流砂过滤器设计.docx

流砂过滤器设计.docx

《流砂过滤器设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《流砂过滤器设计.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

流砂过滤器设计

流砂过滤器

油田水务公司含油污水应用技术项目部

1流砂过滤器设计说明书

1.1滤料粒径1

1.2滤层高度1

1.3

滤速1

1.5压缩空气气压、气量对出水水质的影响2

...一，、[5]

1.6反冲洗水量确定2

2.流砂过滤器设计计算书2

2.1流砂过滤器选择2

2.2循环流砂过滤器主体尺寸计算3

2.2.1砂滤器直径和截面积计算3

2.2.2流砂过滤器高度计算3

2.3进、出水管线、反洗出水管线及环空流道设计及计算9.......

2.3.1进、出水管线及反洗出水管线设计9

2.3.2提砂管及环空流道设计10

2.4布水器设计计算11

2.4.1干管1.1

2.4.2支管1.1

2.4.3布水孔设计及计算12

2.5空压机及气管线设计计算14k

2.5.1空压机选择14

2.5.2

14

气管线设计

3材料表1.6

4设备表1.7.

5图2氏1.7

1.7

6参考文献

1流砂过滤器设计说明书

已知条件：

来水流量Q=1m3/h,来水含油w100mg/L,含悬浮物W100mg/L,处理后由水含有w20mg/L,含悬浮物w20mg/L[1]。

1.1滤料粒径

滤料粒径对连续式砂滤器的处理效果有重要影响，连续式砂滤

器一般采用单一粒径的石英砂滤料。

根据相关文献[2],处理含油废水

及含有易粘结物质的原水时，通常使用有效直径为1.2mm、均质系

数为1.4的均质石英砂。

1.2滤层高度

砂层过低会导致一些微絮体及与滤料结合力较弱的物质不能被砂层截留，随由水流由；砂层过高易形成沙锥，堵住洗沙器的由砂口，反应器的砂冲洗不完全，后期由水SS浓度偏高。

为达到有效的

过滤高度，滤床厚度可取0.8-1.4m。

[1]本设计选择0.8mo

1.3滤速

根据相关文献[2][3],建议循环连续式砂滤器的过滤速度小于

12m/h。

本设计选择滤速v=8m/h。

1.4砂循环速率

指石英砂滤料在过滤器单位时间的下移距离，单位是mm/min。

这对于滤层的清洁及稳定工作至关重要。

相关研究表明[4],砂循环速

率在2-4mm/min时，过滤由水水质稳定。

1.5压缩空气气压、气量对由水水质的影响

当压缩空气压力在0.3-0.5MPa时，保证提砂管的气水比为9-11

时，砂滤器可以处于一种稳定的运行状态，滤料得到有效的清洗，反冲洗水量合理，处理由水水质较好[3]o

1.6反冲洗水量确定[5]

相关研究结论，冲洗水量是提砂量的1.5-2倍，滤料的清洗效

果较好。

为保证过滤效果及装置运行的经济性，在满足对滤料有效清洗的条件下，冲洗水的流量应在过滤水量的5%-10%

根据相关研究数据标明，空气压力为0.3MPa时，空气量为0.48m3/h,提砂水量为0.052m3/h,,气水比为9.2;故此实验选择空气压力为0.3MPa,空气量为0.48m3/h,提砂水量为0058m3/h。

2.流砂过滤器设计计算书

2.1流砂过滤器选择

外循环式砂滤器简化了部结构，增大了过滤面积，便于检查和维修，提砂管不易堵塞。

但耗费能量较大。

本设计采取循环式砂滤器。

2.2循环流砂过滤器主体尺寸计算

2.2.1砂滤器直径和截面积计算

丹Q/A（2-1）

式中：

v:

滤速，m/h,v=8m/h;

Q:

设计流量，m3/h,Q=1m3/h;

A:

滤罐横截面积，m2o

2

则A=Q/尸1/8=0.125m

又A=0.785①2（2-2）

2.

