船用油污水分離裝置的設(shè)計(jì)【帶PROE三維】【4張CAD圖紙+任務(wù)書(shū)+畢業(yè)論文】

船用油污水分離裝置的設(shè)計(jì)37頁(yè) 13000字?jǐn)?shù)+論文說(shuō)明書(shū)+任務(wù)書(shū)+4張CAD圖紙【詳情如下】PROE三維圖紙.zip三維草圖.dwg任務(wù)書(shū).doc分離設(shè)備總體圖.dwg油水分離器裝配圖.dwg船用油污水分離裝置的設(shè)計(jì)論文.doc船用油污水分離裝置的設(shè)計(jì)目 錄第一章  緒論II1.1 船舶含油廢水的來(lái)源及水質(zhì)特征II1.2 船舶含油廢水的處理技術(shù)介紹III第2章  總體方案設(shè)計(jì)V2.1基本結(jié)構(gòu)V2.2 工作原理VI2.3主要參數(shù)校核VIII2.4 反向沖洗裝置IX3.1簡(jiǎn)介XI3.2 對(duì)象的組成及特性XIII3.3 附設(shè)除水器的控制方案XV3.4 直接控制分界面的控制方案XVIII3.5液位界面變送器的零點(diǎn)遷移XIX3.6 減少變送器的量程XX3.7 油水分離界面控制系統(tǒng)XX3.8 被控參數(shù)的選擇XXII3.9 控制參數(shù)的選擇XXII3.10 過(guò)程動(dòng)態(tài)特性XXIII3.11 最佳控制方案的確定XXIV3.12 誤差分析XXV第四章  節(jié)閥的選擇XXVII4.1  調(diào)節(jié)閥的流量特性XXVII4.2  調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇XXIX4.3  調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)選擇XXIX4.4  調(diào)節(jié)閥氣開(kāi)氣關(guān)形式的選擇XXX4.5 儀器、儀表的接地XXX4.6接地的作用XXXI4.7油水分離界面控制系統(tǒng)部分儀器的接地方法XXXI4.8 油水分離技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域XXXII5  結(jié)束語(yǔ)XXXIII致謝XXXIV參考文獻(xiàn)XXXV    摘要：本文針對(duì)含油廢水中浮油，分散油和乳化油的處理，將重力法與聚結(jié)技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)制作了波紋板聚結(jié)油水分離器，并對(duì)其內(nèi)部構(gòu)件比如入口構(gòu)件、聚結(jié)構(gòu)件、集油構(gòu)件及出口構(gòu)件進(jìn)行了創(chuàng)造性的優(yōu)化設(shè)計(jì)，改善了水力條件，強(qiáng)化了重力油水分離過(guò)程。其中聚結(jié)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)和聚結(jié)材料的表面特性是提高油水分離效果的關(guān)鍵，直接影響到設(shè)備的除油效率。在聚結(jié)構(gòu)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，使分散油珠產(chǎn)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。所設(shè)計(jì)的裝置可去除20um以上的油珠，出水含油量小于10mg/L，基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：油水分離，重力，聚結(jié)，粗?；?，波紋板第一章  緒論船舶行駛時(shí)會(huì)排放大量的油而污染水域，含油污水對(duì)環(huán)境的污染主要表現(xiàn)在對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和自然環(huán)境的嚴(yán)重影響。流到自然水體中的可浮油，形成油膜后會(huì)阻礙大氣復(fù)氧，斷絕水體氧的來(lái)源；而水中的如花油和溶解油，由于需氧微生物的作用，在分解過(guò)程中消耗水中溶解氧，是水體形成缺氧狀態(tài)，以致魚(yú)類(lèi)和水生物難以生存。所以必須對(duì)船舶含油廢水加以處理，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后才能排放。1.1 船舶含油廢水的來(lái)源及水質(zhì)特征船舶含油廢水包括油船的壓載水、洗艙水和艙底水。廢水中不同形態(tài)的油有著不同的理化性質(zhì)，在很大程度上決定了相應(yīng)處理的選擇。通常油類(lèi)在水中主要以五種狀態(tài)分布1。   （1）浮油: 這種油在水中分散顆粒較大，油粒徑一般大于100 um，靜置后能較快上浮，以連續(xù)相的油膜漂浮在水面。（2）分散油: 油在水中的分散粒徑為10100 um，以微小油珠懸浮于水中，不穩(wěn)定，靜止一定時(shí)間后往往形成浮油。   （3）乳化油: 油珠粒徑小于10 um，一般為0.12 um。往往因水中含有表面活性劑使油珠形成穩(wěn)定的乳化液。乳化油的穩(wěn)定性取決于廢水的性質(zhì)及油滴在水中分散度，分散度愈大愈穩(wěn)定。   （4）溶解油: 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，粒徑一般小于幾微米。（5）固體附著油: 吸附于廢水中固體顆粒表面的油。混入廢水中的油類(lèi)多數(shù)以幾種狀態(tài)并存，極少以單一的狀態(tài)存在。一般需采用多級(jí)處理方法，經(jīng)分別處理后才能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。1.2 船舶含油廢水的處理技術(shù)介紹  含油廢水處理的難易程度隨其來(lái)源及油污的狀態(tài)和組成方法按原理可分為物理法(沉降、機(jī)械、離心、粗粒化、過(guò)濾、膜分離等); 物理化學(xué)法(浮選、吸附、離子交換、電解等); 化學(xué)法(凝聚、酸化、鹽析等); 生物化學(xué)法(活性污泥、生 物濾池、氧化塘等)2。下面介紹幾種國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的處理方法3-6。 （1）重力分離法: 利用油水兩相的密度差及油和水的不互溶性進(jìn)行分離。沉降分離在隔油池中進(jìn)行，常見(jiàn)的有平流式(API)、平行板式(PPI)、波紋板式(CPI)等型式。平流式隔油池的設(shè)計(jì)主要基于斯托克斯公式，由公式可求得一定表面積的隔油池所能除去的最小油珠粒徑。隔油池水流狀態(tài)對(duì)除油能力和效果也有很大影響，最好的水流狀態(tài)是層流狀態(tài)，它有利于油珠的上升和固相的沉降。根據(jù)以上理論，進(jìn)而設(shè)計(jì)出了PPI式、CPI式、IPI式(斜板式)等更為高效隔油池。這幾種型式的隔油池與API式相比較，占地面積省，去油能力、排油能力及安全程度等方面明顯提高，因此已被廣泛應(yīng)用。該類(lèi)方法設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作，除油效果穩(wěn)定，但對(duì)溶解性油類(lèi)或乳化油是不適用的。 （2）聚結(jié)法(粗粒化法): 利用油水兩相對(duì)聚結(jié)材料親和力的不同來(lái)進(jìn)行分離，主要用于分散油的處理。此法的技術(shù)關(guān)鍵是粗粒化材料的選擇，許多研究者認(rèn)為材質(zhì)表面的親油疏水性是主要的，而且親油性材料與油的接觸角小于70為好。常用的親油性材料有蠟狀球、聚烯系或聚苯乙烯系球體或發(fā)泡體、聚氨酷發(fā)泡體等。粗?；梢园? 10 um粒徑以上的油珠完全分離，無(wú)需4.8 油水分離技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域（1） 船廠(chǎng)廢柴油過(guò)濾、破乳、油水分離，含水量58 ppm/kg；（2） 變壓器油過(guò)濾、破乳、油水分離，含水量25 ppm/kg；（3） 發(fā)電廠(chǎng)透平油過(guò)濾、油水分離、脫色、破乳、精濾，含水量25 ppm/kg；（4） 海上原油泄漏事故處理，收集、過(guò)濾、油水分離；（5） 油田落地油過(guò)濾、清洗、油水分離；（6） 海上鉆井平臺(tái)浮油收集、油水分離、加溫分離，含水量100ppm/kg；（7） 鋼鐵廠(chǎng)平流油沉淀池浮油收集、過(guò)濾、油水分離；（8） 煉油廠(chǎng)大量含油廢水收集、過(guò)濾、油水分離。