容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與三維實體模擬

1、摘要目前，采油污水的處理問題已成為石油工業(yè)上游行業(yè)經(jīng)常面對的一個生產(chǎn)性問題。在眾多的采油污水單元處理技術(shù)中，基于水力旋流器的離心分離技術(shù)因其占地面積小、無運動部件而得到了廣泛應(yīng)用。由于單根水力旋流管的處理能力有限，因此工程實際中往往將多根水力旋流管并聯(lián)組合，壓力容器組合式結(jié)構(gòu)因其結(jié)構(gòu)緊湊、便于運輸安裝而被眾多用戶青睞。本設(shè)計將在查閱大量文獻資料的基礎(chǔ)上，了解國內(nèi)外各種典型的油-水分離單元處理的方法和技術(shù)。通過閱讀相應(yīng)的國外專利資料，收集目前所用的各種類型單體旋流管的結(jié)構(gòu)與尺寸及水力旋流器中單體旋流管的排布情況。以Cyclotech公司的B20系列脫油型水力旋流器結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，通過比較與分析，選出

2、最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，解決了有限空間內(nèi)污水在各水力旋流管入口的分配、各水力旋流管溢流口液體的收集和外排等結(jié)構(gòu)布局問題。參考管殼式換熱器的布管方式、管板設(shè)計等方面的知識，依據(jù)GB150-1998鋼制壓力容器，完成了設(shè)備的直徑、壁厚、隔板、封板、法蘭、鞍座等一系列所需元件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、選擇和強度校核；在此基礎(chǔ)之上，使用Auto CAD軟件繪制了設(shè)備裝配圖和主要零部件圖紙，并使用NX UG軟件進行三維實體模擬。整個論文的工作為了國內(nèi)一般廠家自主設(shè)計研制容器組合式旋流分離器去除含油污水提供了一定的參考借鑒。AbstractNowadays, produced water treatment has bec

3、ome a production problem which is often faced in the oil industry. Among the many units treatment technology of produced water, because of its small size and no moving parts,hydrocyclone separation has been used widely. As a single hydrocyclone tube capacity is limited, so management of multiple hyd

4、rocyclones have been arranged in parallel combinations in engineering practice.Pressure vessels attracted many users because of its modular structure,compact structure and easy transportation.The design will be access on the basis of large number of documents,understanding of typical oil - water sep

5、aration unit of processing methods and technologies.By reading the foreign patents currently, collected various types of single hydrocyclone tube structure and the size and hydrocyclone vortex tubes in the single arrangement. Make Cyclotech's B20seriesDeoilhydrocycloneas a starting point, the au

6、thor compared and analyzed the structure and selected a better structural design to solved the hydrocyclone wastewater inlet distribution within the limited space ,the structure problem of collected liquid of hydrocyclone overflow and outer. Learning from relevant knowledge of heat exchangerspiping

7、means and other sheet design,according to GB 150-1998 Steel Pressure Vessels,the author completed the equipment diameter,wall thickness,diaphragm,seal plates,flanges,saddles and a series of components required for the structural design,selected and made strength check. On the basis,the author comple

8、ted equipment assembly drawings and drawings of the main components by Auto CAD and use the NX UG to simulate three-dimensional solid simulation work and NX UG software.The paper work was a reference for design oil-water hydrocyclone separator of containers combined to remove oily water in general d

9、omestic manufacturers.Key words: produced water, hydrocyclones, structural design,physical simulation目錄第一章引言1.1 含油污水的處理背景及意義11.2 含油污水常規(guī)的處理方法和技術(shù)21.3 國內(nèi)外的壓力容器組合式除油設(shè)備101.4 本文的工作內(nèi)容14第二章水力旋流管結(jié)構(gòu)的選擇及設(shè)計方案的論證2.1 水力旋流管單體結(jié)構(gòu)選擇與設(shè)計152.2 管束與各腔室布局方案的論證19第三章結(jié)構(gòu)設(shè)計計算3.1 容器外殼內(nèi)徑及壁厚323.2 封頭設(shè)計353.3 壓力容器法蘭設(shè)計363.4 開孔及其補強393.

10、5 容器支座的設(shè)計413.6 輔助零件的選擇423.7 泵的選擇463.8 焊縫探傷與壓力測試49第四章計算機輔助設(shè)計及技術(shù)經(jīng)濟性分析4.1 計算機輔助設(shè)計514.2 技術(shù)經(jīng)濟概算58第五章結(jié)論與建議5.1 結(jié)論605.2 建議60參考文獻致謝聲明第一章引言1.1 含油污水的處理背景及意義含油污水常規(guī)的處理方法和技術(shù)1.3 國內(nèi)外的壓力容器組合式除油設(shè)備1.4 本文的工作內(nèi)容第二章水力旋流管結(jié)構(gòu)的選擇及設(shè)計方案的論證2.1 水力旋流管單體結(jié)構(gòu)選擇與設(shè)計20°角的短錐管加速，在經(jīng)1.5°角的長錐管分離，最后由長筒管延長分離時間、提高分離效果，完成全部分離過程18。(2-1)/

