容器组合式油水旋流分离器的结构设计与三维实体模拟毕业设计论文.doc

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1、密密 级级公公 开开 学学 号号070403 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文） 容器组合式油水旋流分离器容器组合式油水旋流分离器 的结构设计与三维实体模拟的结构设计与三维实体模拟 北京石油化工学院 学位论文电子版授权使用协议 论文 容器组合式油水旋流分离器的结构设计与三维实体模拟 系本人在 北京石油化工学院学习期间创作完成的作品，并已通过论文答辩。 本人系作品的唯一作者，即著作权人。现本人同意将本作品收录于“北京石 油化工学院学位论文全文数据库”。本人承诺：已提交的学位论文电子版与印刷 版论文的内容一致，如因不同而引起学术声誉上的损失由本人自负。 本人完全同意本作品在校园网上提供论文目

2、录检索、文摘浏览以及全文部分 浏览服务。公开级学位论文全文电子版允许读者在校园网上浏览并下载全文。 注：本协议书对于“非公开学位论文”在保密期限过后同样适用。 院系名称： 机械工程学院 作者签名： 学 号： 070403 2011 年 5 月 27 日 容器组合式油水旋流分离器的结构设计与三维实体模拟 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的 指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注 和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果， 也

3、不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过 的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中 作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文） 的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本； 学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与 阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名： 日 期： 容器组合式油水旋流分离器的结构设计与三维

4、实体模拟 学位学位论论文原文原创创性声明性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究 所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识 到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位学位论论文版文版权权使用授使用授权书权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文 的全部或部分内容编

5、入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 容器组合式油水旋流分离器的结构设计与三维实体模拟 北北 京京 石石 油油 化化 工工 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 （ （论论 文）任文）任 务务 书书 学院（系） 机械工程学院机械工程学院 专业 环境工程环境工程 班级 环环 07-207-2 学生姓名 指导教师/职称 陈进富陈进富/ /教授、陈家庆教授、陈家庆/ / 教授教授 1.毕业设计（论文）题目 容器组合式油水旋流分离器的结构设计与三维实体模拟容器组合式油水旋流

6、分离器的结构设计与三维实体模拟 2.任务起止日期： 20112011 年 2 2 月 2121 日 至 20112011 年 6 6 月 0707 日 3.毕业设计（论文）的主要内容与要求（含原始数据及应提交的成果） (1)(1) 题目简介与主要内容题目简介与主要内容 将水力旋流器应用于液液分离是二十世纪八十年代出现的新技术，具有常规液液分 离技术所不可比拟的一系列优点，目前主要应用于石油工业上游行业采油污水的处理，而其 在石油化工、医药、市政环保等行业的潜在应用正在引起越来越多的关注。由于单根水力旋 流管的处理能力有限，因此工程实际中往往将多根水力旋流管并联组合并以类似管壳式换热 器的方式组

7、装。为了完成含油污水在所有旋流管之间的有效分配以及各旋流管顶部溢流口和 底流口液体的有效收集。西方发达国家的设备制造商如美国 Cooper Cameron、英国 Cyclotech Ltd 等都先后提出了各具自主知识产权的结构设计方案，国内无论是在单根水力旋流管的结构 设计上，还是在组合式结构设计方案上，都是跟踪国外。本题目将在查阅大量文献资料的基 础上，了解各种典型的油-水分离单元处理技术，收集国内外目前所用各种类型单体旋流管的 结构与尺寸，能进行类比设计；以 Cyclotech 公司的 B20 系列脱油型水力旋流器为切入点，掌 握其结构设计过程中的全部技术细节，借鉴管壳式换热器等压力容器设

8、计方面的相关知识， 完成其结构设计所包含的全部工作内容。 (2)(2) 原始数据原始数据 处理量：50m3/h；入口含油量：100200mg/L；外排净化水中的含油量100m 的浮 油和 10100m 的分散油形式存在，另外 10%主要是 0.110m 的乳化油， 1500mm 时，最大间隙3mm，全部焊 缝腰高均等于 0.8 倍较薄板厚度。垫板与容器壳体采用间断焊。 鞍座在下列条件应设置加强垫板： （1）设备壳体的计算壁厚小于或等于 3mm； （2）设备外壳用高合金钢制造，配以碳钢支座； （3）设备壳体与支座间的温度差大于 200； （4）设备壳体需要焊后热处理，应设置加强垫板，且加强垫板需

