1、本科毕业论文（20 届）船用油污水分离装置的设计所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科生毕业论文I摘 要油水分离器主要用于处理船的油污水，其设计的特点为效率高、结构简单、方便耐用。本设计主要针对油水分离系统的结构部分。结合了聚结技术与重力法，设计并制作了波纹板形式的聚结油水分离器，并创新性优化设计了分离器内部的构件如出口构件、入口构件、集油构件、聚结构件及布液构件，将水力条件加以改善，对重力油水分离过程进行了强化。提高油水分离效果的关键是其中聚结构件的优化设计和聚结材料的表面改性,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
2、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,使分散油珠发生最大程度的聚结。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。T 型入口构件的采用是为了吸收大量的动能，从而对流场的冲击可以得到减少。选择穿孔的布液板布液构件，能够很好地起着均匀布水的效果。聚结构件采用的是聚结波纹板组，油将从波峰的浮油孔去除，泥渣从波谷进行下滑，在促进油珠聚结的同时，也保证了板组的通畅。
3、液位自动的排油装置的安装，实现了自动收集集油室污油的作用。而安装在处理水排出口油分浓度计，能有效地保证排出水安全性。关键词：重力法；聚结技术；波纹板；油污水分离本科生毕业论文IIABSTRACTThe oil-water separator is mainly used for processing the oil ship the characteristics of wastewater, its design for high efficiency, simple structure, convenient and durable. This design is mainly for w
4、ater-oil separation system structure parts. Combines coalescence technology and gravity method, designed and produced corrugated plate forms of coalescence oil-water separator, and innovative optimization design of components such as a separator internal components, components, entrance to export oi
5、l components, poly integrating pieces and cloth liquid components, will try to improve, hydraulic conditions of gravity water-oil separation process of strengthening. The key to improving water-oil separation effect of clustering is one of the optimization design and structural coalescence material
6、surface modification, directly affect the oil removal efficiency of equipment. Gather and structure design of structure, the lateral flow water, using corrugated sheet provides the winding channel and very large coalescence surface, generating approximate sine wave of water in scattered oil bead hap
7、pen maximum coalescence. With stokes formula and shallow precipitation theory as the basis, plate, plate width and length options and bar space with Reynolds number of validation; laminar flow state The choice of materials in coalescence, by measuring the oil in the contact Angle on alternative mate
8、rials, and reviewing the effective, economy, durability, by modifying agent finally determined after A surface modification of steel as the oil-water separator coalescence plank. T entrance component is to absorb large Numbers by kinetic energy, thus the impact of the flow field can be reduced. Choo
9、se perforation cloth liquid board cloth liquid components, perfectly plays a uniform cloth water effect. Poly structure USES is coalescence corrugated sheet group, the oil will float oil hole from wave from the trough, mud slag removal in promoting oil on slide, at the same time, pearl coalescence a
10、ssured board group of unobstructed. The liquid level automatically soot mounting, has realized automatic collecting oil gathering room corrupt oil role. And installed in handling export oily cent concentration meter, drainage discharge water can effectively ensure the safety.Keywords: gravity method
11、;Coalescence technology; Corrugated board; Oily wastewater separation本科生毕业论文III目 录第 1 章 绪论 .11.1 本课题研究的目的和意义及现状分析 .11.2 船舶污水的危害 .11.3 船舶污水的分类 .21.4 船用油污水分离技术的现状及发展 .21.5 影响油水分离器性能的因素 .2第 2 章油水分离系统的原理研究 .32.1MARPOL73/78 公约对油水分离器的要求 .32.2 重力分离原理 .32.3 重力油水分离技术的发展 .42.4 重力分离与聚结技术的结合 .52.5 常见油水分离器的组成及原理
12、 .52.5.1 滤油设备工作原理 .52.5.2 油分计的工作原理 .62.5.3 自动停止装置工作原理 .6第 3 章 CYF 型油水分离器的设计 .73.1 基本结构 .73.2 工作原理 .73.3 主要技术参数 .83.4 设计要点 .83.4.1 以知参数 .83.4.2 主要参数校核 .8第 4 章波纹板聚结油水分离器的设计 .94.1 油水分离器的结构设计 .94.1.1 重力法油水分离过程的强化 .104.1.2 波纹板聚结油污水分离器的特点 .104.1.3 系统装置的形式 .114.2 波纹板聚结油水分离器的相关计算 .12本科生毕业论文IV4.3 主要功能构件的优化 .