5  結(jié)束語(yǔ)本文是以重力法直接控制分界面控制方案的論證、檢驗(yàn)、改進(jìn)為目的而展開(kāi)的研究。概括而言，具有以下的特點(diǎn)：正確性本文采用重力法對(duì)油水分離界面控制系統(tǒng)作了細(xì)致的分析，并有附設(shè)除水器的控制方案、直接控制分界面的控制方案。經(jīng)過(guò)分析證明直接控制分界面的控制方案效果更好。優(yōu)越性直接控制分界面的控制方案操作簡(jiǎn)單、成本低、防爆性能好。通用性本位所實(shí)用的不僅僅是油水分離界面控制，只要是兩種密度不同的液體都可用。致謝本文主要闡述了油水分離裝置設(shè)計(jì)。通過(guò)這次設(shè)計(jì)使我對(duì)齒輪加工過(guò)程產(chǎn)生了濃厚的興趣，同時(shí)，受我主修專(zhuān)業(yè)的影響，我已經(jīng)習(xí)慣于設(shè)計(jì)帶來(lái)的一系列機(jī)遇與挑戰(zhàn)。本篇論文雖然凝聚著自己的汗水，但卻不是個(gè)人智慧的產(chǎn)品，沒(méi)有導(dǎo)師的指引和贈(zèng)予，沒(méi)有父母和朋友的幫助和支持，我在大學(xué)的學(xué)術(shù)成長(zhǎng)肯定會(huì)大打折扣。當(dāng)我打完畢業(yè)論文的最后一個(gè)字符，涌上心頭的不是長(zhǎng)途跋涉后抵達(dá)終點(diǎn)的欣喜，而是源自心底的誠(chéng)摯謝意。我首先要感謝我的指導(dǎo)老師張文生老師，對(duì)我的構(gòu)思以及論文的內(nèi)容不厭其煩的進(jìn)行多次指導(dǎo)和悉心指點(diǎn)，使我在完成論文的同時(shí)也深受啟發(fā)和教育。再次由衷感謝答辯組的各位老師對(duì)學(xué)生的指導(dǎo)和教誨，我也在努力的積蓄著力量，盡自己的微薄之力回報(bào)母校的培育之情，爭(zhēng)取使自己的人生對(duì)社會(huì)產(chǎn)生些許積極的價(jià)值！參考文獻(xiàn)1 孫洪程，翁唯勤?過(guò)程控制工程設(shè)計(jì)?北京：化學(xué)工業(yè)出版社,20012  蕭德云,呂伯明?過(guò)程控制系統(tǒng)?北京：清華大學(xué)出版社,2004 3  陳伯時(shí)?自動(dòng)控制系統(tǒng)?北京：中央廣播電視大學(xué)出版社, 19814  何離慶?過(guò)程控制系統(tǒng)與原理?重慶：重慶大學(xué)出版社,20035  王永初,任秀珍?工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)范例?北京：科學(xué)出版社, 1986 6  侯志林?過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表?西安：機(jī)械工業(yè)出版社,20037  南國(guó)英,張志剛?給水排水工程專(zhuān)業(yè)工藝設(shè)計(jì)?北京：化學(xué)工業(yè)出版社,20048  孫自強(qiáng)?生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化及儀表?上海：華東理工大學(xué)出版社,19999  李亞峰?尹士君?給水排水工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)指南?北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2003 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū) 畢表 1 姓 名 許曉兵 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 班 級(jí) 題 目 船用油污水分離裝置的設(shè)計(jì) 題 目 來(lái) 源 虛擬 指 導(dǎo) 老 師 郝鴻雁 職 稱(chēng) 講師 任 務(wù) 下 達(dá) 日 期 2010 年 12 月 日 論文（設(shè)計(jì)）其止日期： 2010 年 月 號(hào) 至 2011 年 月 日 學(xué)生（簽名）： 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）計(jì)劃任務(wù)（目的、任務(wù)、計(jì)劃進(jìn)度、措施、預(yù)期結(jié)果）： 目的： 計(jì)方法和步驟。 任務(wù)： 1. 了解國(guó)內(nèi)外油水分離器的設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)； 2. 油水分離系統(tǒng)的原理研究； 3. 油水分離系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)與確定； 4. 油水分離系統(tǒng)的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 5. 翻譯英文資料 計(jì)劃進(jìn)度： 1 查閱資料，熟悉課題相關(guān)內(nèi)容，確定技術(shù)方案； 1 3 周 2 油水分離系統(tǒng)的系統(tǒng)原理研究 ； 4 5 周 3 油水分離系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)與確定 ； 6 8 周 4 油水分離系統(tǒng)的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ； 9 12 周 5 資料的整理，并撰寫(xiě)論文。 13 14 周 措施： 定期檢查指導(dǎo)，嚴(yán)格執(zhí)行計(jì)劃進(jìn)度。 預(yù)期結(jié)果： 論文、圖紙等。 參考資料 ： 自己填（根據(jù)所參考的資料） 不少于 15 篇論文或書(shū)籍 教研室意見(jiàn)： 指導(dǎo)小組組長(zhǎng) 或教研室負(fù)責(zé)人（簽名）： 年 月 日 船用油污水分離裝置的設(shè)計(jì) 目 錄 第一章 緒論 . 舶含油廢水的來(lái)源及水質(zhì)特征 . 舶含油廢水的處理技術(shù)介紹 . 2 章 總體方案設(shè)計(jì) . V 本結(jié)構(gòu) . V 工作原理 . 要參 數(shù)校核 . 反向沖洗裝置 . 介 . 象的組成及特性 . 設(shè)除水器的控制方 案 . 接控制分界面的控制方案 . 位界面變送器的零點(diǎn)遷移 . 少變送器的量程 . 水分離界面控制系統(tǒng) . 控參數(shù)的選擇 . 制參數(shù)的選擇 . 程動(dòng)態(tài)特性 . 佳控制方案的確定 . 差分析 . 四章 節(jié)閥的選擇 . 調(diào)節(jié)閥的流量特性 . 調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇 . 調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)選擇 . 調(diào)節(jié)閥氣開(kāi)氣關(guān)形式的選擇 . 器、儀表的接地 . 地的作用 . 水分離界面控制系統(tǒng)部分儀器的接地方法 . 水分離技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域 . 結(jié)束語(yǔ) . 謝 . 考文獻(xiàn) . 摘要 ： 本文針對(duì)含油廢水中浮油，分散油和乳化油的處理，將重力法與聚結(jié)技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)制作了波紋板聚結(jié)油水分離器，并對(duì)其內(nèi)部構(gòu)件比如入口構(gòu)件、聚結(jié)構(gòu)件、集油構(gòu)件及出口構(gòu)件進(jìn)行了創(chuàng)造性的優(yōu)化設(shè)計(jì)，改善了水力條件，強(qiáng)化了重 力油水分離過(guò)程。其中聚結(jié)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)和聚結(jié)材料的表面特性是提高油水分離效果的關(guān)鍵，直接影響到設(shè)備的除油效率。 在聚結(jié)構(gòu)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，使分散油珠產(chǎn)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。