9、在热处理前 焊上； （5）壳体鞍座处的最大轴向应力大于。1.25 tb 因为本设计中的容器设备壳体的计算壁厚小于 3mm，所以需要设置加强垫板。 容器组合式油水旋流分离器的结构设计与三维实体模拟 43 根据JB/T47121992中要求 DN1500mm4000mm 直径范围的卧式容器设置 了 150o包角的鞍座。这是考虑到大直径薄壁容器，由于在其载荷相对较大而壁厚 相对较薄的情况下，使用 120o包角的鞍座，会在鞍座边角处产生较高的应力。如 增加容器壁厚将会导致设备设计不经济。但增加包角可以降低该处应力而不增加 筒体壁厚，使得设备设计相对经济合理。 本设计中鞍座的结构简图及其主要的尺寸如图

10、3-5-1 和表 3-9 所示。 图图 3-5-1 鞍式支座结构示意图鞍式支座结构示意图 表表 3-9 鞍式支座尺寸参数表鞍式支座尺寸参数表 单位：单位：mm 底板腹板公称直 径 DN 载荷 (KN) 鞍座 高度 h 质量 （Kg） 螺栓间 距 2 l 1 l 1 b 1 2 1700845250208104014602001612 筋板垫板 3 l 2 b 3 b 3 弧长 4 b 4 e 增加质 量/m 355170230122430430109020 3.6 辅助零件的选择 3.6.1 隔板的设计 容器组合式油水旋流分离器的结构设计与三维实体模拟 44 参考过程设备设计中管壳式换热器结构

11、：把实际的管板简化为承受均布 载荷、放置在弹性基础上且受管孔均匀削弱的当量圆平板。本设计中的容器结构 类似于浮头式换热器，其两块隔板通过旋流管管束相连，与壳体无关，因而隔板 和管束组成一个静不定系统，壳体为静定系统。薄管板主要载荷由管壁与壳壁的 温度差决定，流体压力引起的应力与挠度相对来说是不大的。 一般在中、低压力条件下薄板的厚度可从表 3-10 中直接查出得到。 表表 3-10 薄板管的厚度参数薄板管的厚度参数 单位：单位：mm 公称直径300-400500-600700-800900-12001400-1800 管板厚度810121416 结合本设计，压力容器设备公称直径 DN=1700

12、mm，因此管板厚度设定为 16mm。 3.6.2 管法兰设计 管法兰是借助连接螺栓压紧垫片，使垫片在螺栓压紧力的作用下发生塑性或 弹性变形以填塞法兰压紧面的缝隙而达到密封的目的。从设计的角度分析，法兰 必须与连接的有关零件（螺栓及垫片）联系起来进行整体考虑。 本设计采用板式平焊法兰，板式平焊法兰由于其取材方便，在化工容器上得 到广泛使用，但板式平焊法兰的刚性较差，在螺栓力作用下，法兰变形而引起密 封面的转角会导致密封面泄漏。因此，板式平焊法兰仅适用于公称压力 的凸面密封面形式。1.0PNMPa 管法兰公称直径是管子的名义直径。本设计的各个开孔处接管直径及法兰的 选取见表 3-11。 表表 3-

13、11 管法兰参数表管法兰参数表 单位：单位：mm 管子法兰 公称 直径 外径外径 螺孔中心 圆直径 连接凸起 部分直径 连接凸 起部分 高度 法兰 厚度 螺栓 孔径 螺栓 数目 404513010080316144 150159260225200330188 3.6.3 吊耳的设计 参考HGT 21574-2008化工设备吊耳及工程技术要求，卧式容器一般采用 容器组合式油水旋流分离器的结构设计与三维实体模拟 45 HP 型卧式容器吊耳，该类型吊耳吊重范围在 110t，使用的直径范围在 300mm2100mm 内，本设计符合上述条件，因此采用 HP 型顶部板式吊耳，其结 构简图如图 3-6-1