13、144.3.1 入口构件 .144.3.2 布液构件 .154.3.3 聚结构件 .154.3.4 集油排油构件 .164.3.5 出口构件 .174.3.6 其他构件 .174.4 反从冲洗装置的设计 .174.5 聚结材料的优选 .184.5.1 接触角 .194.5.2 聚结机 .19结 论 .22致 谢 .23参考文献 .24本科生毕业论文1第 1 章 绪论1.1 本课题研究的目的和意义及现状分析船舶在水域的运行过程中，通常有一定数量的积水会在各个船底仓产生，造成积水有许多的原因，例如：雨水或冲洗甲板的时候漏人以及机器设备和管系的泄露，船底水就是这些水集中在船底的统称，一般情况下舱底水
14、在机舱是最多的。除此之外，燃油及润滑油因为不可以避免的机器设备滴漏与清洗，设备的维护时产生的污油也积存在舱底，这些与舱底水和金属氧化物及机械杂质等混合一起就形成了所谓的污油水。中华人民共和国和国际海洋环境保护法 、 中华人民共和国和防止船舶污染海域管理条例和MARPOL7 舱底水 3/78对船舶排放与污油水的处理有了详尽的规定。有两个途径可以排放处理：其一是当船舶航行时通过滤油设备在适当的水域将净化后的舱底水排出船外。其二是将舱底水储存在船上，在到港后排放到港口的污水接收设备。第二种在处理时有很大的局限性，将水排放到开口的接收设备，它会占用船舶的停靠时间，并且有的接收设备有很大的缺陷。虽然我国
15、的港口大部分都是有足够的容量处理船舶污水的接收场，但是这些油污水处理场是设计用来洗舱水与邮轮压载水，无法接收非邮轮同油污水接纳船的含油污水。拥有港口污水接纳船的单位，国家规定的接收舱底水费较低，但是处理油污水的费用比较高，因此很多单位宁愿接收船舶的污油而不愿意去接收处理船舶舱底水。由于这些因素，大多数的船舶选择第一种途径，在航行的时候通过滤油设备将舱底水排放到水域中。目前，大多数船舶仍然在偷排机舱的含油污水，它们在含油污水的偷排主要规律是：白天的时候不排放夜晚排放，停泊的时候不排放航行是排放，在港内不排放在港外排放。大多数的船员任务使用油水分离器比较麻烦，根本不使用和维修油水分离器，设备完好方
16、便检查，水质化验达标以便签关。按规定，使用油水分离器和油类操作时都要填写与记录在油类记录本种。而船舶的油水分离器在使用的时候可以简单的概括成以下的几点：投入很大，运转率不高，虚填假报严重，设备维修保养管理漏洞很大，因此油污染仍日趋严重。1.2 船舶污水的危害世界各国最早广泛重视的污染物是会对海洋造成污染的含油废水。含油污水(特别是可浮油)在排入水中后会在水体的表面生成一层很薄的油膜，根据资料的介绍，当向水面排放1吨油品时，就可形成5106m 2的污染油成。这样的油膜就使大气中的氧无法向水体中转移，因而会使水缺氧，这些水生动植物就好因为缺氧导致死亡；一些物质含在油中还具有一定的毒性，就会对幼鱼与
17、鱼卵的影响非常大。此外，火灾就是因为大量的油膜而引起，从而会对水上的交通产生非常不利的影响。在如今的社会，人们都在广泛使用洗涤剂，洗涤剂中含有表面活性剂，这样就加剧了油废水的乳化度，这显著降低了现有的物理处理方法中油废水处理装置的处理效果，从而得到了国际社会的高度重视，因此 IMO 1992 年以 MEPC.0(33)决议的形式要求船舶必须使用能快速分离的洗涤剂，这样的洗涤剂不会对现有的油废水分离装置的分离性能产生影响。本科生毕业论文2IMO 允许处理装备的制造厂商对可用的洗涤剂的使用和选择提出建议，并且在型式认可证书的附件中给以明确。假如制造厂商声明不影响装置的性能，用户可自由地选择和使用洗