所設(shè)計(jì)的裝置可去除 20上的油珠，出水含油量小于 10，基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 關(guān)鍵詞： 油水分離，重力，聚結(jié)，粗?；?，波紋板 第一章 緒論 船舶行駛時(shí)會(huì)排放大量的油而污染水域，含油污水對(duì)環(huán)境的污染主要表現(xiàn)在對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和自然環(huán)境的嚴(yán)重影響。流到自然水體中的可浮油，形成油膜后會(huì)阻礙大氣復(fù)氧，斷絕水體氧的來(lái)源；而水中的如花油和溶解油，由于需氧微生物的作用，在分解過(guò)程中消耗水中溶解氧，是水體形成缺氧狀態(tài)，以致魚(yú)類(lèi)和水生物難以生存。所以必須對(duì)船舶含油廢水加以處理，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后才能排放。 舶含油廢水的來(lái)源及 水質(zhì)特征 船舶含油廢水包括油船的壓載水、洗艙水和艙底水。 廢水中不同形態(tài)的油有著不同的理化性質(zhì)，在很大程度上決定了相應(yīng)處理的選擇。通常油類(lèi)在水中主要以五種狀態(tài)分布 1。 （ 1）浮油 : 這種油在水中分散顆粒較大，油粒徑一般大于 100 置后能較快上浮，以連續(xù)相的油膜漂浮在水面。 （ 2）分散油 : 油在水中的分散粒徑為 10 100 微小油珠懸浮于水中，不穩(wěn)定，靜止一定時(shí)間后往往形成浮油。 （ 3）乳化油 : 油珠粒徑小于 10 般為 2 往因水中含有表面活性劑使油珠形成 穩(wěn)定的乳化液。乳化油的穩(wěn)定性取決于廢水的性質(zhì)及油滴在水中分散度，分散度愈大愈穩(wěn)定。 （ 4）溶解油 : 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，粒徑一般小于幾微米。 （ 5）固體附著油 : 吸附于廢水中固體顆粒表面的油。 混入廢水中的油類(lèi)多數(shù)以幾種狀態(tài)并存，極少以單一的狀態(tài)存在。一般需采用多級(jí)處理方法，經(jīng)分別處理后才能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。 舶含油廢水的處理技術(shù)介紹 含油廢水處理的難易程度隨其來(lái)源及油污的狀態(tài)和組成方法按原理可分為物理法 (沉降、機(jī)械、離心、粗粒化、過(guò)濾、膜分離等 ); 物理 化學(xué)法 (浮選、吸附、離子交換、電解等 ); 化學(xué)法 (凝聚、酸化、鹽析等 ); 生物化學(xué)法 (活性污泥、生 物濾池、氧化塘等 )2。下面介紹幾種國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的處理方法 3 （ 1）重力分離法 : 利用油水兩相的密度差及油和水的不互溶性進(jìn)行分離。沉降分離在隔油池中進(jìn)行，常見(jiàn)的有平流式 (平行板式 (波紋板式(型式。平流式隔油池的設(shè)計(jì)主要基于斯托克斯公式，由公式可求得一定表面積的隔油池所能除去的最小油珠粒徑。隔油池水流狀態(tài)對(duì)除油能力和效果也有很大影響，最好的水流狀態(tài)是層流狀態(tài)，它有利于油 珠的上升和固相的沉降。根據(jù)以上理論，進(jìn)而設(shè)計(jì)出了 、 、 (斜板式 )等更為高效隔油池。這幾種型式的隔油池與 相比較，占地面積省，去油能力、排油能力及安全程度等方面明顯提高，因此已被廣泛應(yīng)用。該類(lèi)方法設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作，除油效果穩(wěn)定，但對(duì)溶解性油類(lèi)或乳化油是不適用的。 （ 2）聚結(jié)法 (粗?；?): 利用油水兩相對(duì)聚結(jié)材料親和力的不同來(lái)進(jìn)行分離，主要用于分散油的處理。此法的技術(shù)關(guān)鍵是粗?；牧系倪x擇，許多研究者認(rèn)為材質(zhì)表面的親油疏水性是主要的，而且親油性材料與油的接觸角小于70 為好。 常用的親油性材料有蠟狀球、聚烯系或聚苯乙烯系球體或發(fā)泡體、聚氨酷發(fā)泡體等。粗?；梢园?5 10 徑以上的油珠完全分離，無(wú)需 外加化學(xué)試劑，無(wú)二次污染，設(shè)備占地面積小，基建費(fèi)用較低。但對(duì)懸浮物濃度高的含油廢水，聚結(jié)材料易堵塞。 （ 3）凝聚法 : 也就是用絮凝劑除油的方法。常用的無(wú)機(jī)絮凝劑是鋁鹽和鐵鹽，特別是近年來(lái)出現(xiàn)的無(wú)機(jī)高分子凝聚劑，如聚硫酸鐵、 聚氯化鋁等，具有用量少、效率高的特點(diǎn)，而且使用時(shí)最優(yōu) 較寬。雖然無(wú)機(jī)絮凝劑法的處理速度快，但藥劑較貴，污泥生成量多。有機(jī)高分子凝聚劑的研究發(fā)展很快，但目 前有機(jī)高分子絮凝劑在含油廢水處理方面的應(yīng)用仍然主要是用作其它方法的輔助劑。 （ 4）氣浮法 : 通常采用的主要是加壓溶氣浮選法去除乳化油。因?yàn)榭諝馕⑴萦煞菢O性分子組成，能與疏水性的油結(jié)合在一起，帶著油滴一起上升，上浮速度可提高近千倍，所以油水分離效率很高。常在含油廢水中加入絮凝劑，還會(huì)進(jìn)一步提高油水的分離效果。目前該法已被廣泛應(yīng)用于油田廢水、石油化工廢水、食品油生產(chǎn)廢水等的處理，但動(dòng)力消耗較大，構(gòu)造復(fù)雜，維修保養(yǎng)困難。 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) 船舶行駛時(shí)會(huì)排放大量的油污水 ,從而影響海 洋生物的生長(zhǎng) ,對(duì)海洋資源造成嚴(yán)重的破壞 ,還可能影響局部地區(qū)的水文氣象條件 ,降低海洋的自?xún)裟芰?。因此必須采取措?,將油污水處理成符合排放標(biāo)準(zhǔn)的凈水后再排入水域 ,從而保護(hù)水域環(huán)境。目前國(guó)際上通常利用油水分離器作為油污水的處理裝置 ,我國(guó)已有適合于大中型船舶的油水分離器系列產(chǎn)品 ,但適合小型船舶的油水分離器不僅少 ,而且價(jià)格貴 ,很難推廣。過(guò)去我們研制的 0. 1/ . 05 小型船用油水分離器已成為我國(guó)的定型船用產(chǎn)品 ,適用于總噸 500 以下的船舶。但沿海一帶大量的船舶總噸屬于 500 1000。據(jù)資料介紹 ,僅廣東省就有總噸 1 000 以下的船舶 10 多萬(wàn)條 ,而適合這類(lèi)船舶的油水分離器產(chǎn)品少 ,且體積大 ,壽命短 ,售價(jià)高 ,難以推廣。為此 ,我們研制了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且價(jià)格低廉的 0. 2 型船用油水分離器。通過(guò)對(duì)樣機(jī)的型式試驗(yàn) ,結(jié)果表明該油水分離器分離效果良好 ,完全滿(mǎn)足國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。 本結(jié)構(gòu) 本裝置由粗分離部分和細(xì)分離部分組成 ,見(jiàn)圖 1。粗分離部分主要采用機(jī)械重力分離法 ,其主要部件為傘盤(pán)組。細(xì)分離部分主要采用過(guò)濾法和聚結(jié)法分離 ,主要部件為粗粒器和金屬 絲網(wǎng)。粗?；梦⒖捉Y(jié)構(gòu)的合成材料制成 ,但其孔隙和密度不相同 ,第二級(jí)比第一級(jí)的孔隙減小 ,密度增大 ,使分離效果逐級(jí)提高。對(duì)含雜質(zhì)較多的污水 ,使用粗粒器 (過(guò)濾網(wǎng) )以延長(zhǎng)粗粒化元件的使用壽命。 工作原理 圖 2：改進(jìn)后的實(shí)體圖 來(lái)自專(zhuān)用配套泵的艙底油污水 ,經(jīng)吸入濾口切向進(jìn)入分離器中部后旋轉(zhuǎn)上升 ,由于流速低 ,流程長(zhǎng) ,有助于大油滴上浮。油污水再由上部轉(zhuǎn)向向下流經(jīng)傘盤(pán)組 ,由于傘盤(pán)組能夠增大接觸面積 ,增大濕周 ,縮短油滴上浮的距離 ,增加油滴的碰撞機(jī)率 ,使之使成大油滴 ,因而提高了分離效果。聚合形成的較大油滴 ,上浮至粗分離器頂。