14、所示。 图图 3-6-1 HP 型吊耳结构简图型吊耳结构简图 相关参数如表 3-12 所示： 表表 3-12 HP 型吊耳结构参数表型吊耳结构参数表 单位：单位：mm 吊耳 型号 直径 范围 RLDS HP L 1 S HP-1300-21005014050141622016 HGT 21574-2008中对吊耳的强度规定如下：（1）所有吊耳本身都是按 1.65 的综合影响系数为 1.65；（2）由于吊耳处的局部应力属一次应力，故局部应 力的许用应力值取为 1.5 倍标准许用应力值；（3）吊耳板所用材质为 Q235A，吊 耳板厚度为 15mm，许用拉应力约为375MPa。 根据本设计实际情况估

15、算，有： 竖向载荷： (3-19)140000 V FN 横向载荷： (3-20) tan3080829 HV FFN 吊绳方向载荷： (3-21) /cos30161658 LV FFN 径向弯矩： (3-22) 80829 14011316060 H MFLN mm 容器组合式油水旋流分离器的结构设计与三维实体模拟 46 吊耳板吊索方向的最大拉应力： (3-23)/(2) 161658/(200 100) 2857.8 LL FRD SMPa 因此，满足要求。 L 3.6.4 视镜的选择 视镜是用来观察设备内部物料化学和物理变化过程情况的一种装备。视镜除 受工作压力外，还要承受高温、热应力

16、和化学腐蚀的作用。玻璃管视镜是工业管 道装置上主要附件之一，在石油、化工、医药、食品等工业生产装置的管道中， 视镜能随时观察管道中的液体、气体、蒸气等介质的流动及反应情况，起到监视 生产、避免生产过程中事故发生的作用24。 结合本设计的实际情况，选择玻璃管直通视镜 SG-ZT 型作为压力容器上的视 镜型号。直通视镜的结构如下图所示。 图图 3-6-2 玻璃管直通视镜玻璃管直通视镜 SG-ZT 型示意图型示意图 该零件主要的制造材料为碳钢，视窗材质为石英玻璃或纳钙玻璃，工作温度- 30-250，工作压力为 0.6MPa2.5MPa，允许急变温度60。 该型号直通视镜常见的尺寸规格见表 3-13。

17、 表表 3-13 直通视镜主要技术参数直通视镜主要技术参数 单位：单位：mm DN202540506580100125 L200260260320320360360440 H145189234278278308308364 3.6.5 容器压力表的选择 压力表是测量容器中介质压力的仪表，可以直接显示出容器内的压力值，使 容器组合式油水旋流分离器的结构设计与三维实体模拟 47 操作人员及时了解压力容器内部的压力情况，将压力控制在允许的范围内，防止 发生超压事故。 压力表的类型常见的有液柱式压力表、弹性元件式压力表、活塞式压力表和 电量式压力表四大类。目前，单弹簧式压力表广泛用于压力容器中。压力表

18、应安 装在便于观察，清洗，防止幅射热、冰冻或振动等不良的位置。压力表必须经过 校验，表盘刻度清晰并应用红线标明最高容许工作压力； 结合本设计的实际情况，本设计选择 YE-100B 系列膜盒压力表。其外形及结 构见图 3-6-3。膜盒压力表采用膜盒作为测量微小压力的敏感元件 。测量对铜 合金不起腐蚀作用、无爆炸危险气体的微压和负压，广泛应用于锅炉通风、气体 管道、燃烧装置等及其他类似设备上。 仪表垂直安装，工作环境温度-2555；相对湿度不大于 80%，并且周围空 气中不含有腐蚀仪表的有害气体。使用温度偏离 205时，其温度附加误差不 大于 0.04%/10。 图图 3-6-3 YE-100B

19、不锈钢盒压力表不锈钢盒压力表 3.7 泵的选择 容器组合式油水旋流分离器主要是依靠一定的压强来驱使介质运动完成油水 分离的过程。当地面压力不足以提供所需要压强的时候，就需要通过选择相应的 泵来提供所需压强。 3.7.1 参数的确定 工艺参数是泵选型的重要依据，应根据工艺流程和操作变化范围慎重确定， 容器组合式油水旋流分离器的结构设计与三维实体模拟 48 泵在工作中主要的参数有流量和扬程。 (1)流量 Q 的计算 流量是指工艺装置生产中，要求泵输送的介质量，工艺人员一般应给出正常 的最小和最大流量。泵参数表上往往只给出正常和额定流量。选泵时，要求额定 流量不小于装置的最大流量或者取正常流量的 1