①=A/0.785

①=0.399m

圆整后取①=0.4m

由以上计算得，设计的流砂过滤器的直径①=400mmo

2.2.2流砂过滤器高度计算

高度石油各部分的高度值和来确定的，从结构上看，砂滤器由支腿、下封头、上封头和罐体这四部分组成[6]。

2.2.2.1下封头尺寸计算

根据《JB/T4746-2002钢制压力容器用封头》的规定以及本砂滤器

的设计要求，选择折边锥形封头CHB,由砂滤器直径①二400mm可

3

CHB型封头总局度为Hi=250mm,容积V=0.0145m。

根据相关又

献网，砂滤器的锥壳半顶角应小于60°,本设计选择锥壳半顶角灯45°

封头与罐体采用法兰螺栓连接方式，便于部检修。

见下图2-1o

图2-1CHB折边锥形封头

Di=DN=400mm

r=0.15DN=60mm

h=40mm

H=250mm

H=265mm

a=45°

8=3mm,与罐体壁厚相同

2.2.2.2

支腿的高度计算

根据《JB/T4713-1992腿式支座》的规定以及本砂滤器的设计

要求，得知砂滤器的支腿最大支撑高度为800mm,本设计选择

H2=500mm。

选择A型腿式支座，设置3个支腿，呈1200布置。

具体尺寸见图2-2o支腿的上端应与砂滤器罐体的下封头斜边中间位置焊接。

图2-2A型腿式支座

H2=940

底板边长B=103

盖板边长1=160

垫板长度Ac=140地脚螺栓孔径db=24

地脚螺栓规格M20

地脚螺栓中心圆参数D=362，直径Db=D+2

2.2.2.3上封盖的设计计算

为便于检维修及场地情况，上封头采取平板封盖，顶上有开孔,

与罐体采用螺栓连接。

平板封头的厚度要比罐体的壁厚大一些，定为比壁厚大3mm。

其最小厚度6min主要是

根据《GB150-1998钢

（2-3）

砂滤器为压力容器，材料选择Q235A-F,考虑工艺要求和运输安装过程中的刚度要求，制压力容器》压圆通压力容器的计算壁厚公式：

P①

np

式中：

P:

计算压力，MPa,P=0.6Mpa;

①：

圆筒直径，mm;

MPa,[]t=113MPa;

[]t:

设计温度下圆筒材料的需用压力，

:

焊接接头系数，对热套圆筒取=1.0;

S:

圆筒的计算厚度，mm。

P①0,6400

——;=1.065mm

2[]tP21131-0.6

腐蚀裕量n1mm。

此处选择该砂滤器的腐蚀裕量为C=1mm。

则设计厚度6d=8+Ci=1.065+1=2.065mm

考虑材料的负偏差后，取设计厚度6d=3mm。

由此可得，上封盖的厚度H3=8d+3=6mm。

2.2.2.4砂滤器的罐体高度计算

罐体的高度由其部的各部分高度确定。

砂滤器的部由空气提升泵、布水器、滤床、洗砂器、洗砂由水口、进水口、滤液由口等部分组成。

2.2.2.4.1导砂器

导砂器为圆锥结构，起到均匀布砂的作用，底面与砂滤器罐体

底部之间有着一定的距离，该距离为200mm为宜。

结合砂滤器直

径，定导砂器底面直径为①i=280mm。

结构见图

H4=h+200=280mm。

图2-3导砂器

则此部分高度

2.224.2滤床高度计算

滤料选择石英砂，滤料层为单层，石英砂粒径为0.5-1.2mm,

根据相关文献，滤层高度一般是粒径的700-900倍，故本设计选择

滤床高度H5=800mm。

2.224.3洗砂器设计及计算

在滤床的上面有滤料反洗膨胀层，该高度一般为滤料层的1/2

故此部分高度H6=400mm,此部分设有洗砂器和砂水分离器，砂水分离器位于洗砂器上方，上面与顶盖留由一部分距离，以保证顶部空气提砂管与滤后由水不互相影响，定为留由H7=50mm的高度。