含有微細(xì)分散油滴和乳化油滴的油污水 ,經(jīng)濾網(wǎng)和聚丙烯吸油材料組合的過(guò)濾、聚結(jié)元件。含有更小顆粒油滴的油污水通過(guò)細(xì)濾器濾除水中的機(jī)械雜質(zhì)及部分石蠟?zāi)z狀體后 ,再進(jìn)入粗粒器。粗粒器使用親油性高分子材料制作 ,用以截留吸附微小油滴。從其表面分離出來(lái)的新油滴直徑比入口的油滴直徑有顯著的增大 ,產(chǎn)生粗?；Ч?。大油滴上浮至粗粒器上部 ,符合排放標(biāo)準(zhǔn)的水則經(jīng)分離器底部通過(guò)超過(guò)頂部的出水 管排出。當(dāng)分離出的污油在分離器頂部聚集 ,達(dá)到油位檢測(cè)報(bào)警位置后 ,蜂鳴器報(bào)警 ,進(jìn)行人工排油。粗粒 器上部污油很少 ,可定期人工排油。 要參數(shù)校核 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) 再求傘盤(pán)間油滴上浮速度。參見(jiàn)圖 2 ,傘盤(pán)間距 b = 0. 3傘盤(pán)母線(xiàn)長(zhǎng) l = 12軸截錐面底角 = 40 ,根據(jù)相似關(guān)系得傘盤(pán)間油滴上浮速度 比較油滴上浮速度 知 ,后者略大一些。因?yàn)橛臀鬯M(jìn)入傘盤(pán)組后 ,水流速度方向與油滴上浮速度方向 接近 ,相對(duì)速度降低 ,因而提高了分離能力。計(jì)算可分離的最小油滴直徑 d 與已知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。 反向沖洗裝置 由于隨著分離器的使用 ,分離器內(nèi)部的分離元件特別是過(guò)濾材料將變臟 ,流體流動(dòng)時(shí)壓力損失增大 ,從而嚴(yán)重影響分離效果。因此 ,為了使油水分離器內(nèi)部分離元件保持干凈 ,以保證其分離效果 ,本方案設(shè)有反向沖洗裝置 。操作步驟如下。旋轉(zhuǎn)三通旋塞 2 ,使反向沖洗海水與泵口接通 ,旋轉(zhuǎn)三通旋塞 1 ,使泵出口與分離器排水口接通 ,關(guān)閉分離器 排水閥 3 ,開(kāi)啟反沖洗出水閥 4 ,啟動(dòng)專(zhuān)用配套泵 ,即實(shí)現(xiàn)反向沖洗 。 第三章 油水分離部分設(shè)計(jì) 介 世界人口的迅猛增長(zhǎng)和工業(yè)的高速發(fā)展，導(dǎo)致水資源短缺日益加劇。 20 世紀(jì)世界人口增加了近 3 倍，淡水消耗量增加了約 6 倍，其中工業(yè)用水增加了 26 倍。而世界淡水資源總量基本不變，使 20 世紀(jì)末的人均占有水量?jī)H是實(shí)際初的 1/18。據(jù)報(bào)道，目前世界上約有 1/3 的人口面臨供水緊張的威脅；另一方面水污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重，全世界每年排 放工業(yè)廢水約 4260 億 m,造成可供人類(lèi)使用的淡水資源總量的 1/3 受到污染，使本來(lái)就很緊張的淡水資源更是雪上加霜。據(jù)有關(guān)資料顯示， 1995年全世界有 20 的人口缺乏安全用水。另?yè)?jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)，每年至少有 1500 萬(wàn)人死于水污染引起的疾病。 我國(guó)水資源不豐富，是世界 13 個(gè)貧水國(guó)之一。年均降水量只有630于全球陸地面積年均降水量（ 880億 m,居世界第六位，但按 1998 年 人口計(jì)算，人均占有水量?jī)H為 2251m，是世界人均水平的四分之一，居世界 149 個(gè)國(guó)家的 第110 位。按國(guó)際上的通行標(biāo)準(zhǔn)，人均占有水資源 2000m為嚴(yán)重缺水，人均占有水資源 1000m為最低標(biāo)準(zhǔn)，由此可見(jiàn)我國(guó)屬于水資源短缺的國(guó)家。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)城市每年缺水 60 億 m，在全國(guó) 666 座建制市中，有近 400 座城市缺水，日缺水量達(dá) 1000 萬(wàn) m以上。缺水導(dǎo)致水費(fèi)上漲，如威海市城市居民現(xiàn)按每人每月 2m水配額供應(yīng)，超過(guò)配額部分按 40 元 /m收費(fèi)。據(jù)美國(guó)經(jīng)濟(jì)學(xué)家斯特 布朗預(yù)測(cè)， 2020 年我國(guó)將缺水 300 多億 m。到 2030 年中國(guó)工業(yè)用水將從每年 520 億 m增加到 2690 億 m，屆時(shí)水資源的短缺將更加嚴(yán)重。 一方面水資源嚴(yán)重短缺，另一方面水資源污染日益嚴(yán)重。 1995 年全國(guó)廢水排放量達(dá) m，占世界污水排放總量的 造成全國(guó)700 余條大中河流中的近 1/2 遭受污染，其中 70 余條河流因嚴(yán)重污染而失去使用價(jià)值。中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)報(bào)道，目前 78的城市河段不適宜作飲用水源， 50的城市地下水已受到污染。可以說(shuō)污染到了觸目驚心，非治理不可的程度。 在城市用水中，工業(yè)用水占 80。而工業(yè)用水浪費(fèi)問(wèn)題嚴(yán)重，表現(xiàn)之一是輸水方式落后，水損失率高。據(jù) 1996 年供水年鑒統(tǒng)計(jì)，工業(yè)輸水過(guò)程中水損失率高達(dá) 20 ， 1997 年工業(yè)用水在輸送途中損失了 2000 多萬(wàn) m，而日本在 1992 年的輸水損失率僅為 10；再就業(yè)工業(yè)耗水量大，國(guó)內(nèi)加工噸油的水消耗量是國(guó)外的近 5 倍，鋼鐵是國(guó)外 45 倍，啤酒是國(guó)外的 26 倍，發(fā)電是國(guó)外的 2 倍，造紙是國(guó)外地 2；另外工業(yè)水的重復(fù)利用率低，一般只有 30，德國(guó)高達(dá) 64，日本為 60。上面三個(gè)環(huán)節(jié)造成工業(yè)水的浪費(fèi)極大。 對(duì)于工業(yè)用水，節(jié)水的余地很大，如果將石化企業(yè)煉油裝置的噸油水耗從目前的 低到鎮(zhèn)海煉油化工股份公司的 平，噸油排污水量由目前的 低到鎮(zhèn)海良友 化工股份公司的 石化系統(tǒng)煉油行業(yè)每年可以節(jié)約 m新鮮水，同時(shí)減少相應(yīng)數(shù)量的污水排放，所節(jié)約的新鮮水可以滿(mǎn)足 t 新增加工原油用水，同時(shí)可為企業(yè)節(jié)約水費(fèi)，污水處理費(fèi)和排污費(fèi)約 8 億元。 要緩解油資源短缺，必須從兩方面入手。一是節(jié)約燃料，特別是提高油的開(kāi)采率；二是提高燃料的利用率，把原油進(jìn)行加工，使其純度更高。 面對(duì)如此嚴(yán)峻的油資源狀況，加大對(duì)原油的除水處理就顯得特別重要了，就需要我們?cè)O(shè)計(jì)出一種經(jīng)濟(jì)適用的除水控制方案來(lái)緩解以上系列問(wèn)題。我們將詳細(xì)設(shè)計(jì)除水自動(dòng)控制系統(tǒng)方案。 要解決時(shí)間 緊、任務(wù)重與資金嚴(yán)重不足的矛盾，必須充分重視，并發(fā)揮科學(xué)技術(shù)在環(huán)保工作中的作用。原油的除水處理工藝方案設(shè)計(jì)是除水處理的首要環(huán)節(jié)，一個(gè)科學(xué)合理的方案可以在達(dá)到治理目標(biāo)的同時(shí)節(jié)省投資、降低成本、簡(jiǎn)化管理。 本控制系統(tǒng)的被控對(duì)象是原油在分離罐中的油水分離的界面自動(dòng)控制。在整個(gè)控制系統(tǒng)中，原油中油和水的輸入總量是基本上是固定不變的它不會(huì)隨時(shí)間的變化而變化，這屬于穩(wěn)態(tài)。而在系統(tǒng)中，要維持廢水界面控制，將系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)值設(shè)定在適合值，如果穩(wěn)態(tài)值有變化，則要系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際情況來(lái)調(diào)節(jié)。 