20、.11.15 倍。本设计给定的流量为 ，即 3 50/mh （3-24）hmhmQQ e /55/501 . 11 . 1 33 (2)扬程 H 的计算 扬程是指工艺装置所需要的扬程值，也称计算扬程。一般要求泵的额定扬程 为装置所需扬程的 1.051.1 倍。 水泵扬程的作用是使水提升几何给水高度及克服管路的水头损失，即有： （3-25） wge hHH 式中， 理论扬程，m； e H 泵与旋流器之间的高度差，这里取； g HmHe1 克服管路的水头损失，m； w h 其中，整个管路的水头损失等于各管段的沿程水头损失和所有局部水头损 w h 失的总和。 （3-26） jfw hhh 式中， 沿

21、程阻力损失，这里取； f h3 f hm 局部阻力损失，m； j h （3-27）m g sQ g hj 3 2 22 1031 . 6 8 . 92 )075 . 0 /() 3600 50 ( 2 . 0 2 )/( 2 式中， 局部阻力损失系数，这里取；0.20 进入容器的进口速度，m/s； 流量，；Q 3 /mh 进口管道截面面积，m2。s 由上述结果可知： mhHH wge 41031 . 6 31 3 取 1.1 倍安全裕量可得： （3-28）mHH e 4 . 41 . 141 . 1 容器组合式油水旋流分离器的结构设计与三维实体模拟 49 3.7.2 泵的选型 在本设计中泵的主

22、要功能是将采油废水打入水力旋流器泵提供一个较大的压 力，使采油废水能够在压力的作用下在旋流管的切向入口处一个切向速度，进而 进入旋流管进行油水分离的过程。又因为油珠粒径的大小直接影响水力旋流器的 效能，为了防止油珠在泵内流动是被剪切破坏，所以本设计中需要选择一个低剪 切泵。 根据容器组合式油水旋流分离器的这些实际工作情况，本设计选择单螺杆泵 来作为传输动力的装置。单螺杆泵是转子式容积泵的一种，它是依靠螺杆与衬套 相互啮合在吸入腔和排出腔产生容积变化来输送液体的。它是一种内啮合的密闭 式螺杆泵，主要工作部件由具有双头螺旋空腔的衬套（定子）和在定子腔内与其 啮合的单头螺旋螺杆（转子）组成25。 单

23、螺杆泵由于结构和工作特性，与活塞泵离心泵、叶片泵、齿轮泵相比具有 下列诸多优点： （1）能输送高固体含量的介质； （2）流量均匀压力稳定，低转速时更为明显； （3）流量与泵的转速成正比，因而具有良好的变量调节性； （4）一泵多用可以输送不同粘度的介质； （5）泵的安装位置可以任意倾斜； （6）适合输送敏性物品和易受离心力等破坏的物品； （7）体积小，重量轻、噪声低，结构简单，维修方便。 表表 3-14 G 型单螺杆泵固定转速时的性能参数型单螺杆泵固定转速时的性能参数 型号 流量 3 /mh 转速 （r/min） 电机 功率 kw 扬程 （m） 进口 （m） 出口 （m） 允许颗 粒直径 （mm

24、 ） G70-14572011601501258 G70-24572018.51201501258 G85-165720156015015010 鉴于上述单螺杆泵的优点，本设计选择 G 型单螺杆泵，其外形见图 3-7-1，根 据表 3-14 中的数据选择 G85-1 型号的单螺杆泵，其流量为，扬程为 3 65/mh 容器组合式油水旋流分离器的结构设计与三维实体模拟 50 60m。固定转速时的性能参数见表 3-14。 图图 3-7-1 G 型单螺杆泵型单螺杆泵 3.8 焊缝探伤与压力测试 3.8.1 焊缝探伤 压力容器各受压部件的组装大多采用焊接方式，焊缝的接头和坡口的设计直 接影响到焊接的质量