11、s。(2-2)管束與各腔室布局方案的論證圖2-2-13 B20系列脫油型水力旋流器結(jié)構(gòu)示意圖第三章結(jié)構(gòu)設(shè)計計算3.1 容器外殼內(nèi)徑及壁厚Di=t(n-1)+2b (3-1)式中，t管中心距離，mm；n壓力容器內(nèi)直徑上的管束中心線管數(shù)；b管束中心線上最外層的中心到殼體內(nèi)壁距離，mm。由公式可計算出Di=1666mm。按照GB/T90192001壓力容器公稱直徑，容器的公稱直徑按照表3-1規(guī)定，此公稱直徑所指的是容器筒體的內(nèi)徑尺寸。表3-1壓力容器公稱直徑(mm)30035040045050055060065070075080085090095010001100120013001400150016

12、00170018001900200021002200230024002500260027002800290030003100320033003400350036003700由上述計算，本設(shè)計選取外殼公稱直徑為1700mm。壓力容器常用的低合金鋼，包括專用鋼板16MnR、15CrMoR、16MnDR、15MnNiDR、9MnNiDR、07MnCrMoNbR、07MnCrMoNbDR；鋼管16Mn、09MnD；鍛件16Mn、20MnMo、16MnD、09MnNiD、。低合金鋼是一種低碳低合金鋼，合金元素含量較少（總量一般不超過3%），具有優(yōu)良的綜合力學性能，其強度、韌性、耐腐蝕性、低溫和高溫性能等

13、均優(yōu)于相同含碳量的碳素鋼。采用低合金鋼，不僅可以減小容器的厚度，減輕重量，節(jié)約鋼材，而且能解決大型壓力容器在制造、檢驗、運輸、安裝中因厚度太大所帶來的各種困難。根據(jù)本設(shè)備的實際工作情況，結(jié)合設(shè)計參數(shù)，選用筒體的材料為16MnR。16MnR是屈服點為340MPa級的壓力容器專用鋼板，也是中國壓力容器行業(yè)使用量最大的鋼板，它具有良好的綜合力學性能和制造工藝性能，主要用于制造中低壓壓力容器和多層高壓容器。另外，壓力容器內(nèi)部零件間焊接還需要焊條、焊絲、焊劑、電極和襯墊等焊接材料。一般應(yīng)根據(jù)待連接件的化學成分、力學性能、焊接性能，結(jié)合壓力容器的結(jié)構(gòu)特點和使用條件綜合考慮選用焊接材料，必要時還應(yīng)通過實驗確

14、定。根據(jù)前面的單體旋流管的設(shè)計計算，本設(shè)計選用的容器外殼公稱直徑為1700mm，筒體材料為16MnR。設(shè)計壓力為，內(nèi)壓圓筒的厚度：（3-2）式中，壓力容器筒體的內(nèi)直徑，mm；設(shè)計壓力，MPa；壓力容器的計算厚度，mm；設(shè)計溫度下的壓力容器筒體材料的許用應(yīng)力，MPa；焊縫系數(shù)；根據(jù)鋼制壓力容器GB150-1998，所選材料的各項參數(shù)指標如下表3-2和3-3所示，可以知道=170MPa，。表3-2 鋼制壓力容器的焊接接頭系數(shù)值焊接接頭形式無損檢測比例值雙面焊對接接頭和相當于雙面焊的全熔透對接接頭100%局部單面焊對接接頭（沿焊縫根部全長有緊貼基本金屬的墊板）100%局部式（3-2）所給出的厚度為計

15、算厚度，并未包括厚度附加量。設(shè)計時要考慮的厚度附加量C由鋼材的厚度負偏差C1和腐蝕裕量C2組成，即，不包括加工減薄量C3。腐蝕裕量主要是防止容器受壓元件均勻腐蝕、機械磨損而導致厚度削弱減薄。與腐蝕介質(zhì)直接接觸的筒體、封頭、接管等受壓元件，均應(yīng)考慮材料的腐蝕裕量。腐蝕裕量一般可根據(jù)鋼材在介質(zhì)中的均勻腐蝕速率和容器的設(shè)計壽命確定。在無特殊腐蝕情況下，對于碳素鋼和低合金鋼，C2不小于1mm；對于不銹鋼，當介質(zhì)的腐蝕性極微時，可取C2=0mm。表3-3 壓力容器用碳素鋼、低合金鋼鋼板指標鋼號剛板指標使用狀 態(tài)厚度（mm）常溫強度指標（MPa）以下溫度下的應(yīng)力（MPa）16MnRGB6654熱軋正火6-

16、1620100150200510345170取鋼板厚度負偏差C1=，腐蝕裕量C2=2mm，厚度附加量：（3-3）設(shè)計壁厚：（3-4）名義厚度：（3-5）有效厚度：（3-6）按照鋼材標準規(guī)格，名義厚度應(yīng)取圓整為6mm。沒有變化，故取名義厚度6mm。液壓試驗時，允許應(yīng)力：（3-7）式中，試驗溫度下的屈服點，由GB150-1989查得=345MPa。液壓試驗時，實驗壓力：（3-8）由式(3-9)所計算的有效厚度:壓力實驗中，一次薄膜應(yīng)力：（3-9）由計算結(jié)果可得所以應(yīng)力符合要求。3.2 封頭設(shè)計封頭為壓力容器的主要受壓元件，種類較多。主要分為：凸形封頭、錐殼、變徑段、平蓋及縮緊口等，其中凸形封頭包括