18、涤剂，但这些应当在型式认可证书和附件中给予明确。1.3 船舶污水的分类船舶含油废水包括船舶的舱底水、压载水和洗舱水。废水中不同状态的油它的理化性质是不同的，应该采取何种处理方式很大程度上是由此决定的。通常油在水中主要有：（1）乳化油： 油粒径小于 10 um，通常为 0.12 um。常常因水中有表面活性剂使得油珠形成了稳定的乳化液。此种油的稳定性跟污水的性质以及油在水中的分散度有关，分散度愈大就愈稳定。（2） 溶解油：粒径一般小于几微米，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。（3） 浮油：在水相中分散颗粒比较大，油粒直径一般不小于 100 um，在静置后能很快上浮，以连续相形
19、式的油膜漂浮于水面上。（4）分散油： 其在水中分散粒径为 10100um，以较微小油珠形式悬浮在水中，具有不稳定性，静止一段时间后通常形成浮油。（5） 固体附着油：在废水中固体颗粒表面吸附的油。1.4 船用油污水分离技术的现状及发展采用重力式油水分离技术是我国目前常用的油污水分离装置，代获得过国际博览会尤利卡发明金奖以及国际环保产品银质奖的表设备为 YSCZ 型油废水分离设备。斯托克斯公式是它的基本的工作原理，它的设计利用油与水的密度差来进行，具有处理污水能力强、操作简单、安装方便、体积小巧等等优点。但 IMO3在执行 MEPC60. (33)的过程中，在处理污水中乳化液方面逐步发现这种分离设
20、备仍存在不足，导致某些生产厂家按 MEPC60. (33)生产的油污水分离装置，仍然会危害，污染环境。这是因为重力分离技术对乳化溶液不能进行有效的处理，在于处理后的污水中仍然有溶剂和洗涤剂等有害物质仍存，并被排入到了海里，稀释的乳化液同样会对海洋环境造成污染。为此，IMO 通过了 MEPCI07. ( 49 ) 决议，代替了 MEPC60. (33)决议，对油水乳化液的试验这是在新的决议中增加的，而原本的 YSCZ 型油污水分离装置则需要进行更新换代或产品升级。目前，国内相关的生产厂商纷纷研发新型油水分离装置并投入到了具体的使用中，取得了较好的成果，如 YWC 型系列油污水处理装置等。 1.5
21、 影响油水分离器性能的因素泵的影响：油滴直径愈小 , 上浮速度愈慢, 油与水就愈不能分离，反之, 则分离性能上升。齿轮泵与离心泵会使大油滴离散和破碎从而会形成微小的油滴, 这两种泵不宜采用。柱塞泵、单螺杆泵和活塞泵没有上面这两种泵的缺点, 因而是可以作为油水分离器的配套泵。当油水分离器的额定处理量被泵的排量超过时, 它分离性能就会明显下降,所以油水分离器在超负荷下运行是要避免的。如果阀、泵活塞与缸体内部漏泄, 漏泄水流就会从高压侧向低压侧高速流动时, 严重乳化就会在逆流搅拌下形成, 所以要防止漏泄。本科生毕业论文3工作压力的影响：提高分离器内的工作压力,泵的出口压力需相应增大, 因而通过泵油污
22、水就会加剧了油污水的离散乳化现象, 从而恶化分离性能。温度的影响：升高温度, 就会增大水与油的密度差, 会降低水的绝对粘度, 从而油滴的上浮速度得到了增加。但是, 油的温度升高后, 污水流经泵、阀等处就会很容易乳化和离散, 并且分子热运动在污水内部加剧,妨碍油滴上浮, 因此温度的影响有利有弊。油种的影响：油种对油水分离器的分离性能有很大影响。根据斯托克斯公式, 油的比重愈小, 愈易分离。但轻油经泵扰动后, 易离散和乳化, 且乳化对分离性能的影响更大, 故比重大的油种较比重小的油种分离性能好。水质的影响：油污水初始含油量增加, 会降低分离性能。当油污水中海水成分多时, 微小乳化油滴就容易和海水中