其中洗砂器高度H8=300mm,直径DNi=80,在洗砂器部由交叉的薄板焊接而成，材料选择不锈钢，薄板宽度为21mm,向下倾斜45见图2-4。

图2-4洗砂器

2.224.4砂水分离器（洗砂槽）设计及计算

洗砂槽的直径DN2=200mm,高度H8=100mm,洗砂槽处理过的废水经过一个反洗堰由反洗由水管流由，反洗堰为一个底面为边

长L=60mm的形的长方体，处理水从洗砂槽经过高为60mm的滤网

流由反洗堰，然后从反洗由水管排由。

见图2-5。

图2-5砂水分离器

流砂过滤器高度：

H=H2+H3+h4+h5+h6+H7=500+6+280+800+400+50=2036mm

为了保护砂滤器的正常运行，滤床的高度应相对高由其设计高度，所以可以加高砂滤器的罐体高度，最后确定砂滤器总高度H=2200mm。

所以，设计的循环流砂过滤器的直径①=400mm,高H=2200mm。

2.3进、由水管线、反洗由水管线及环空流道设计及计算

2.3.1进、由水管线及反洗由水管线设计

2.3.1.1进水管线

280mm处，根据流量Q=1

进水管线位于罐体侧面，距顶端

m3/h,查《给水排水设计手册第1册常用资料》，选择进水管线尺

寸为DN40o并在管线合适位置安装流量计、压力表等。

2.3.1.2滤后由水管线

与进水管线尺寸相同都为DN40，位于进水管线上方150mm处,与过滤由水堰连接，由水堰高度设为100mm,半圆弧形结构，宽度

为80mm。

2.3.1.3反洗由水管

选择反洗由水管尺寸为DN32,与罐顶相距216mm,与反洗由水堰连接，且与滤后由水管线相对布置。

2.3.2提砂管及环空流道设计

2.3.2.1提砂管设计

根据相关文献[12],提升装置管径与过滤器直径之比在1:

18-1:

25

之间时提砂效果最好。

本设计过滤器直径①=400mm,所以提砂管的直径D=16-22mm，此处选择D=20mm。

即提砂管的直径D=20mmc长度根据实际进行选择，本设计选为1744mm。

2.3.2.2进水环空流道设计

进水量布满在进水环空流道，为了满足管道的流量和流速的设计。

应满足下式：

其中，提砂管直径D=20mm;进水管直径D进7K=40mm。

贝UD.4022024472mm

圆整后取Di=50mm。

即进水换空流道直径为50mm,长度根据实际选为

735mm。

2.4布水器设计计算

布水器是在一定的工作面积上按照一定规律布置水量，常见的布水器有喷头、穿孔管、旋转布水器。

本设计结合实际选择穿孔管布水器。

穿孔管布水器由干管、支管、布水孔组成[13],其中支管呈

十字形分布，以干管为中心放射状铺开，布水孔的孔径等大并沿筒体径向孔距逐渐减小。

2.4.1干管

干管流量即为进水管流量Q=1m3/ho

2.4.2支管

单个支管流量：

q=Q/4=1/4=0.25m3/h=6.9X10-5m3/s（2-5）

支管直径选择dz=20mm

支管的横截面积Sz=0.785dz2=0.000314m2

v=q/Sz=0.22m/s

（2-7）

2.4.3布水孔设计及计算

2.4.3.1布水孔相关计算

滤床的横截面直径①二400mm。

布水器中间环管直径为50mm。

则过滤总面积S0：

22、

（①D）222一一、

So---——0.785（4002502）123637.5mn2（2-8）

开孔率B：

支管布水孔的总面积与过滤总面积之比。

根据相关文献[14],B一般在0.2%-0.28%g者0.2%-0.25皴间，本设计选取B=0.24%。

布水孔的总面积Sb=BXS0=0.24%X123637.5mm2=296.73（2-9）

布水孔直径db=6mm

贝U单个布水孔面积Sbi=0.785Xdb2=28.26mm2（2-10）

由此可得：

布水孔总数N=Sb/Sb1=296.73/28.28=10.5=10个（2-11）

则每根支管布孔数n=N/4=2.5（2-12）

圆整后取n=3个。

2.4.3.2布水孔设置

假设污水在每个布水孔的速率相等，则每个孔的由水量相等，要使滤层横截面上布水均匀，那么每个布水孔所分配的滤层横截面的面积相等网。

也即第一圈布水孔与环形流道所含面积之差应与第二圈布水孔与第一圈布水孔所含面积之差相等，并等于第三圈布水孔与第二圈布水孔所含面积之差。

（2-13）

（2-14）

（2-15）

mm;

mm;

mm,D33=①=400mm;