在石油化工工業(yè)中，常常要從許多組成沸點(diǎn) 相近的混合物中分離出輕組分，一種有效的辦法是往混合物中加入一定比例的水作萃取塔蒸餾，再把從塔頂餾出的蒸汽冷凝，然后進(jìn)入油水分離罐，分別取出輕組分的物質(zhì)與水，就可以獲得生產(chǎn)過(guò)程所所需要的輕原料，例如：腈綸生產(chǎn)的原料丙烯腈就是利用這種方法從混合物中分離出來(lái)的?？梢?jiàn)油水分離器在生產(chǎn)過(guò)程中是一種常見(jiàn)的設(shè)備。 象的組成及特性 在油水分離系統(tǒng)中，首先應(yīng)明確整個(gè)控制系統(tǒng)的組成。對(duì)于任一油水分離系統(tǒng)來(lái)講，我們需要控制的是待處理的油水混合液，而要達(dá)到控制油水分離的目最重要的是要做好油水分界面液位的控制。油水分離控制 系統(tǒng)主要組成部分包括：比例調(diào)節(jié)器、差壓變送器與調(diào)節(jié)閥門(mén)等 及零件如下： 研究被控對(duì)象動(dòng)靜特性的目的是據(jù)以配置合適的控制系統(tǒng)，以滿(mǎn)足生產(chǎn)過(guò)程的要求。系統(tǒng)在運(yùn)行中有兩種狀態(tài)。一種是穩(wěn)態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)沒(méi)有受到任何外來(lái)的干擾，同時(shí)設(shè)定值保持不變，因而被調(diào)量也不會(huì)隨時(shí)間變化，整個(gè)系統(tǒng)處于穩(wěn)定平衡的共況。另一種是動(dòng)態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)受到外來(lái)干擾的影響或者在改變了設(shè)定值后，原來(lái)的穩(wěn)態(tài)遭到破壞，系統(tǒng)中各組成部分的輸入輸出量都相繼發(fā)生變化，尤其是被調(diào)量也將偏離原穩(wěn)態(tài)值而隨時(shí)間變化，這時(shí)就稱(chēng)系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)。經(jīng)過(guò)一段調(diào)整時(shí)間后， 如果系統(tǒng)是穩(wěn)定的，被調(diào)量將會(huì)重新達(dá)到新設(shè)定值或其附近，系統(tǒng)又恢復(fù)穩(wěn)定平衡狀況。由于被控對(duì)象總是不時(shí)受到各種外來(lái)干擾的影響，設(shè)置控制系統(tǒng)的目的正是為了對(duì)付這種情況，因此系統(tǒng)經(jīng)常處于動(dòng)態(tài)過(guò)程。顯然，要評(píng)價(jià)一個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)的工作質(zhì)量，只看穩(wěn)態(tài)是不夠的，還應(yīng)該考核它在動(dòng)態(tài)過(guò)程中被調(diào)量隨時(shí)間變化的情況。 設(shè)除水器的控制方案 油水分離有兩種典型的控制方案，如圖 1 與圖 2 所示。圖 1 利用溢流方式分離油，利用除水器分離水是根據(jù)除水器抽水管的高度，可以推算出油水分離的液體界面的高度，由 油水混合液 回流 水 油 圖 1 附設(shè)除水器控制方案 圖 1 可以看出，當(dāng)分離罐的液位處于穩(wěn)態(tài)的情況下，存在如下關(guān)系：21121 )( (1) 2H P P 1H 2H 式中 h 為分離層的高度； 1r 為水的重度； 2r 為油的重度； 1h 為溢流檔板高度； 2h 為抽水管出口高度； h 為抽水 管的阻力損失，因?yàn)?1h ， 2h ，1r ， 2r 為常數(shù)， h 在抽水管較短的場(chǎng)合下是一個(gè)很小的數(shù)，因此可以忽略不記，于是由式 1 求得分離層高度的計(jì)算式 211221 rr （ 2） 油水混合液 回流 水 油 圖 2 直接控制分界面控制方案 顯然，在油水分離器暫態(tài)過(guò)程以后，其油水分離界面恒定的，因此圖 1 不是 要求 專(zhuān)門(mén)的界面控制系統(tǒng)，僅安裝除水器的水位控制系統(tǒng)與油水分離器的溢流槽液位控制系統(tǒng)，這兩個(gè)系統(tǒng)均由比例調(diào)節(jié)器 、差壓變送器與閥門(mén)組成。 油 水 2H P H P D/Q D/Q 接控制分界面的控制方案 圖 2 溢流槽液位控制系統(tǒng)與圖 1 相同，不同的是分離器沒(méi)有除水器，油水界面采用浮筒式液位變送器進(jìn)行檢測(cè)。圖 3示某油水分離器所采用的浮筒式液位計(jì)與油水分離罐的聯(lián)系方式。油水分界面控制系統(tǒng)采用電動(dòng)浮筒式液位變送器，這種變送器的最大量程 L=500 毫米水柱，最大浮力 F=斤，最大浮力所對(duì)應(yīng)的儀表信號(hào)為 10 毫安，且知21 =重 / 3厘米 ， 1r =1 克重 / 3厘米 。 浮筒液位劑 油水分離器 2v L 1v 3 浮筒液位計(jì)與油水分離器的聯(lián)系方式 為了利用這種變送器進(jìn)行分界面的 測(cè)量，浮筒的截面積需要按儀表規(guī)定的技術(shù)條件與工藝參數(shù)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。由上述規(guī)定的儀表技術(shù)條件知道，當(dāng)浮筒全部為重液所 沒(méi)時(shí)，其浮力為最大，此時(shí)的浮力為 0F=斤，對(duì)應(yīng)的儀表為 10 毫安，當(dāng)浮筒全部為輕液所侵沒(méi)時(shí)，其浮力最小。根據(jù)最大浮力的條件，可以確定浮筒的截面積 A 221 .0 （ 3） A 確定以后，可以求出浮筒全部為輕液所 沒(méi)時(shí)的浮力 2 （ 4） 根據(jù)以知條件： L=50 厘米， 2r =重 / 3厘米 ，得到 公斤公斤 5 2 （ 5） 可見(jiàn)，分界面從 0 變化到 L，其浮力只變化 斤，就是說(shuō)，利用浮筒液位變送器作分界 面測(cè)量?jī)x表時(shí)，其靜態(tài)增益大 大 降低，而且儀表的靜態(tài)工作點(diǎn)偏高，譬如 h=L，浮筒全 部為油，儀表的零位信號(hào)就有 了克服上述出現(xiàn)的兩個(gè)問(wèn)題，系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須進(jìn)行如下兩項(xiàng)工作： 位界面變送器的零點(diǎn)遷移 零點(diǎn)遷移的依據(jù)是當(dāng)液位界面處于變化范圍（ 0 L）的中間值（ L/2）時(shí)，變送器的輸出信號(hào)亦為儀表工作信號(hào)（ 0 10 毫安）的中間值（ 5 毫安）。遷移前，分界面處 L/2 處時(shí)的浮力為 （ 6） 與 F 對(duì)應(yīng)的 變送器輸出電流為 毫安毫安 （ 7） 因此將變送器的零點(diǎn)往負(fù)的方向遷移 安，此時(shí)，變送器的輸出信號(hào)為 I（ 8） 調(diào)節(jié)器的給定值設(shè)置在 50%，既 毫安給 5少變送器的量程 將變送器的測(cè)量減少 ，以維持界面變送器的靜態(tài)增益同測(cè)量液位的靜態(tài)增益一樣。如果變送器的靜態(tài)增益因結(jié)構(gòu)關(guān) 系難以改變，則在組成控制系統(tǒng)時(shí)應(yīng)減少比例調(diào)節(jié)器的比例帶。例如一般液位調(diào)節(jié)器的比例帶為 50%，則對(duì)于同一差壓變送器（如不改變量程）應(yīng)用于控制分界面時(shí)，調(diào)節(jié)器的比例帶應(yīng)設(shè)置為 6%。 水分離界面控制系統(tǒng) 為了油水分離系統(tǒng)的正常進(jìn)行，對(duì)于油水分離控制系統(tǒng)的生產(chǎn)、生活工藝要求罐內(nèi)的油水界面一般需維持在某一小范圍內(nèi)變化，并要保證分離罐內(nèi)的水不產(chǎn)生溢出和低于排水的最底要求，確保油水分離過(guò)程的安全。本文就設(shè)計(jì)出油水分離界面控制系統(tǒng)，用分離罐的油水分界面來(lái)控制油水分離界面控制系統(tǒng)。 油水界面控制的基本目 的是使油水分界面盡可能靠近其設(shè)定值，這個(gè)設(shè)定值可能代表一個(gè)最佳操作點(diǎn)。 圖 4 油水分離界面控制系統(tǒng)組成 - + 圖 5 油水分離界面控制系統(tǒng) 油、水流量控制方框圖 油水分離界面控制系統(tǒng)如圖 5 所示，其控制目的是保持油水分離過(guò)程正常進(jìn)行。