1、 毕业设计开题报告 机械设计制造及其自动化 船用油污水分离装置的设计 一、综述本课题国内研究动态，说明选题的依据和意义 本课题国内研究动态 保护水域 , 防止污染 , 已引起世界各国的普遍重视。船舶机舱舱底水是污染水域的一个重要因素。早在六十年代 , 政府间海事协商组织 (IMCO)就相继召开会议讨论防止船舶排孜废油造成海洋污染的对策。 1973年海协又开会讨论修订了国际防止船舶造成海洋污染公约 , 进一步严格规定了船舶排出水中含油量的标准。我国政府发布的防止沿海水域污染暂行规定 , 也严格规定船舶排放污水含 油量不得超过 10ppm. 为保护环境 , 在船舶上安装油水分离器来处理机舱含油污水
2、 , 已成为不可缺少的重大措他。船舶机舱舱底水是一种油水非均一的分散体系 , 是乳状液的一种 , 其成分也极复杂 , 业含有大量微小油珠。这些小油珠的直径通常都在 50 微米以下。能否对它进行有效的处理 ,是使油水分离器达到排放标准的关键。对含油污水油分浓度与油珠直径关系的研究结果表明 , 要使排放污水的含油量降到10ppm 的标准 , 必须将直径在 2-3微米以上的油珠分离出来。此外 , 船舶机跪污水中 , 还含有一定数量的固体悬浮物质 , 对于它的 处理也喊得注意。目前处理油污水的方法 , 有物理的、化学的、生物的等等。 根据研究结果 , 按照我国和政府间海事协商组织决 A393(X)的规
3、定 , 结合船用条件 , 研制成功了我国 CYF系列船用油水分离器 。 表 1主要 技 术 性 能 指 标 船舶机舱舱底水所含成分极为复杂。既含有高粘度油、又含有低粘度油 , 既有大的油珠 , 又有细微油珠 ,还不可避免地含有一定数量的固体悬浮物质。根据这种污水的油珠的分布和品质 , 对不同的处理对象采用不同方法是合适的。我们以机械分离做初级分离 , 用以分离占含油总量大部分的大油珠 , 并可除去 较多的固体悬浮物质 ,以粗粒化分离做次级分离 , 用以分离细微油珠 , 使排出水含油量小于 10ppm. 选题的依据和意义 。 目 前，保护和改善海洋生态环境，防止石油污染，已成为世界各国普遍关注的
4、问题。科学家们根据海洋石油污染的特点，发明了许多清除和回收海上溢油的新技术和新方法。在近岸海区或港口水域，一般采用机械或物理方法为主的回收作业。如利用多孔吸油材料将油吸收，再从海面回收吸油材料和油，一般可回收溢油 20-90%。当海上溢油量较大时，可以先展开特殊的围油栏，将溢出的油 “ 包围 ” 起来，再用各种回收装置将油收 回。在气候条件恶劣、油膜扩散迅速的情况下，可以采用溢油处理剂进行处理。它的作用是将油乳化成为几个微米的油滴，分散在水下 1-2 米的水层中，这样小的油滴很容易被细菌 “ 吃掉 ” 和被水中溶解氧所氧化，从而达到净化海洋的目的。可以预料，随着科学技术的发展，石油污染海洋的局
5、面一定能得到控制，浩瀚的海洋将会变得更加湛蓝清澈，美丽动人。 含油废水对海洋的污染是最早引起世界各国普遍重视的污染物 .含油废水 (特别是可浮油 )排入水体后可在水体表面形成一层极薄的油膜，据资料介绍，向水面排放 1 吨油品，即可形成 5 106m2的油膜污染 .这种油膜直接阻碍大气中的氧向水体中转移，使水体缺氧，水生动物因缺氧而死亡；油品中还有一定的毒性，对幼鱼和鱼卵的影响更大 .另外，大量的油膜甚至可能引起火灾，影响水上交通 .含有表面活性剂的洗涤剂广泛使用，使油污水的乳化程度加剧，造成现有的物理处理方式油污水处理设备的处理效果显著降低，这引起了国际社会的重视，为此 IMO 在 1992
6、年以 MEPC.0(33)决议的形式要求船舶使用快速分离的洗涤剂，这种洗涤剂对现有的油污水分离设备的分离性能不产生影响 .IMO 允许处理设备的制造厂对可用的洗涤剂的选择和使用提出建议，并在型 式认可证书的附件中予以明确 .如果制造厂声明不影响设备的性能，用户可自由选择和使用各种洗涤剂，但这些必须在型式认可的证书和附件中予以明确 . 但在实际执行 MEPC60.(33)过程中， IMO 逐渐认识到现有的油污水分离装置在处理乳化液上存在困难，以及某些油污水分离装置制造厂利用 MEPC60.(33)的规则漏洞进行装置生产，可能对海洋造成严重污染危害，于是在 2004 年 IMO 通过了 MEPC1