Si=S0/3=123637.5/3=41212.5

22

S—（Dll-Di）

4

22

S1-（D22-Dii）

Dii：

第一圈布水孔所围成圆的直径,D22：

第二圈布水孔所围成圆的直径,D33：

第三圈布水孔所围成圆的直径,则可知：

Dii=234.52=234mm

D22=327.49=328mm

每个布水孔距离圆心的距离分别为：

dii=（Dii+Di）/4=（234+50）/4=71mm

d22=（D11+D22）/4=（234+328）/4=140.5=141mmd33=（8D22）/4=（400+328）/4=182mm

布水孔的具体位置见图2-6。

图2-6布水孔位置

在实际制作砂滤罐时，可以将布水孔数量适当增加以满足实验要求。

2.5空压机及气管线设计计算

2.5.1空压机选择

根据相关研究数据标明，空气压力为0.3MPa时，空气量为0.48

m3/h,提砂水量为0.052m3/h,,气水比为9.2;故此实验选择空气压力为0.3MPa,空气量为0.48m3/h,提砂水量为0058m3/h。

选择空压机压力围为0-1.0MPa,流量围为0-1m3/h。

2.5.2气管线设计

使用气嘴进行释放气体时易造成气嘴堵塞，本设计不使用气嘴，

直接将供气管线与提砂管连接，供气管线选择DN10,与提砂管纵向成300夹角安装，以防止空气在提砂管向下流动从而降低提砂效率。

厅p

名称

规格及型号

材料

数量

备注

1

进出水管线

DN40

不锈钢

20m

2

反冲洗出水管线

DN32

不锈钢

10m

3

钢板

Q235A-F,3mm厚

不锈钢

什

制作布砂器、罐

体、出水堰板、

砂水分离器等

4

钢板

Q235A-F,6mm厚

不锈钢

制作平板封头

5

环空流道管线

DN50

不锈钢

2m

6

提砂管

DN20

无缝钢管

3m

7

法兰

DN40

18

进出水管线及流

量计连接

8

法兰

DN32

9

发冲洗出水管线

及流量计连接

9

法兰

DN400

4个

上下封头与罐体

连接

10

转子流量计

DN40

2块

11

转子流量计

DN32

1块

12

压力表

4块

13

气体流星计

1块

14

900弯头

DN40

2个

15

900弯头

DN32

1个

16

1200弯头

DN10

1个

连接气管线

17

阀门

DN40

5个

18

阀门

DN32

3个

19

快开阀门

DN20

1个

罐底部放空用

20

取样阀

DN40

6个

罐体安装4个，

进出水各一个

21

取样阀

DN32

1个

反冲洗出水取样

用。

22

角铁

63mmx63mmx

8mm

20m

制作支腿

23

温度计

3支

24

玻璃罐液位计及

连接阀门

1套

25

螺栓

M20X16

32套

厅P

名称

规格及型号

数量

备注

1

空压机

0-1.0MPa,0-1m3/h

1台

2

洗砂器

DN80X100mm

1套

3

布砂器

DN280,顶角1200

1个

5图纸

A3图纸

6参考文献

[1]吴浩.大型连续砂滤器[J].油气田地面工程，第31卷第4期，2012（4）:

74-75.

[2]英，魏宏斌，良才.《连续式砂滤器的研究进展及应用》[J].中国给水排水，第28卷，第8期，2012

年4月，28-30.

[3]吕炳南，志强.连续式砂滤器过滤技术试验研究[J].理工大学学报，第25卷，第5期，2001（10）:

538-542.

[4]志强，荣宏伟，吕岩松，吕炳南.滤池工作参数对连续式砂滤器处理效果的影响[J].工业大学学报，

2011,33（6）.

[5]金彪.污水处理厂深度处理中连续流砂滤池的设计探讨[J].给水排水，第38卷，第4期，2012:

45-47.

[6]《一种循环连续式砂滤器的结构设计》

[7]JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》

[8]阚琛.连续砂滤器的设计与研究[D].北京：

北京化工大学，2011.

[9JB4713-1992腿式支座

[10]GB150-1998《钢制压力容器》

[11]《给水排水设计手册第1册常用资料》

[12]何绪蕾.流砂过滤器应用研究[D].东营：

中国石油大学（华东），2008.

[13]盼盼.活性气浮砂滤器深度处理城镇污水的研究[D].广西：

广西大学，2012.

[14]冯永训.油田采出水处理设计手册[M].北京：

中国石化出版社，2013.