17、半球形封頭、橢圓形封頭、蝶形封頭和球冠形封頭。由于各種封頭形狀各異，制造和材料消耗不同，且封頭與筒體連接處有較為復雜的邊界條件，故有不同性質(zhì)的應(yīng)力存在。采用什么樣式的封頭要根據(jù)工藝條件的要求、制造的難易程度和材料的消耗等情況來決定。結(jié)合本設(shè)計，選擇平板封頭為最終設(shè)計方案。平板封頭是機械、化工設(shè)備常用的一種封頭。平板封頭的幾何形狀有圓形、橢圓形、長圓形、矩形和方形等，最常用的是圓形平板封頭。根據(jù)薄板理論，受均布載荷的平板，最大彎曲應(yīng)力與成正比，而薄殼的最大拉(壓)應(yīng)力與成正比。因此，在相同的和受載條件下，薄板的所需厚度要比薄殼大得多，即平板封頭要比凸形封頭厚得多。但是，由于平板封頭結(jié)構(gòu)簡單，制造

18、方便，在壓力不高，直徑較小的容器中，采用平板封頭比較經(jīng)濟簡便。而承壓設(shè)備的封頭一般不采用平板形，只是壓力容器的人孔、手孔以及在操作時需要用盲板封閉的地方，才用平板蓋。平板封頭結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，但其受力狀況較差，由于制造容易，在壓力不高的場合下很實用。另外，在高壓容器中，平板封頭用得較為普遍。這是因為高壓容器的封頭很厚，直徑又相對較小，凸形封頭的制造較為困難。因此本設(shè)計采用平板封頭。其結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖3-2-1螺栓連接平板封頭示意圖對于可拆卸的平板結(jié)構(gòu)封頭，通常都較厚，本設(shè)計中選擇的螺栓連接平板封頭采用窄面墊片，可按周邊簡支進行分析，其力學模型為：（1）均布內(nèi)壓載荷作用在周邊簡支的圓平板上；

19、（2）螺栓載荷作用在圓平板周邊的螺栓上；（3）墊片反作用力作用在圓平板的支撐面上23。由上述理論可以知道，絕對的固支平板，其結(jié)構(gòu)特征系數(shù)；絕對的簡支平板。實際圓平板的結(jié)構(gòu)特征系數(shù)在兩者之間。本設(shè)計中取。封頭厚度計算：（3-10）式中，封頭厚度，mm；P計算壓力，MPa；Di裝置內(nèi)徑，mm；許用應(yīng)力，MPa。取鋼板厚度負偏差，腐蝕裕量，則厚度附加量、設(shè)計壁厚、名義厚度可根據(jù)上述計算式（3-3）、（3-4）、（3-5）分別可得：厚度附加量：設(shè)計壁厚：名義厚度：因此，由前述外殼壁厚設(shè)計計算過程同理可得封頭的厚度為47mm。3.3 壓力容器法蘭設(shè)計3.3.1法蘭類型的選擇與尺寸確定法蘭連接由一對法蘭、

20、一個墊片及若干個螺栓螺母組成。墊片放在兩法蘭密封面之間，擰緊螺母后，墊片表面上的比壓達到一定數(shù)值后產(chǎn)生變形，并填滿密封面上凹凸不平處，使聯(lián)接嚴密不漏。法蘭連接是一種可拆連接。按所連接的部件可分為容器法蘭及管法；按結(jié)構(gòu)型式分，有整體法蘭、活套法蘭和螺紋法蘭。常見的整體法蘭有平焊法蘭及對焊法蘭。平焊法蘭的剛性較差，適用于壓力p4MPa的場合；對焊法蘭又稱高頸法蘭，剛性較大，適用于壓力溫度較高的場合。就法蘭的承載能力而言，法蘭有3種類型，即甲型平焊法蘭、乙型平焊法蘭和長頸對焊法蘭。甲型平焊法蘭主要適用于壓力等級較低和筒體直徑較小的范圍內(nèi)。本設(shè)計由于其工作壓力不高，故可選用乙型平焊法蘭，乙型平焊法蘭主

21、要用于公稱壓力為。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖3-3-1。根據(jù)壓力容器筒體的公稱直徑查表3-4和表3-5確定法蘭各結(jié)構(gòu)參數(shù)。圖3-3-1平焊法蘭結(jié)構(gòu)圖表3-4 平焊法蘭尺寸（）公稱直徑DN/mm法蘭/mm螺柱DD1D2D3D4規(guī)格數(shù)量1700186018151776175617537827M2448表3-5平焊法蘭質(zhì)量尺寸（PN=0. 6MPa）公稱直徑DN/mm法蘭質(zhì)量/Kg平面凸面凹面17003.3.2墊片的選擇墊片是密封結(jié)構(gòu)中的重要元件，其變形能力和回彈能力是形成密封的必要條件。變形能力大的密封墊易填滿壓緊面上的間隙，并使預緊力不致太大；回彈能力大的密封墊，能適應(yīng)操作壓力和溫度的波動。又因為墊片是與介