23、的金属盐结成无电荷的状态, 小油滴就容易聚集成大油滴上浮。管路的影响：管路直径愈大, 管路愈长, 分离性能愈好。水通过球阀的节流损失比闸阀少, 乳化程度低,分离性能下降。阀开闭次数愈多, 乳化程度就愈严重。油污滤器、管路弯曲部分等都会造成节流, 使分流盘的影响。流量的影响：当流量超过额定处理量时, 分离性能显著下降。旁通的影响：有些船舶将舱底水泵作为油水分离器的供液泵, 此时泵的排量超过了油水分离器的额定处理量, 其多余部分经旁通管流回污水井, 下次再经泵吸入。由于泵的扰动影响, 油污水被离散乳化, 使油水分离器性能显著下降。第 2 章油水分离系统的原理研究2.1MARPOL73/78 公约对
24、油水分离器的要求MARPOL73/78 公约的附则第 9 条有如下规定：对 400 总吨以及以上的非油船以及 150总吨及以上的船舶机器处的舱底（不包含货油泵舱地舱底）的排放（但不允许混有货油的残油） ，没有经过稀释的排出废水含油量不得超过 15ppm；在其中的第 16 条有所规定：凡是 400 总吨到 10000 总吨之间的不论何种船舶，都是应该配备经主管机关批准过的滤油装置，并且应保证经过该滤油设备后再排放入海的含油污水的含油量是不可以超过 15ppm；而 10000 总吨及其以上的任何船只，应配备由主管部门批准的滤油装置和当排出污水的含油量超过 15ppm 时候，能够发出警报并自动地停止
25、含油污水排放的设备；在公约的第 4 条中规定：船舶设备的状况应得到维护，使它们能够符合 MARPOL73/78 公约的各项规定，进而保证该船舶在各个方面保持适宜出海航行而不会对海洋的环境产生危害与威胁；根据MARPOL73/78 公约的附则第 4 条的规定，对船舶的任何部分进行检验以后，非经主管机关许可，经过检验的结构、设备、系统、附件、布置等均不得改变。除非直接替换此类设备和附件。2.2 重力分离原理由于水、油的相对密度不一样，在系统达到平衡时，成分一定的水油混合物在一定的温度和压力下，会形成具有一定比例的水、油相。相对较轻的成分处于层流状态的时候，本科生毕业论文4较重成分油滴根据 Stok
26、es 公式具有的运动规律沉降，重力式分离装置即是依据这一个基本原理来进行设计的。修正过的 Stokes（斯托克斯） 公式可以用来表征水油分离特性，即（2-1） 23oogr式中: 上浮速度或液滴沉降， m/s; 分散相液滴半径， m; w分散相密度，kg /m; o连续相密度，kg /m 3 ; w分散相运动黏度，m 2 /s; o连续相运动黏度，m2 /s。由 Stokes 公式知道，水油的密度差与沉降速度成正比，与油水中水分半径平方是成正比的，与油黏度成反比。经过增大水分的密度，扩大油水的密度差，并减小油液黏度可以提高沉降分离速度，从而提高分离效率。2.3 重力油水分离技术的发展重力分离法
27、是一种简便且基本的物理去油方法，而且其具有无二次污染，不消耗药剂，维护运行费用低等优点，这么多年来一直都是国内外学者的热点研究，下面将着重介绍重力水油分离技术的发展历程。（1） API 型油水分离装置（平流式隔油装置）API 型油水分离装置是由API（American Petroleum Institute） 研发出来的设备。在结构方面，为了回收污水上漂浮的油增加了回转式集油管，剩余装置与平流式沉淀设备完全相同。当前这种类型的装置在国内的钢铁企业中应用较多。API隔油池所占地面面积大，维护容易、构造简单、使用比较方便，除油效率可以达到6070，可去除的最小油滴粒径在100150 um之间。其缺