25、与容器的安全，因此必须对容器焊接接头进行焊缝探伤。根 据标准，符合下列情况之一的压力容器对接接头的对接焊缝，必须进行全部射线 或超声波探伤： （1）GB150钢制压力容器中规定进行全部射线或超声波探伤的； （2）第三类压力容器； （3）设计压力大于等于 5MPa 的； （4）第二类压力容器中易燃介质的反应压力容器和储存压力容器； （5）设计压力大于等于 0.6MPa 的管壳式余热锅炉； （6）钛制压力容器； （7）设计选用焊缝系数为 1.0 的； （8）不需开设检查孔的； （9）公称直径大于等于 250mm 接管的对接焊接接头； （10）选用电渣焊的； （11）用户要求全部探伤的； （12）介

26、质为易燃或毒性程度为极度、高度、中度危害的、或采用气压试验 的、或设计压力大于等于 1.6MPa 的铝、铜制压力容器。 除以上规定以外的其他压力容器，其对接接头的对接焊缝应做局部探伤检查。 容器组合式油水旋流分离器的结构设计与三维实体模拟 51 探伤方法按规定，探伤检查部位由制造单位检验部门根据实际情况选定。检 查的长度不得少于各条焊缝长度的 20，且不小于 250mm。对所有的 T 型连接部 位，以及拼接封头（管板）的对接接头，必须进行射线探伤。经过局部射线探伤 或超声波探伤的焊接接头，若在探伤部位发现超标缺陷时，则应进行不少于该条 焊缝长度 10的补充探伤，如仍不合格，则应对该条焊缝全部探

27、伤26。 压力容器的对接接头进行全部或局部探伤，采用射线和超声波两种探伤方法 进行时，其质量要求，按各自标准均合格的，方可认为探伤合格。 （1）对接焊缝的射线探伤，应按 GB3323钢熔化焊对接接头射线照相和质 量分级的规定执行。全部射线探伤的压力容器对接焊缝级合格；局部射线探 伤的压力容器对接焊缝级合格，但不得有未焊透缺陷。 （2）对接接头的超声波探伤，应按 JB4730压力容器无损检测的规定执 行。 全部超声波探伤的压力容器对接焊缝级合格，局部超声波探伤的压力容器 对接焊缝级合格。 3.8.2 压力测试 除材料本身的缺陷外，容器在制造和使用过程中会产生各种缺陷。为考核缺 陷对压力容器的安全

28、性的影响，压力容器制造完毕后或定期检验时，都要进行压 力试验。压力试验包括耐压试验和气密性试验。耐压试验是指在超设计压力下进 行的液压（或气压）试验；气密性试验是指在等于或低于设计压力下进行的气压 试验。 在液压试验时，为防止材料发生低应力脆性破坏，液体温度不得低于容器壳 体材料的韧脆转变温度。一般来说，碳素钢、16MnR 和正火 15MnVR 钢容器液压 试验时，液体温度不得低于 5；其他低合金钢容器，液压试验时液体温度不得 低于 15。如果由于板厚等因素造成材料无延性转变温度升高，则需相应提高试 验液体温度。 容器组合式油水旋流分离器的结构设计与三维实体模拟 52 第四章 计算机辅助设计及

29、技术经济性分析 4.1 计算机辅助设计 随着计算机辅助软件的开发和普及，人们已经越来越多的应用计算机进行图 形、仿真、三维模拟等辅助设计。在本次设计中，利用 AutoCAD 软件对 B20 系 列的容器组合式水力旋流器装置的二维结构进行了详细的绘制。同时，利用 UG NX7.0 软件对设备进行三维实体模拟，使设备的结构更为清晰和直观。 4.1.1 AutoCAD 制图 AutoCAD 是目前使用最普遍的计算机辅助设计软件，诞生于 60 年代，是美 国麻省理工大学提出了交互式图形学的研究计划，CAD 即计算机辅助设计(CAD- Computer Aided Design) 是利用计算机及其图形设

30、备帮助设计人员进行设计工作。 在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项 工作。 在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定 最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机 的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为 工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快 速作出图形显示出来，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以 进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。CAD 能够减轻设计人员的劳动，缩短设计周期和提高设计质量。 本次设