22、質(zhì)直接接觸的，所以還應(yīng)具有能適應(yīng)介質(zhì)的溫度、壓力和腐蝕等性能。法蘭密封可使用的墊片如表3-6所示。容器法蘭的墊片設(shè)計根據(jù)標準JB/T4704-2000選取設(shè)計。（1）片材料以及密封面形式：根據(jù)設(shè)計條件，本設(shè)計采用耐油石棉橡膠板墊片，厚度密封面形式采用平面。（2）墊片參數(shù)：墊片系數(shù)，比壓力y=11MPa，公稱壓力，墊片內(nèi)徑d=1705mm，墊片外徑D=1755mm，墊片寬度N=25mm。表3-6 密封墊片的選配種類允許使用的壓力和溫度可使用的法蘭形式可使用的密封面形式密封表面粗糙度配用的緊固件耐油橡膠墊片PNt200各種形式實面、凹凸面、榫槽面、全平面密紋水線或六角螺栓雙頭螺栓全螺紋螺栓（3）墊

23、片有效密封寬度：(3-11)(3-12)(4)墊片壓緊力作用中心圓直徑：墊片接觸外徑2b=1737（mm） (3-13)3.3.3螺栓的計算（1）螺栓載荷計算：預緊時螺栓載荷：預緊狀態(tài)下，需要的最小螺栓載荷等于保證墊片初始密封所需的壓緊力。(3-14)操作時螺栓載荷：操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷，由兩部分組成：介質(zhì)產(chǎn)生的軸向力和保持墊片密封所需要的墊片壓緊力。(3-15)式中，墊片有效密封寬度，mm；比壓力，MPa；墊片系數(shù)；墊片壓緊力作用中心圓直徑，mm。(2) 螺栓總面積預緊時所需螺栓總面積： (3-16)操作時所需螺栓總面積： (3-17)式中，常溫下螺栓需用應(yīng)力,MPa；設(shè)計溫度下螺栓

24、需用應(yīng)力,MPa。螺栓材料選擇40MnB，查表可知和均為196MPa。又因為，所以需要的螺栓截面積取兩者中較大值。即。（3）螺栓數(shù)量n與螺栓直徑 (3-18)由前面計算取值，則計算出。因此，螺栓的個數(shù)和規(guī)格滿足設(shè)計需求。3.4 開孔及其補強由于各種工藝和結(jié)構(gòu)上的要求，不可避免地要在容器上開孔并安裝接管。開孔以后，除了削弱器壁的強度外，在殼體和接管的連接處，因結(jié)構(gòu)的連續(xù)性被破壞，會產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，給容器的安全操作帶來隱患，因此壓力容器設(shè)計必須充分考慮開孔的補強問題。3.4.1容器的管路開孔由于殼體上開孔越大，應(yīng)立集中系數(shù)越大，因此對殼體上開孔的最大直徑必須加以限制，其數(shù)值如下：（1）圓筒：當

25、其內(nèi)徑Di1500mm時，開孔最大值徑dDi/2，且d200mm；當其內(nèi)徑Di1500mm時，開孔最大值徑dDi/3，且d1000mm；（2）凸形封頭或球殼開孔最大直徑dDi/2；（3）椎形封頭的開孔最大直徑dDi/3，Di為開孔中心處的錐殼內(nèi)直徑。為避免開孔引起更高的應(yīng)力集中，GB150規(guī)定開孔的形狀僅限于圓孔和長短軸之比2的橢圓孔或長圓孔。具體開孔范圍，如表3-7所示：表3-7使用開孔范圍容器類型內(nèi)直徑Di/mm開孔最大直徑d/mm圓筒Di1500mmdDi/3，且d1000mm根據(jù)上述要求結(jié)合設(shè)計參數(shù)確定連接各個管口的容積開孔公稱直徑見表3-8所示：表3-8容器各項管路直徑設(shè)計參數(shù)表管路

26、直徑（mm）管路直徑（mm）進水管150視鏡65出水管150預留口2120排油管40安全閥603.4.2檢查孔設(shè)計為了檢查壓力容器在使用過程中是否有裂紋、變形、腐蝕等缺陷產(chǎn)生，殼體上必須開設(shè)檢查孔。檢查孔包括人孔和手孔，檢查開孔設(shè)位置應(yīng)便于觀察或清理容器內(nèi)部。壓力容器上開設(shè)的檢查孔最小數(shù)量和最小尺寸應(yīng)符合有關(guān)規(guī)范要求。但容器若符合下列條件之一，則可不必開設(shè)檢查孔：（1）同體內(nèi)徑小于等于300mm的壓力容器；（2）容器上開設(shè)可拆卸的封頭、蓋板或其他能夠開關(guān)的蓋子，其封頭、蓋板或蓋子的尺寸不小于規(guī)定檢查孔的尺寸；（3）無腐蝕或輕微腐蝕，無需做內(nèi)部檢查和清理的壓力容器；（4）制冷裝置用壓力容器；（5

