相关内容，确定技术方案； 1 3 周 2 油水分离系统的系统原理研究 ； 4 5 周 3 油水分离系统方案的设计与确定 ； 6 8 周 4 油水分离系统的零部件结构设计 ； 9 12 周 5 资料的整理，并撰写论文。 13 14 周 措施： 定期检查指导，严格执行计划进度。 预期结果： 论文、图纸等。 参考资料 ： 自己填（根据所参考的资料） 不少于 15 篇论文或书籍 教研室意见： 指导小组组长 或教研室负责人（签名）： 年 月 日