31、计中对 B20 型系列脱油型水力旋流器装置绘制主要零件图和 0 号装配 图，通过这些绘制可把设备的平面结构清楚的展示出来。其中旋流管主要结构部 件如图 4-1-1 所示，装配图如图 4-1-2。 容器组合式油水旋流分离器的结构设计与三维实体模拟 53 （a）旋流管顶部 （b）旋流管接管 （c）旋流管管体 图图 4-1-1 旋流管各部分二维结构图旋流管各部分二维结构图 容器组合式油水旋流分离器的结构设计与三维实体模拟 54 图图 4-1-2 B20 系列脱油型水力旋流器二维装配图系列脱油型水力旋流器二维装配图 4.1.2 NX UG 制图三维实体模拟 UG（Unigraphics NX）是 Si

32、emens PLM Software 公司出品的一个产品工程解 决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。 Unigraphics NX 针对用户的虚拟产品设计和工艺设计的需求，提供了经过实践验 证的解决方案。 UG NX 开发于 1990 年 7 月，目前已发展成为领先的三维计算机辅助设计软 件之一。它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。它在诞生之初 主要基于工作站，但随着 PC 硬件的发展和个人用户的迅速增长，在 PC 上的应用 取得了迅猛的增长，目前已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。NX 为那 些培养创造性和产品技术革新的工业设计和风格提供了强有力

33、的解决方案。利用 NX 建模，工业设计师能够迅速地建立和改进复杂的产品形状，并且使用先进的 渲染和可视化工具来最大限度地满足设计概念的审美要求27。 本设计选用 UG NX 软件对设备尽行三维实体模拟，最终模拟效果如图 4-1-3 所示。 容器组合式油水旋流分离器的结构设计与三维实体模拟 55 图图 4-1-3 B20 系列除油型水力旋流器三维实体模拟效果系列除油型水力旋流器三维实体模拟效果 通过第三章的设计结构计算和零件的选择，作为三维实体的画图依据。通过 对设备进行三维实体模拟，可以更直观的表达了各个零件和部件之间的装配关系。 B20 系列除油型水力旋流器主体结构主要是由一个压力容器罐和若

34、干个单体 旋流管组成。为便于安装和拆卸，将压力容器罐拆分为两个结构单体，两端通过 法兰连接安装，如图 4-1-4 所示。 图图 4-1-4 压力容器的入流腔和底流腔压力容器的入流腔和底流腔 容器组合式油水旋流分离器的结构设计与三维实体模拟 56 单体水力旋流管是由旋流管主体、旋流管接管和旋流管顶部三个基本零件组 成。它们之间采用螺纹连接。在 UG 中，通过将三个零件进行一定关联的装配， 就可以使其成为完整的单体水力旋流管的三维实体结构，如图 4-1-5 所示。 （a）旋流管顶部； （b）旋流管接管 （c）旋流管主体； （d）旋流管单体 图图 4-1-5 单体水力旋流管结构实体单体水力旋流管结构

35、实体 压力容器设备在装配的过程中还需要螺栓和螺母进行各个部件的连接和安装， 筒体的安装还需要封头和隔板等零件的辅助配合，如图 4-1-6 所示。 容器组合式油水旋流分离器的结构设计与三维实体模拟 57 （a）连接螺栓； （b）螺母 （c）左隔板； （d）封头 图图 4-1-6 辅助零件的三维结构辅助零件的三维结构 设备实际装配过程如下：当所有零部件都加工完成、单体旋流管装配之后， 首先将入流腔和底流腔、隔板装配好，上紧两腔室之间的螺栓使右隔板在两者之 间固定；接着装配左隔板（溢流腔），注意在装配的过程中，两个隔板上的孔是 完全平行的；接着将旋流管单体水平的从左隔板插入到排水腔内，如图4-1-7

36、所示。 最后安装平板封头，上紧其与入口腔之间的螺栓。 容器组合式油水旋流分离器的结构设计与三维实体模拟 58 图图 4-1-7 旋流管单体的安装旋流管单体的安装 在该设备全部组装好之后，为了能够更清晰的看到零件之间的相对位置关系， 进一步应用UG软件将设备装配图演化为爆炸图，效果如图4-1-8所示。 图图 4-1-8 设备爆炸图设备爆炸图 容器组合式油水旋流分离器的结构设计与三维实体模拟 59 4.2 技术经济概算 4.2.1 材料费 根据压力容器与化工设备使用手册，碳素钢钢板和低合金钢钢板的基本 重量（实际就是钢的密度）一律按照计算。 2 7.85/()kgmmm （1）设备中共用到16Mn