在該系統(tǒng)中并不是嚴(yán)格要求把油水分界面保持在某一設(shè)定值上，而是根據(jù)其油水分界面指示值，通過(guò)差壓變送器把非電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?電信號(hào)，控制器根據(jù)這信號(hào)來(lái)控制閥門(mén)的運(yùn)行工況。 12控制器 油水分離罐 流量變送器 其具體運(yùn)行情況是：油水混合液里油水比例發(fā)生變化時(shí)，出油管出油量和出水管出水量就要發(fā)生變化，油水分離罐里的油水分界面就發(fā)生變化，當(dāng)水的比例增大時(shí)，油水分界面上升，出水管閥門(mén)的開(kāi)度增大，出油管閥門(mén)的開(kāi)度減小，反之，當(dāng)油的比例增大時(shí)，油水分界面就要下降，出水管閥門(mén)的開(kāi)度減小，出油管閥門(mén)的開(kāi)度增加。為使系統(tǒng)能順利工作，就必須把油水分界面控制在一定范圍內(nèi)變化，系統(tǒng)通過(guò)安裝在油水分離管內(nèi)的兩臺(tái)液位指示儀，顯示其液位值。當(dāng)油水分界面在規(guī)定的范圍變化時(shí)，安裝在油水分離罐外的差 壓變送器把這一油水界面液位值轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)傳入控制器，控制器根據(jù)這值與其設(shè)定值比較來(lái)控制出水管閥門(mén)的開(kāi)度，向外輸出水。當(dāng)油水分界面液位高于允許變化范圍最大值時(shí)，出水管閥門(mén)開(kāi)度最大，當(dāng)油水分界面液位低于允許變化范圍最小值時(shí)，出水管閥門(mén)關(guān)閉。 控參數(shù)的選擇 根據(jù)以上油水分離控制系統(tǒng)的工藝簡(jiǎn)況可知，分離罐內(nèi)的油水分離界面和油液位需維持在某一給定的位置上，或在某一范圍內(nèi)變化，這是保證油水分離正常進(jìn)行的工藝指標(biāo)。所以，分離罐內(nèi)油水分界面和油液位分別既是直接被控參數(shù)。由于油水分界面和油液位測(cè)量一般是比較方便的， 并且工藝指標(biāo)要求的精度并不的非常高，所以，就直接選取油水分界面和油液位作為被控參數(shù)。 制參數(shù)的選擇 從油水分離界面控制系統(tǒng)的工作原理和過(guò)程來(lái)看，影響油水分界面和油液位的參數(shù)有兩個(gè)，一個(gè)是油水混合液中油和水的流入量，一個(gè)是油和水的流出量?？刂七@兩組參數(shù)都可以直接控制液位。但出水（油）量是由輸入量決定的，并且輸入量是變化的，無(wú)規(guī)律的。所以從保證油水分離的正常進(jìn)行的因素考慮，故選流出量（油和水）作為控制參數(shù)。 程動(dòng)態(tài)特性 油水分離界面控制系統(tǒng)過(guò)程特性為，有自衡的非震蕩過(guò)程。其響應(yīng)曲線(xiàn)示于圖 1Q 1q 11q t 圖 6 油輸出閥門(mén)的工作區(qū)及其特性 說(shuō)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 圖 7 水輸出閥門(mén)的工作區(qū)及特性 說(shuō)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 當(dāng)剛開(kāi)始向油水分離罐內(nèi)輸入油水混合液時(shí)，油輸出閥門(mén)和水輸出閥門(mén)誰(shuí)先工作，要根據(jù)實(shí)際情況才能確定，所以在這里不作討論。假設(shè)油水分離控制系統(tǒng)達(dá)到平衡后，水的輸入量不變，油的輸入量增加，油水分界面保持不動(dòng)，油的液位上升，輸出油管道的閥門(mén)開(kāi)度增大，最后達(dá)到平衡。當(dāng)水的輸入量增加，油的輸入量也增加，油水分界面液位上升，油的液位上升得更快，輸出油和水管道的閥門(mén)開(kāi)度都增大，最后達(dá)到平衡。當(dāng)水的輸入量增大，油的輸入量減小，油水分界面液位上升，油的液位先上升、再下降，輸出水的管道閥門(mén)開(kāi)度增大，輸出油的管道閥門(mén)開(kāi) 度先增大后減小，最后達(dá)到平衡。當(dāng)水的輸入量減小，油的輸入量增大時(shí)，油水分界面液位下降，油的液位上升在下降， 輸出水的管道閥門(mén)開(kāi)度減小，輸出油的管道閥門(mén)開(kāi)度增大、再減小，最后達(dá)到平衡。當(dāng)輸入油和水的量都減小時(shí)，油水分界面液位下降，油的液位下降得更快，輸出油和水的管道閥門(mén)開(kāi)度減小，而且輸出油管道的閥門(mén)開(kāi)度減小得更快（先慢后快），最后達(dá)到平衡。 佳控制方案的確定 油水分離界面控制系統(tǒng)需達(dá)到系統(tǒng)的正常運(yùn)行，并保證油水分離的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)。所以需采用智能控制系統(tǒng)。智能控制是目前一個(gè)極受人們關(guān)注 的新興學(xué)科，它是以傳統(tǒng)的控制理論為基礎(chǔ)發(fā)展而來(lái)的，主要用來(lái)解決那些用一般方法難以解決的復(fù)雜的控制問(wèn)題。智能控制是繼經(jīng)典控制理論方法和現(xiàn)代控制理論方法之后新一代的控制理論方法。智能控制系統(tǒng)的指具備一定的智能行為的系統(tǒng)。具體地來(lái)講，就是對(duì)于一個(gè)問(wèn)題的激勵(lì)輸入，系統(tǒng)具備一定的智能行為，并能夠產(chǎn)生合適的解的響應(yīng)，這樣的系統(tǒng)便稱(chēng)為智能系統(tǒng)。 通過(guò)對(duì)幾種油水分離界面控制系統(tǒng)的過(guò)程控制的分析，化學(xué)驅(qū)油技術(shù)要求技術(shù)高、控制系統(tǒng)復(fù)雜、投資大、浪費(fèi)能源，不能很好的推廣，它們對(duì)于一般企業(yè)都不具有可行性。直接控制分界面的控制方案不 僅能解決技術(shù)要求不高的問(wèn)題，而且控制設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低廉，實(shí)現(xiàn)了油水分離的智能控制。直接控制分界面的控制方案的油水分離界面控制系統(tǒng)就是油水分離的最佳方案。 直接控制分界面的控制方案是根據(jù)油水混合液中油水的輸入量來(lái)分別調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)度，向外分別輸出油和水，保持分離罐內(nèi)的油水分界面和油液位的平衡。當(dāng)油水輸入量油（水）的比例增大時(shí)，油（油水分界面）的液位上升，通過(guò)檢測(cè)元件測(cè)得其油（油水分界面）的液位，再通過(guò)差壓變送器把這一信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)傳入到控制器，控制器把這一信號(hào)與系統(tǒng)設(shè)定值進(jìn)行比較作出判斷來(lái)增大油（ 水）輸出管道閥門(mén)的開(kāi)度。當(dāng)油水輸入量油（水）的比例減小時(shí)，油（油水分界面）的液位下降，通過(guò)檢測(cè)元件測(cè)得其油（油水分界面）的液位，再通過(guò)差壓變送器把這一信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)傳入到控制器，控制器把這一信號(hào)與系統(tǒng)設(shè)定值進(jìn)行比較作出判斷來(lái)減小油（水）輸出管道閥門(mén)的開(kāi)度。本系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所需設(shè)備少，造價(jià)低廉，節(jié)約能源，其控制過(guò)程全是自動(dòng)化控制，無(wú)須專(zhuān)人值班看管。本系統(tǒng)達(dá)到了油水分離的智能控制。 差分析 由于儀表的直接測(cè)量值 x 與間接測(cè)量值 y 之間存在著函數(shù)關(guān)系 y=f(x)，則由微分學(xué)可知，直接測(cè)量值的測(cè)量誤差 引起的間接測(cè)量值的誤差為函數(shù)的增量，而該增量可用函數(shù)的微分來(lái)表示。同樣，有 n 個(gè)直接測(cè)量值 xi(i=1，2， n)與間接測(cè)量值的函數(shù)關(guān)系為 y=f(x1, (9) 則測(cè)量的總誤差可用函數(shù)的全微分表示為 (10) 上式是函數(shù)誤差計(jì)算的一般公式。