27、）換熱器。因為本設(shè)計中的壓力容器有一端可拆同時內(nèi)部液體無腐蝕滿足上述（2）、（3）條要求可以不開設(shè)檢查孔。3.4.3開孔補強由于各種工藝和結(jié)構(gòu)上的要求，不可避免的要在容器上開孔并安裝接管。開孔以后，除削弱器壁的強度外，在殼體和接管的連接處，因結(jié)構(gòu)的連續(xù)性被破壞，會產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，給容器的安全操作帶來隱患，因此壓力容器設(shè)計必須充分考慮開孔的補強問題。壓力容器常常存在各種強度裕量，列如接管和殼體實際厚度往往大于強度需要的厚度；接管根部有填角焊縫；焊接接頭系數(shù)小于1但開孔位置不在焊縫上。這些因素相當于對殼體進行了局部加強，降低了薄膜應(yīng)力從而也降低了開孔處的最大應(yīng)力。因此對于滿足一定能條件的開孔接

28、管，可以不予補強。結(jié)合本設(shè)計的情況，殼體本身理論計算厚度與最小厚度的差異而存在的裕量，可以確定，本設(shè)計的開孔可不另行補強。3.5 容器支座的設(shè)計支座是用來支承容器及設(shè)備重量，并使其固定在某一位置的壓力容器附件。在某些場合還受到風載荷、地震載荷等動載荷的作用。壓力容器支座的結(jié)構(gòu)形式很多，根據(jù)容器自身的安裝形式，支座可以分為兩大類：立式容器支座和臥式容器支座。本設(shè)計中Cyclotech公司B20系列脫油型容器組合式水力旋流器多采用臥式容器支座。臥式容器支座主要有鞍座、圓座及支腿三種形式。常見的大型臥式儲罐、換熱器等多采用鞍座，鞍座是應(yīng)用最為廣泛的一種臥式容器支座。為了保證筒體各向應(yīng)力分布良好，要求

29、鞍座墊板與容器應(yīng)貼合良好，當DN1500mm時，最大間隙2mm；當DN>1500mm時，最大間隙3mm，全部焊縫腰高均等于倍較薄板厚度。墊板與容器殼體采用間斷焊。鞍座在下列條件應(yīng)設(shè)置加強墊板：（1）設(shè)備殼體的計算壁厚小于或等于3mm；（2）設(shè)備外殼用高合金鋼制造，配以碳鋼支座；（3）設(shè)備殼體與支座間的溫度差大于200；（4）設(shè)備殼體需要焊后熱處理，應(yīng)設(shè)置加強墊板，且加強墊板需在熱處理前焊上；（5）殼體鞍座處的最大軸向應(yīng)力大于。因為本設(shè)計中的容器設(shè)備殼體的計算壁厚小于3mm，所以需要設(shè)置加強墊板。根據(jù)JB/T47121992中要求DN1500mm4000mm直徑范圍的臥式容器設(shè)置了150o

30、包角的鞍座。這是考慮到大直徑薄壁容器，由于在其載荷相對較大而壁厚相對較薄的情況下，使用120o包角的鞍座，會在鞍座邊角處產(chǎn)生較高的應(yīng)力。如增加容器壁厚將會導致設(shè)備設(shè)計不經(jīng)濟。但增加包角可以降低該處應(yīng)力而不增加筒體壁厚，使得設(shè)備設(shè)計相對經(jīng)濟合理。本設(shè)計中鞍座的結(jié)構(gòu)簡圖及其主要的尺寸如圖3-5-1和表3-9所示。圖3-5-1鞍式支座結(jié)構(gòu)示意圖表3-9 鞍式支座尺寸參數(shù)表單位：mm公稱直徑DN載荷(KN)鞍座高度h質(zhì)量（Kg）螺栓間距底板腹板1700845250208104014602001612筋板墊板增加質(zhì)量/m弧長355170230122430430109020輔助零件的選擇3.6.1隔板的設(shè)

31、計參考過程設(shè)備設(shè)計中管殼式換熱器結(jié)構(gòu)：把實際的管板簡化為承受均布載荷、放置在彈性基礎(chǔ)上且受管孔均勻削弱的當量圓平板。本設(shè)計中的容器結(jié)構(gòu)類似于浮頭式換熱器，其兩塊隔板通過旋流管管束相連，與殼體無關(guān)，因而隔板和管束組成一個靜不定系統(tǒng)，殼體為靜定系統(tǒng)。薄管板主要載荷由管壁與殼壁的溫度差決定，流體壓力引起的應(yīng)力與撓度相對來說是不大的。一般在中、低壓力條件下薄板的厚度可從表3-10中直接查出得到。表3-10薄板管的厚度參數(shù)單位：mm公稱直徑300-400500-600700-800900-12001400-1800管板厚度810121416結(jié)合本設(shè)計，壓力容器設(shè)備公稱直徑DN=1700mm，因此管板厚度

32、設(shè)定為16mm。3.6.2管法蘭設(shè)計管法蘭是借助連接螺栓壓緊墊片，使墊片在螺栓壓緊力的作用下發(fā)生塑性或彈性變形以填塞法蘭壓緊面的縫隙而達到密封的目的。從設(shè)計的角度分析，法蘭必須與連接的有關(guān)零件（螺栓及墊片）聯(lián)系起來進行整體考慮。本設(shè)計采用板式平焊法蘭，板式平焊法蘭由于其取材方便，在化工容器上得到廣泛使用，但板式平焊法蘭的剛性較差，在螺栓力作用下，法蘭變形而引起密封面的轉(zhuǎn)角會導致密封面泄漏。因此，板式平焊法蘭僅適用于公稱壓力的凸面密封面形式。管法蘭公稱直徑是管子的名義直徑。本設(shè)計的各個開孔處接管直徑及法蘭的選取見表3-11。表3-11 管法蘭參數(shù)表單位：mm公稱直徑管子法蘭螺栓數(shù)目外徑外徑螺孔中