37、R的成本 筒体的重量： （4-1）kgmmmmmmmkg78.7586018 . 3 7 . 1)/(85 . 7 2 平板封头的质量： （4-2）kgmm m mmmkg01.83747 2 7 . 1 )/(85 . 7 2 2 查市场售价压力容器专用板（16MnR）价格是 4500 元/t，考虑到毛坯预留量 圆筒用料按照所求的 1.5 倍计算，筒体花费 5121.8 元，平板封头花费 3766.6 元。 （2）设备中共用到 16Mn 的成本 由查阅相关参数表可得：DN=1700mm 的容器法兰质量为 402.8kg，DN=150mm 的管法兰质量为 5.54kg(共四个)，DN=40mm

38、 管法兰质量为 1.22kg。法兰的总质量为 426.18kg，法兰是 16Mn 锻件，材料售价为 4800 元/t， 则法兰共花费 2045.6 元。 （3）设备中共用到 Q235A 的成本 按接管的质量： (4-3) kgmmmkg39 . 8 )0025 . 0 10 . 0 04 . 0 45 . 4126 . 0 15 . 0 ()/(85 . 7 2 查得市场售价普通碳素钢（Q235A）价格为 4500 元/t，则接管花费 37.76 元。 鞍座质量为 208kg/个，需要花费 936 元。 （4）其他材料： 螺栓：本设计需要 M24 260 的螺栓 96 个，考虑到实际安装富裕量

39、，则需要 110 个，根据市场订价，螺栓 4500 元/千个，外加材料加工费用 2000 元，则共花 费 2495 元。 螺母：市场售价 0.5 元/个，共需要元。0.5 220110 镍基焊条：在实际焊接中要考虑多出的焊接和预留，预计花费 2000 元。 4.2.2 其他部件费用 容器组合式油水旋流分离器的结构设计与三维实体模拟 60 （1）液位计：500 元/个； （2）压力表：800 元/个； （3）玻璃管透视镜：800 元/个； （4）单螺杆泵：4000 元/台； （5）单体旋流管：500 元/根，共计 63500 元。 4.2.3 其他费用 （1）工人工资：2500 元/（人 月）

40、，共需要工人 10 名，共计 25000 元/(人 月)； （2）水、电等其他花费预计 8000 元/月； （3）厂房租金：5000 元/月。 4.2.4 经济预算结果 综上所述，经济预算结果如表 4-1 所示： 表表 4-1 预算结果预算结果 项目材料费部件和设备其他费用总计 费用（元）1651236960038000124113 容器组合式油水旋流分离器的结构设计与三维实体模拟 61 第五章 结论与建议 5.1 结论 本设计是在查阅大量国内外文献资料的基础上，收集目前所使用的各种类型 单体旋流管的结构与尺寸，以英国 Cyclotech 公司的 B20 系列脱油型水力旋流器 为原型并参考管壳

41、式换热器结构进行容器组合式油水旋流分离器的结构设计，本 文通过对设备结构的论证和分析，主要解决了以下几个问题： (1) 有限的容器内部空间内污水在各水力旋流管入口的分配问题； (2) 各水力旋流管溢流口液体的收集和外排等结构布局问题； (3) 单体旋流管的选型问题； (4) 压力容器设备的直径、壁厚、隔板、封板、法兰、鞍座等一系列所需元件 的结构设计、选择和强度校核问题。 B20 系列脱油型水力旋流器具有结构紧凑、维修方便、分离效率高等优点， 符合含油废水处理领域的发展要求，这些优势很适合国产化。本论文为国内一般 厂家自主设计研制容器组合式旋流分离器去除含油污水提供了一定的参考借鉴。 5.2