對(duì)于我們所研究的計(jì)量裝置其儀表的誤差性質(zhì)為隨機(jī)誤差。其計(jì)算公式為： (11) 式中 R 為相關(guān)項(xiàng)也稱(chēng)協(xié)方差。在實(shí)際測(cè)量中，各個(gè)直接測(cè)量值之間是相互獨(dú)立的，即 R 項(xiàng)為零。 計(jì)量分離器上單個(gè)儀表的測(cè)量誤差 隨機(jī)誤差，且相互獨(dú)立。根據(jù)獨(dú)立變量誤差疊加原理，其計(jì)量裝置的誤差可由下式進(jìn)行計(jì)算： (12) 整個(gè)計(jì)量分離器是一個(gè)完整的計(jì)量系統(tǒng)，其測(cè)量總誤差來(lái)源于四個(gè)方面：含水分析儀的準(zhǔn)確度、彈性刮板流量計(jì)的準(zhǔn)確度、水中含油的測(cè)量誤差以及未考慮因素的附加誤差。 含水分析儀的準(zhǔn)確度為 彈性刮板流量計(jì)的準(zhǔn)確度為 水中含油的測(cè)量誤差為 未考慮因素的附加誤差為 則裝置的總誤差為 (13) 通過(guò)以上計(jì)算可以得出計(jì)量裝置的不確定度為 第四章 節(jié)閥的選擇 調(diào)節(jié)閥是自動(dòng)控制系統(tǒng)中極其重要的必不可少的組成部分，它的作用是接受調(diào)節(jié)器來(lái)的信號(hào)。通過(guò)閥門(mén)開(kāi)度的變化，使被控制參數(shù)改變以補(bǔ)償干擾對(duì)被控參數(shù)的影響，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 調(diào)節(jié)閥的流量特性 (1) 調(diào)節(jié)閥的理想流量特性 調(diào)節(jié)閥的流量特性：是指流體通過(guò)閥門(mén)的流量和閥門(mén)桿行程之間的關(guān)系。為了比較方便，往往取相對(duì)流量，行程也取相對(duì)行程。 )( （ 14） 改 變閥芯、閥座間的節(jié)流面積便可以控制流量，但實(shí)際上在閥開(kāi)度改變的同時(shí)，閥前閥后的壓差也要發(fā)生變化，而壓差的變化也會(huì)引起流量的變化。為了分析方便，假定閥前閥后壓差是固定的，即 P=常數(shù)。這時(shí)得到的流量特性稱(chēng)為理想流量特性。 常用的理想流量特性有以下幾種： 線(xiàn)性流量特性： 線(xiàn)性流量特性是指調(diào)節(jié)閥的相對(duì)開(kāi)度（閥桿的相對(duì)行程）和相對(duì)流量成直線(xiàn)關(guān)系，即 )11(m （ 15） 是閥的可調(diào)范圍，對(duì)一固定調(diào)節(jié)閥 R 是一常數(shù)，在直角坐標(biāo)上是一條直線(xiàn)。 對(duì)書(shū)流量特性（等百分比） R 1( 100 （ 16） 100 由圖可見(jiàn)，曲線(xiàn)的斜率（即閥的放大系數(shù)）是隨著閥 桿行程的增加而增加的。在相同的行程變化下，流量較小時(shí)，流量的變化較小，流量較大時(shí)，流量變化較大，因而這種閥在小開(kāi)度時(shí)工作比較平穩(wěn)，而在大開(kāi)度時(shí)，工作也靈敏，此閥在不同的開(kāi)度時(shí)，只要是相同的行程變化，流量的相對(duì)變化量都是相等的，故也稱(chēng)等百分比，用得最多。 快開(kāi)流量特性 )1( 2m a x )11(1 （ 17） 這種特性是小開(kāi)度時(shí)，流量變化大，隨著閥桿行程的增大，流量很快就達(dá)到最大值，故稱(chēng)快開(kāi)流量特性。 拋物線(xiàn)流量特性 2)1(11m a x （ 18） 與對(duì)數(shù)比較接近。 （ 2） 調(diào)節(jié)閥的工作流量特性 調(diào)節(jié)閥的工作流量特性是指調(diào)節(jié)閥在實(shí)際控制系統(tǒng)中 P P 管 P 閥 總是與設(shè)備管道等連接在一起的，即使管道兩端的總壓降 P 是定值，但管道中的沿程阻力和局部阻力都會(huì)隨著流量 Q 的變化而變化。因此閥前后的壓差P 總是變化的，即在流量最小時(shí)（閥全關(guān)）壓差 P 閥最大，流量最大時(shí)（閥全 開(kāi)）壓差 P 最小，因此在工作情況下，調(diào)節(jié)閥的實(shí)際流量特性和理想流量特性是不同的，其差異程度由閥阻比 S 決定 。 調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇 流量特性的選擇主要是對(duì)直線(xiàn)與等百分比兩種特性的選擇，有理論計(jì)算法與經(jīng)驗(yàn)法，但都較復(fù)雜。工程設(shè)計(jì)多用經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則，從控制系統(tǒng)特性、負(fù)荷變化與 S 值 3 個(gè)方面進(jìn)行綜合分析，選擇控制閥的流量特性。 調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)選擇 調(diào)節(jié)閥在氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)三大類(lèi)。其中氣動(dòng)閥由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出推動(dòng)力大，工作平穩(wěn)可靠，本質(zhì)安全等原因得到了極為廣 泛的應(yīng)用。 氣動(dòng)閥有：?jiǎn)巫y，雙座閥，角形閥、三通閥，隔膜閥，碟閥，小流量閥，套筒閥等。 （ 1） 單座閥：由于只有一個(gè)閥芯和閥座，容易保證關(guān)嚴(yán)，但閥桿受到不平衡力大，所以通常使用在要求泄漏小或要關(guān)得很?chē)?yán)，以及低壓差場(chǎng)合。 （ 2） 雙座閥：流體壓差對(duì)兩個(gè)閥芯作用力方向相反，閥桿上不平衡力小，適用于閥兩端壓差較大的場(chǎng)合，但泄漏較大，關(guān)嚴(yán)困難，流路復(fù)雜，對(duì)高粘度、含懸浮物的介質(zhì)也不宜采用，但由于雙座閥不平衡力小，得到了廣泛的應(yīng)用。 （ 3） 角形閥：流路簡(jiǎn)單，阻力小，不易堵塞，適用于高粘度，含懸浮物的介質(zhì)。 由以 上比較，選擇本系統(tǒng)單坐閥 調(diào)節(jié)閥氣開(kāi)氣關(guān)形式的選擇 調(diào)節(jié)閥氣開(kāi)、氣關(guān)形式的選擇主要是從生產(chǎn)安全角度考慮的。在有信號(hào)壓力時(shí)，閥開(kāi)，無(wú)信號(hào)壓力時(shí)，閥關(guān)，稱(chēng)“氣開(kāi)式調(diào)節(jié)閥”。反之，在有信號(hào)壓力時(shí)，閥關(guān)，在無(wú)信號(hào)壓力時(shí)，閥開(kāi)，稱(chēng)“氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥”。在系統(tǒng)中選用氣開(kāi)閥還是氣關(guān)閥是根據(jù)控制系統(tǒng)在斷氣的事故狀態(tài)下，使閥全開(kāi)安全還是閥關(guān)安全而定的。 器、儀表的接地 油水分離界面控制系統(tǒng)中使用電子儀表，接地是一個(gè)非常重要的問(wèn)題，接地系統(tǒng)是控制設(shè)備安全可靠、穩(wěn)定精確工作的保證。如果接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不合理，可能 會(huì)帶來(lái)干擾，造成較大測(cè)量控制誤差，以至于儀表系統(tǒng)不能投運(yùn)或甚至可能損壞儀表和計(jì)算機(jī)控制的 I/O 板卡；如果接地系統(tǒng)中存在重大錯(cuò)誤，還可能造成重大人身和設(shè)備安全事故。 地的作用 接地主要分為： （ 1）保護(hù)性接地 （ 2）工作接地 信號(hào)回路接地 屏蔽接地 本安儀表接地 設(shè)備保護(hù)接地的目的是保護(hù)設(shè)備和人身安全、以防設(shè)備帶電發(fā)生事故。由于油水分離界面控制系統(tǒng)主要涉及保護(hù)性接地，所以下面著重介紹保護(hù)性接地。 正常情況下，用儀表的外殼、電氣設(shè)備的外表面、各種儀表盤(pán)（柜）等都不應(yīng)該帶電，但是在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中因某些原因 造成設(shè)備絕緣性能下降或破壞，就有可能是電氣設(shè)備不該帶電的部位帶電，如果有人觸及這些部位就可能出現(xiàn)危及人身安全的觸電事故。