33、心圓直徑連接凸起部分直徑連接凸起部分高度法蘭厚度螺栓孔徑4045130100803161441501592602252003301883.6.3 吊耳的設(shè)計參考HGT 21574-2008化工設(shè)備吊耳及工程技術(shù)要求，臥式容器一般采用HP型臥式容器吊耳，該類型吊耳吊重范圍在110t，使用的直徑范圍在300mm2100mm內(nèi)，本設(shè)計符合上述條件，因此采用HP型頂部板式吊耳，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖3-6-1所示。圖3-6-1 HP型吊耳結(jié)構(gòu)簡圖相關(guān)參數(shù)如表3-12所示：表3-12HP型吊耳結(jié)構(gòu)參數(shù)表單位：mm吊耳型號直徑范圍RLDSHP-1300-21005014050141622016HGT 21574-

34、2008中對吊耳的強度規(guī)定如下：（1）所有吊耳本身都是按的綜合影響系數(shù)為；（2）由于吊耳處的局部應(yīng)力屬一次應(yīng)力，故局部應(yīng)力的許用應(yīng)力值取為倍標準許用應(yīng)力值；（3）吊耳板所用材質(zhì)為Q235A，吊耳板厚度為15mm，許用拉應(yīng)力約為375MPa。根據(jù)本設(shè)計實際情況估算，有：豎向載荷：(3-19)橫向載荷：(3-20)吊繩方向載荷：(3-21)徑向彎矩：(3-22)吊耳板吊索方向的最大拉應(yīng)力：(3-23)因此，滿足要求。3.6.4視鏡的選擇視鏡是用來觀察設(shè)備內(nèi)部物料化學和物理變化過程情況的一種裝備。視鏡除受工作壓力外，還要承受高溫、熱應(yīng)力和化學腐蝕的作用。玻璃管視鏡是工業(yè)管道裝置上主要附件之一，在石油

35、、化工、醫(yī)藥、食品等工業(yè)生產(chǎn)裝置的管道中，視鏡能隨時觀察管道中的液體、氣體、蒸氣等介質(zhì)的流動及反應(yīng)情況，起到監(jiān)視生產(chǎn)、避免生產(chǎn)過程中事故發(fā)生的作用24。結(jié)合本設(shè)計的實際情況，選擇玻璃管直通視鏡SG-ZT型作為壓力容器上的視鏡型號。直通視鏡的結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖3-6-2玻璃管直通視鏡SG-ZT型示意圖該零件主要的制造材料為碳鋼，視窗材質(zhì)為石英玻璃或納鈣玻璃，工作溫度-30-250，工作壓力為，允許急變溫度<60。該型號直通視鏡常見的尺寸規(guī)格見表3-13。表3-13直通視鏡主要技術(shù)參數(shù)單位：mmDN202540506580100125L200260260320320360360440H145

36、1892342782783083083643.6.5容器壓力表的選擇壓力表是測量容器中介質(zhì)壓力的儀表，可以直接顯示出容器內(nèi)的壓力值，使操作人員及時了解壓力容器內(nèi)部的壓力情況，將壓力控制在允許的范圍內(nèi)，防止發(fā)生超壓事故。壓力表的類型常見的有液柱式壓力表、彈性元件式壓力表、活塞式壓力表和電量式壓力表四大類。目前，單彈簧式壓力表廣泛用于壓力容器中。壓力表應(yīng)安裝在便于觀察，清洗，防止幅射熱、冰凍或振動等不良的位置。壓力表必須經(jīng)過校驗，表盤刻度清晰并應(yīng)用紅線標明最高容許工作壓力；結(jié)合本設(shè)計的實際情況，本設(shè)計選擇YE-100B系列膜盒壓力表。其外形及結(jié)構(gòu)見圖3-6-3。膜盒壓力表采用膜盒作為測量微小壓力的

37、敏感元件。測量對銅合金不起腐蝕作用、無爆炸危險氣體的微壓和負壓，廣泛應(yīng)用于鍋爐通風、氣體管道、燃燒裝置等及其他類似設(shè)備上。儀表垂直安裝，工作環(huán)境溫度-2555；相對濕度不大于80%，并且周圍空氣中不含有腐蝕儀表的有害氣體。使用溫度偏離20±5時，其溫度附加誤差不大于0.04%/10。圖3-6-3 YE-100B不銹鋼盒壓力表泵的選擇容器組合式油水旋流分離器主要是依靠一定的壓強來驅(qū)使介質(zhì)運動完成油水分離的過程。當?shù)孛鎵毫Σ蛔阋蕴峁┧枰獕簭姷臅r候，就需要通過選擇相應(yīng)的泵來提供所需壓強。參數(shù)的確定工藝參數(shù)是泵選型的重要依據(jù)，應(yīng)根據(jù)工藝流程和操作變化范圍慎重確定，泵在工作中主要的參數(shù)有流量