7、07.(49)决议，取代了 MEPC60.(33).在新的决议中， IMO 在性能试验技术条件中增加了试验液“ C”，即油水乳化液的试验 ，并且为保证世界范围内的试验参数的一致性，规定了制备试验液体“ C”的严格程序 .IMO 要求从 2005 年 1 月 1 日以后建造的船只都应执行该决议 .我国已经认可了该决议 . 二、研究的基本 技术 ，拟解决的主要问题： 传统的船用油污水分离技术 船舶所产生的油污水，主要有舱底油污水、燃油舱或油船产生的压舱油污水以及清洗时产生的洗舱油污水，俗称“三水” .这类油污水除含有石油和石油产品之外，还含有固体物质和固体悬浮物，是从许多地方来的含污染物的淡水和海
8、水的混合物 .典型的污染物包括燃料、油类、液压机流体、清洁剂和含水膜、发泡剂（ AFFF）、黑水 /灰水系统的泄漏污水等，也可能包括腐蚀产物，油漆和溶剂 . 传统的油污水分离装置是利用重力分离的原理进行油和水的分离的 .其分离原理可以通过斯托克斯 (stocks)公式 1确定： 式中， u0 为在静水中直径为 d 的油滴的上浮速度； L 为水的密度； 0 为油的密度； uL 为水的动力粘滞度 .可见只要油水间 存在密度差，就可以进行油水分离 .但实际上不是任何大小的油滴都可以通过重力分离的，这是因为任何分离设备的容积都有限度 .实验表明，通过重力分离，只能去除水中油滴直径在 245 m 以上的
9、油滴 .为加速和提高油水分离的效果，一个有效的途径是促使小颗粒的油滴不断地聚集成大的油滴，也就是增加水中油滴碰撞接触的机会，使油滴上浮速度不断地增加 .常用的聚集手段包括斜板 (管 )和多孔油滴聚合器 .油滴的聚合过程大致可以分为截留、附着、展开和脱浮等过程 .水中微细油滴在流过多孔材料组成的无数微小通道时，被多孔介质首先截留住，油滴的直径越大 越容易被截住 .被截住的油滴在油滴的浮力和流体流动压差的作用下，克服水相的阻力而附着于多孔材料的表面或者融合于材料表面的油层内 .附着于多孔材料表面的油滴，在毛细作用下扩展到材料表面的其他部分 .随着上述过程的不断进行，微小的油滴逐渐被附着于材料表面的
10、油层融合，在多孔材料出口面油滴越集越多，最后克服油水界面张力的油滴就与多孔材料分离而上浮 (如图 1 所示 ). 脱浮后的油滴大小与界面的张力以及油滴聚合器出口处的孔隙大小成正比 .孔隙越大，毛细压力越小，油滴也就越大 4.脱浮油滴大小可以用下式计算： 式中， d 为聚合后脱浮的油滴直径； f 为油水界面张力； Pc 为油滴在饱和临界状态下的毛细压力 .从理论上说，无论多细小的油滴都可以通过油滴聚合器 进行去除，但这样会使聚合元件的密度很高，孔隙率很低，阻力很大，如果存在固体物质就极容易造成元件的堵塞，导致元件寿命大为缩短 .对于工程应用是不切实际的 .通常工程上利用油滴聚合的方法去除油滴所能
11、分离的理论最小颗粒直径为 5 m，实际出水约为 10 m，此时的填充密度为 0.15g/cm3. 非乳化状态的油污水经过多孔油滴聚合器的处理以后，已经达到排放要求 .但在实船运行过程中，可以发现油污水的乳化情况其实是相当普遍的 .一般乳化油中微小油滴的直径非常小，因此不能简单地利用重力进行分离 . 表 1 给出了不同的重力分离法所能分离 的最小油滴直径 . 参考文献 1高廷耀 .水污染控制工程 M.北京：高等教育出版社， 1996. 2IMO MARPOL73/78 MEPC107.（ 49）， 2004. 3中国船级社译 .国际海事组织 73/78 防污公约 .2003. 4卓诚裕 .海洋油
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