由于設(shè)備外殼帶電，在某些條件下可能會(huì)出現(xiàn)電火花，一旦現(xiàn)場(chǎng)具備條件就可能出現(xiàn)爆炸或失火，這是非常危險(xiǎn)的。 油水分離界面控制系統(tǒng)中需要保護(hù)性接地的設(shè)備有： 儀表盤(pán) 用電儀表外殼 金屬接線(xiàn)盒、導(dǎo)線(xiàn)穿管 水分離界面控制系統(tǒng)部分儀器的接地方法 （ 1） 油水分離界面控制系統(tǒng)的接地系統(tǒng)組成 油水分離界面控制系統(tǒng)的接地系統(tǒng)由接地電極、接地導(dǎo)線(xiàn)兩大部分構(gòu)成一個(gè)接地網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。需要接地的電氣設(shè)備，由相應(yīng) 的接地端子引線(xiàn)到該盤(pán)的接地母線(xiàn)或接地端子排上，通過(guò)接地分干線(xiàn)連接到公用連接板上。 （ 2） 接地設(shè)計(jì) 衡量接地性能的好壞，其中一個(gè)重要的參數(shù)是接地的電阻值大小，電阻越小說(shuō)明接地性能越好，該值大于一定數(shù)值就表明接地線(xiàn)路中有接觸不良甚至開(kāi)路，此時(shí)該系統(tǒng)就不能實(shí)現(xiàn)接地目的。所以在此除了設(shè)計(jì)好接地體之外，接地導(dǎo)線(xiàn)的截面積、導(dǎo)線(xiàn)的連接方式、接地連接點(diǎn)的選擇影響接地電阻的重要因素。 電器設(shè)備 大地 接地電極 圖 8 儀器、儀表接地 水分離技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域 （ 1） 船廠(chǎng)廢柴油過(guò)濾、破乳、油水分離，含水量 5 8 （ 2） 變壓器油過(guò)濾、破乳、油水分離，含水量 2 5 （ 3） 發(fā)電廠(chǎng)透平油過(guò)濾、油水分離、脫色、破乳、精濾，含水量 2 5 （ 4） 海上原油泄漏事故處理，收集、過(guò)濾、油水分離； （ 5） 油田落地油過(guò)濾、清洗、油水分離； （ 6） 海上鉆井平臺(tái)浮油收集、油水分離、加溫分離，含水量100 （ 7） 鋼鐵廠(chǎng)平流油沉淀池浮油收集、過(guò)濾、油水分離； （ 8） 煉油廠(chǎng)大量含油廢水收集、過(guò)濾、油水分離。 5 結(jié)束語(yǔ) 本文是以重力法直接控制分界面控制方案的論證、檢驗(yàn)、改進(jìn)為目的而展開(kāi)的研究。概括而言，具有以下的特點(diǎn)： 正確性 本文采用重力法對(duì)油水分離界面控制系統(tǒng)作了細(xì)致的分析，并有附設(shè)除水器的控制方案、直接控制分界面的控制方案。經(jīng)過(guò)分析證明直接控制分界面的控制方案效果更好。 優(yōu)越性 直接控制分界面的控制方案操作簡(jiǎn)單、成本低、防爆性能好。 通用性 本位所實(shí)用的不僅僅是油水分離界面控制，只要是兩種密度不同的液體都可用。 致謝 本文主要闡述了 油水 分離裝置設(shè)計(jì) 。通過(guò)這次設(shè)計(jì)使 我對(duì) 齒輪加工過(guò)程 產(chǎn)生了濃厚的興趣，同時(shí)，受我主修專(zhuān)業(yè)的影響，我已經(jīng)習(xí)慣于 設(shè)計(jì) 帶來(lái)的一系列機(jī)遇與挑戰(zhàn) 。 本篇論文雖然凝聚著自己的汗水，但卻不是個(gè)人智慧的產(chǎn)品，沒(méi)有導(dǎo)師的指引和贈(zèng)予，沒(méi)有父母和朋友的幫助和支持，我在大學(xué)的學(xué)術(shù)成長(zhǎng)肯定會(huì)大打折扣。當(dāng)我打完畢業(yè)論文的最后一個(gè)字符，涌上心頭的不是長(zhǎng)途跋涉后抵達(dá)終點(diǎn)的欣喜，而是源自心底的誠(chéng)摯謝意。我首先要感謝我的 指導(dǎo)老師張文生老師 ，對(duì)我的構(gòu)思以及論文的內(nèi)容不厭其煩的進(jìn)行多次指導(dǎo)和悉心指點(diǎn)，使我在完成論文的同時(shí)也深受啟發(fā)和教育 。 再次由衷感謝答 辯組的各位老師對(duì)學(xué)生的指導(dǎo)和教誨，我也在努力的積蓄著力量，盡自己的微薄之力回報(bào)母校的培育之情，爭(zhēng)取使自己的人生對(duì)社會(huì)產(chǎn)生些許積極的價(jià)值！ 參考文獻(xiàn) 1 孫洪程，翁唯勤過(guò)程控制工程設(shè)計(jì)北京：化學(xué)工業(yè)出版社 ,2001 2 蕭德云 ,呂伯明過(guò)程控制系統(tǒng)北京：清華大學(xué)出版社 ,2004 3 陳伯時(shí)自動(dòng)控制系統(tǒng)北京：中央廣播電視大學(xué)出版社 , 1981 4 何離慶過(guò)程控制系統(tǒng)與原理重慶：重慶大學(xué)出版社 ,2003 5 王永初 ,任秀珍 工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)范例北京：科學(xué)出版社 , 1986 6 侯志林過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表西安：機(jī)械工業(yè)出版社 ,2003 7 南國(guó)英 ,張志剛給水排水工程專(zhuān)業(yè)工藝設(shè)計(jì)北京：化學(xué)工業(yè)出版社 ,2004 8 孫自強(qiáng)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化及儀表上海：華東理工大學(xué)出版社 ,1999 9 李亞峰尹士君給水排水工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)指南北京：化學(xué)工業(yè)出版社 ,2003 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū) 畢表 1 姓 名 許曉兵 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 班 級(jí) 題 目 船用油污水分離裝置的設(shè)計(jì) 題 目 來(lái) 源 虛擬 指 導(dǎo) 老 師 郝鴻雁 職 稱(chēng) 講師 任 務(wù) 下 達(dá) 日 期 2010 年 12 月 日 論文（設(shè)計(jì)）其止日期： 2010 年 月 號(hào) 至 2011 年 月 日 學(xué)生（簽名）： 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）計(jì)劃任務(wù)（目的、任務(wù)、計(jì)劃進(jìn)度、措施、預(yù)期結(jié)果）： 目的： 計(jì)方法和步驟。 任務(wù)： 1. 了解國(guó)內(nèi)外油水分離器的設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)； 2. 油水分離系統(tǒng)的原理研究； 3. 油水分離系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)與確定； 4. 油水分離系統(tǒng)的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 5. 翻譯英文資料 計(jì)劃進(jìn)度： 1 查閱資料，熟悉課題相關(guān)內(nèi)容，確定技術(shù)方案； 1 3 周 2 油水分離系統(tǒng)的系統(tǒng)原理研究 ； 4 5 周 3 油水分離系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)與確定 ； 6 8 周 4 油水分離系統(tǒng)的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ； 9 12 周 5 資料的整理，并撰寫(xiě)論文。 13 14 周 措施： 定期檢查指導(dǎo)，嚴(yán)格執(zhí)行計(jì)劃進(jìn)度。 預(yù)期結(jié)果： 論文、圖紙等。 參考資料 ： 自己填（根據(jù)所參考的資料） 不少于 15 篇論文或書(shū)籍 教研室意見(jiàn)： 指導(dǎo)小組組長(zhǎng) 或教研室負(fù)責(zé)人（簽名）： 年 月 日