38、和揚程。(1)流量Q的計算流量是指工藝裝置生產(chǎn)中，要求泵輸送的介質(zhì)量，工藝人員一般應(yīng)給出正常的最小和最大流量。泵參數(shù)表上往往只給出正常和額定流量。選泵時，要求額定流量不小于裝置的最大流量或者取正常流量的倍。本設(shè)計給定的流量為，即（3-24）(2)揚程H的計算揚程是指工藝裝置所需要的揚程值，也稱計算揚程。一般要求泵的額定揚程為裝置所需揚程的1.051.1倍。水泵揚程的作用是使水提升幾何給水高度及克服管路的水頭損失，即有：（3-25）式中，理論揚程，m；泵與旋流器之間的高度差，這里取；克服管路的水頭損失，m；其中，整個管路的水頭損失等于各管段的沿程水頭損失和所有局部水頭損失的總和。（3-26）式中

39、，沿程阻力損失，這里取；局部阻力損失，m；（3-27）式中，局部阻力損失系數(shù)，這里??；進入容器的進口速度，m/s；流量，；進口管道截面面積，m2。由上述結(jié)果可知：取倍安全裕量可得：（3-28）泵的選型在本設(shè)計中泵的主要功能是將采油廢水打入水力旋流器泵提供一個較大的壓力，使采油廢水能夠在壓力的作用下在旋流管的切向入口處一個切向速度，進而進入旋流管進行油水分離的過程。又因為油珠粒徑的大小直接影響水力旋流器的效能，為了防止油珠在泵內(nèi)流動是被剪切破壞，所以本設(shè)計中需要選擇一個低剪切泵。根據(jù)容器組合式油水旋流分離器的這些實際工作情況，本設(shè)計選擇單螺桿泵來作為傳輸動力的裝置。單螺桿泵是轉(zhuǎn)子式容積泵的一種，

40、它是依靠螺桿與襯套相互嚙合在吸入腔和排出腔產(chǎn)生容積變化來輸送液體的。它是一種內(nèi)嚙合的密閉式螺桿泵，主要工作部件由具有雙頭螺旋空腔的襯套（定子）和在定子腔內(nèi)與其嚙合的單頭螺旋螺桿（轉(zhuǎn)子）組成25。單螺桿泵由于結(jié)構(gòu)和工作特性，與活塞泵離心泵、葉片泵、齒輪泵相比具有下列諸多優(yōu)點：（1）能輸送高固體含量的介質(zhì)；（2）流量均勻壓力穩(wěn)定，低轉(zhuǎn)速時更為明顯；（3）流量與泵的轉(zhuǎn)速成正比，因而具有良好的變量調(diào)節(jié)性；（4）一泵多用可以輸送不同粘度的介質(zhì)；（5）泵的安裝位置可以任意傾斜；（6）適合輸送敏性物品和易受離心力等破壞的物品；（7）體積小，重量輕、噪聲低，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。表3-14 G型單螺桿泵固定轉(zhuǎn)速

41、時的性能參數(shù)型號流量轉(zhuǎn)速（r/min）電機功率kw揚程（m）進口（m）出口（m）允許顆粒直徑（mm）G70-14572011601501258G70-2457201201501258G85-165720156015015010鑒于上述單螺桿泵的優(yōu)點，本設(shè)計選擇G型單螺桿泵，其外形見圖3-7-1，根據(jù)表3-14中的數(shù)據(jù)選擇G85-1型號的單螺桿泵，其流量為，揚程為60m。固定轉(zhuǎn)速時的性能參數(shù)見表3-14。圖3-7-1 G型單螺桿泵焊縫探傷與壓力測試 焊縫探傷壓力容器各受壓部件的組裝大多采用焊接方式，焊縫的接頭和坡口的設(shè)計直接影響到焊接的質(zhì)量與容器的安全，因此必須對容器焊接接頭進行焊縫探傷。根據(jù)標

42、準，符合下列情況之一的壓力容器對接接頭的對接焊縫，必須進行全部射線或超聲波探傷：（1）GB150鋼制壓力容器中規(guī)定進行全部射線或超聲波探傷的；（2）第三類壓力容器；（3）設(shè)計壓力大于等于5MPa的；（4）第二類壓力容器中易燃介質(zhì)的反應(yīng)壓力容器和儲存壓力容器；（5）設(shè)計壓力大于等于的管殼式余熱鍋爐；（6）鈦制壓力容器；（7）設(shè)計選用焊縫系數(shù)為的；（8）不需開設(shè)檢查孔的；（9）公稱直徑大于等于250mm接管的對接焊接接頭；（10）選用電渣焊的；（11）用戶要求全部探傷的；（12）介質(zhì)為易燃或毒性程度為極度、高度、中度危害的、或采用氣壓試驗的、或設(shè)計壓力大于等于的鋁、銅制壓力容器。除以上規(guī)定以外的其