28、点是所占地面积大。（2） PPI 型油水分离池PPI 型油水分离池（也叫平行板式隔油装置，Parallel Plate Interceptor），是由Shell（壳牌）石油公司在1950 年研发出来的斜板式的油水分离池。是将较多的倾斜平行板安置在平流式隔油池内的水流方向，不仅能增加有效的分离面积，而且也能提高整流效果。斜板之间的距离为100 mm，倾角是45。油在斜板内被分离后，会沿着斜板下面上升，之后被收集到捕油的顶盖内，之后从顶盖的一端溢流管流出，进而回收污水中的油珠。这种设备可以去除粒径大于80 um 的油珠。（3） CPI 型油水分离池CPI （Coagulated Plate Int
29、erceptor） 是一种波纹斜板式隔油装置，是由壳牌（Shell） 石油公司研发出来的一种刹板式水油分离池。与PPI 型油水分离设备一样，这也是一种刹板式分离设备。只是斜板的形状是波纹板而不是平板。因为斜板的间距在2040 mm之间，因此可以增大每单位容积分离面积。来设计分离大于60 um 的油珠。其优点是油水分离效果好，停留时间短（一般不超过30 min），占地面积小。继平流式隔油池之后，以上所提到的几种重力式分离设备，都是将重力分离与聚结技术相结合，并且随着油水分离装置的发展，重力分离与聚结技术将逐渐紧密地得到结合，从而把除油效率很大的提高了。但是在实际的应用中出现了一些问题，如聚结材料
30、的耐腐蚀耐老化、亲油疏水性和经济性不能得到同时兼顾，分离装置内部水力条件仍然不理想等现象。在往后的日子中，通过减小板间的距离，而提高板式分离设备分离精度，选择合适本科生毕业论文5的板材来强化板式除油装置的除油过程，完善装置内部的流动特性，是我们优化和改进现有处理技术所应考虑到的。2.4 重力分离与聚结技术的结合重力分离法对于浮油和机械乳化分散于水中的油珠分离具有较强的适用性，但是，对于含有表面活性剂的含油污水，由于油珠在水中有极其稳定的分散状态，重力对它产生不了多大的影响，因此进行分离处理的时候不要选用重力法。重力法是去除油污水中浮油、分散油的一种传统的方法，利用水和油密度差的重力分离过程在工
31、业中有着很经济的前景，并且国内外几十年的经验表明，这种方法处理的效果是比较显著的。重力分离法经过几十年来的不断完善，已取得了相当骄人的成绩，而经过重力分离结合聚结技术，除油效率得到了很大的提高，成为了当今船用油水分离领域的研究热点。2.5常见油水分离器的组成及原理根据MARPOL73/78公约的规定，凡400总吨及以上的任何船舶应安装有油水分离装置，10000总吨及以上的任何船舶还应装有经主管机关批准的滤油设备以及当排出物的含油量超过15ppm时能发出报警并自动停止含油混合物排放的装置。机舱油水分离器主要组成部分是滤油设备、油分计（包括报警器和记录器）和自动停止装置，它们的工作原理如下:2.5.1滤油设备工作原理滤油设备的主要作用是将油分从含油污水中分离出来，其分离原理主要有以下几种：重力分离法、聚结分离法、吸附法以及过滤法等。目前船用滤油设备绝大多数采用重力分离法，再加上聚结或过滤或吸附等组合方式，以 CYF-B 型滤油设备为例，该系统采用重力分离与聚结分离相结合的方法。