42、建议 由于时间关系，本次设计还存在着很多不足之处有待完善。由于对设备内部 结构细微之处的认识还不是很到位，以及英文专利文章中一些细节问题。因此， 在对设备内部结构的设计上存在着不足。在设计之初，为使自己能够更好地了解 内部结构巧妙的配合方式，在研读专利的同时，开始进行 UG NX 三维实体模拟， 以便更好地对其结构进行了解。 采油污水的处理问题既是石油工业上游行业经常面对的一个生产性问题，也 是一个重要的环保问题。对此，装置本身还有需要改进的地方，如果时间充分， 应通过虚拟的仿真软件以及 CFD(Computational Fluid Dynamics)软件对设备部件以 及水流状态进行模拟，找

43、到一个合理的参数，改善设备理论设计中不合理的地方。 这是未来的发展趋势，研究人员可以通过有针对性的控制某些参数来观察装置的 处理效率。这些参数包裹括旋流管结构选择、入流速度、入口压强等。在进一步 研究中，应把理论设计研究应用到实际实验中，便于开发生产出分离效率更高的 容器组合式油水旋流分离器。 容器组合式油水旋流分离器的结构设计与三维实体模拟 62 参考文献 1 程海鹰, 梁利平. 采油污水处理现状及其深度处理技术J. 工业水处理, 2003, 23(8)：58 2 陈雷, 南军, 祁佩时. 稠油废水深度处理的试验研究J. 中国给水排水, 1998, 14（5）： 1921 3 陈家庆. 石油

44、石化工业环保技术概论M. 北京: 北京石化出版社, 2005. 159209 4 袁惠新, 俞建峰, 蔡小华. 用旋流分离器处理含油污水的前景J. 炼油设计, 2000, 30(5): 4851 5 祝威. 采油废水处理方法与技术研究进展J. 环境工程, 2007, 25(5): 4043 6 吴伟立. 含有废水处理技术研究进展J. 大众科技, 2009, 12(1): 101103 7 刘敬敏, 刘广丽, 卢宇. 油田污水处理方法分析J. 油气田地面工程, 2010, 29(8): 6364 8 郑华辉. 旋流分离器在石油化工中的应用J. Equipment Manufacturing Te

45、chnology, 2008, 12(1): 180181 9 贺杰, 蒋明虎. 水力旋流器M. 北京: 石油工业出版社, 1995. 13 10 陈家庆, 桑义敏. 复合型动态水力旋流器的结构设计研究J. 北京石油化工学院报, 2005, 13(1): 2732 11 王尊策, 刘晓敏, 李枫等. 含油废水处理用动态水力旋流器构件设计研究J. 机械设计, 2003, 20(2): 1113 12 Kevin A. Juniel. Practical application of produced water treating technology for land-based injecti

46、on operationsC. NATCO Group, May, 2003 . 13 孙吉鹏, 童雄, 王成行. 国内外新型水力旋流器的发展与应用J. 矿山机械, 2009, 37(1): 107112 14 贺杰, 陈磊, 蒋明虎等. 组合式油田采出液预分离水力旋流器P. 中国专利, CN2348097Y, 1999. 11. 10 15 赵庆国, 张明贤. 水力旋流器分离技术M. 北京: 化学工业出版社, 2003. 261265 16 http:/ 17 孔惠, 陈家庆, 桑义敏. 含油废水旋流分离技术研究进展J. 北京石油化工学院报, 2004, 12(4): 611 18 庞学诗.

47、 水力旋流器技术与应用M. 北京: 中国石化出版社, 2011. 291294 19 郑津洋, 董其伍, 桑芝富. 过程设备设计M. 北京: 化学工业出版社, 2010. 253273 容器组合式油水旋流分离器的结构设计与三维实体模拟 63 20 Kevin J.O Brien, Pate A. Thompson, Gloucester, Stephen T. McCoy.Three Chamber Vessel For Hydrocyclone SeparatorP. United States Patent No.5194150, Mar. 16, 1993. 21 Kevin J.O B

48、rien, Pate A. Thompson,Gloucester,Stephen T. McCoy. Three Chamber Vessel For Hydrocyclone SeparatorP. United States Patent No.5336410, August 9, 1994. 22 Keith J.Girdler.Hydrocyclone Separator PackagingP. United States Patent NO.6918494B2, July 19, 2005. 23 国家质量技术监督局. GB150-1998. 钢制压力容器S. 北京: 中国标准出版社, 1998 24 陈偕中. 化工容器设计M.