43、他壓力容器，其對接接頭的對接焊縫應(yīng)做局部探傷檢查。探傷方法按規(guī)定，探傷檢查部位由制造單位檢驗部門根據(jù)實際情況選定。檢查的長度不得少于各條焊縫長度的20，且不小于250mm。對所有的T型連接部位，以及拼接封頭（管板）的對接接頭，必須進行射線探傷。經(jīng)過局部射線探傷或超聲波探傷的焊接接頭，若在探傷部位發(fā)現(xiàn)超標缺陷時，則應(yīng)進行不少于該條焊縫長度10的補充探傷，如仍不合格，則應(yīng)對該條焊縫全部探傷26。壓力容器的對接接頭進行全部或局部探傷，采用射線和超聲波兩種探傷方法進行時，其質(zhì)量要求，按各自標準均合格的，方可認為探傷合格。（1）對接焊縫的射線探傷，應(yīng)按GB3323鋼熔化焊對接接頭射線照相和質(zhì)量分級的規(guī)定

44、執(zhí)行。全部射線探傷的壓力容器對接焊縫級合格；局部射線探傷的壓力容器對接焊縫級合格，但不得有未焊透缺陷。（2）對接接頭的超聲波探傷，應(yīng)按JB4730壓力容器無損檢測的規(guī)定執(zhí)行。全部超聲波探傷的壓力容器對接焊縫級合格，局部超聲波探傷的壓力容器對接焊縫級合格。3.壓力測試除材料本身的缺陷外，容器在制造和使用過程中會產(chǎn)生各種缺陷。為考核缺陷對壓力容器的安全性的影響，壓力容器制造完畢后或定期檢驗時，都要進行壓力試驗。壓力試驗包括耐壓試驗和氣密性試驗。耐壓試驗是指在超設(shè)計壓力下進行的液壓（或氣壓）試驗；氣密性試驗是指在等于或低于設(shè)計壓力下進行的氣壓試驗。在液壓試驗時，為防止材料發(fā)生低應(yīng)力脆性破壞，液體溫度

45、不得低于容器殼體材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。一般來說，碳素鋼、16MnR和正火15MnVR鋼容器液壓試驗時，液體溫度不得低于5；其他低合金鋼容器，液壓試驗時液體溫度不得低于15。如果由于板厚等因素造成材料無延性轉(zhuǎn)變溫度升高，則需相應(yīng)提高試驗液體溫度。第四章計算機輔助設(shè)計及技術(shù)經(jīng)濟性分析計算機輔助設(shè)計4.1.1 AutoCAD制圖NX UG制圖三維實體模擬技術(shù)經(jīng)濟概算材料費4.2.2其他部件費用4.2.3其他費用4.2.4經(jīng)濟預算結(jié)果第五章結(jié)論與建議5.1 結(jié)論本設(shè)計是在查閱大量國內(nèi)外文獻資料的基礎(chǔ)上，收集目前所使用的各種類型單體旋流管的結(jié)構(gòu)與尺寸，以英國Cyclotech公司的B20系列脫油型水力旋流

46、器為原型并參考管殼式換熱器結(jié)構(gòu)進行容器組合式油水旋流分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，本文通過對設(shè)備結(jié)構(gòu)的論證和分析，主要解決了以下幾個問題：(1) 有限的容器內(nèi)部空間內(nèi)污水在各水力旋流管入口的分配問題；(2) 各水力旋流管溢流口液體的收集和外排等結(jié)構(gòu)布局問題；(3)單體旋流管的選型問題；(4)壓力容器設(shè)備的直徑、壁厚、隔板、封板、法蘭、鞍座等一系列所需元件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、選擇和強度校核問題。B20系列脫油型水力旋流器具有結(jié)構(gòu)緊湊、維修方便、分離效率高等優(yōu)點，符合含油廢水處理領(lǐng)域的發(fā)展要求，這些優(yōu)勢很適合國產(chǎn)化。本論文為國內(nèi)一般廠家自主設(shè)計研制容器組合式旋流分離器去除含油污水提供了一定的參考借鑒。5.2 建議參考

47、文獻1 程海鷹,梁利平.采油污水處理現(xiàn)狀及其深度處理技術(shù)J.工業(yè)水處理,2003,23(8)：582 陳雷,南軍,祁佩時.稠油廢水深度處理的試驗研究J.中國給水排水,1998,14（5）：19213 陳家慶.石油石化工業(yè)環(huán)保技術(shù)概論M.北京: 北京石化出版社,2005.1592094 袁惠新,俞建峰,蔡小華.用旋流分離器處理含油污水的前景J.煉油設(shè)計,2000,30(5): 48515 祝威.采油廢水處理方法與技術(shù)研究進展J.環(huán)境工程,2007,25(5): 40436 吳偉立.含有廢水處理技術(shù)研究進展J.大眾科技,2009,12(1): 1011037 劉敬敏,劉廣麗,盧宇.油田污水處理方法分析J.油氣田地面工程,2010,29(8): 63648鄭華輝.旋流分離器在石油化工中的應(yīng)用J.Equipment Manufacturing Technology,2008,12(1):1801819 賀杰,蔣明虎.水力旋流器M.北京: 石油工業(yè)出版社,1995.1310 陳家慶,桑義敏.復合型動態(tài)水力旋流器的結(jié)構(gòu)設(shè)計研究J.北京石油化工學院報,2005,13(1): 273211 王尊策,劉曉敏,李楓等.含油廢