机舱油水分离器的研制毕业设计论文.docx

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机舱油水分离器的研制毕业设计论文

毕业设计（论文）

专业：

环境工程

题目：

机舱油水分离器的研制

毕业论文（设计）原创性声明

本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。

对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。

作者签名：

日期：

毕业论文（设计）授权使用说明

本论文（设计）作者完全了解**学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。

有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。

学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。

保密的论文（设计）在解密后适用本规定。

作者签名：

指导教师签名：

日期：

日期：

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

3）其它

安徽工程大学

本科生毕业设计（论文）任务书

2011届生物化学工程院

环境工程专业

学生姓名：

吴佳兵

Ⅰ毕业设计（论文）题目

中文：

机舱油水分离器的研制

英文：

Developmentofthecabinseparator

Ⅱ原始资料

本项目要求对船舶机舱油水分离器进行相关实验研究，主要适用于处理250000ppm以下的中等浓度的船舶含油污水，要求建立的实验模型，结构简单，耐用可靠，容易操作，拆装方便，价格经济。

经油水分离器装置处理后的排放水含油量要小于15mg/L。

我国政府颁布的《环境保护法》和《中华人民共和国防止沿海水域污染暂行规定》都作了相应的规定，船舶不准排放含油量超过15mg/L的含油污水。

同时MARPOL73/78公约规定，油船含油压载水经处理到含油量低于15mg/L定义为清洁压载水。

Ⅲ毕业设计（论文）任务内容

1.课题研究的意义：

船舶污染一直占海洋污染很大的比例，产生损害海洋生物资源、危害人体健康、妨碍渔业和其他海上经济活动、损害海水使用质量、破坏环境优美等有害影响,海洋生态系统平衡遭到破坏。

船舶向海中排放的污染物主要是油类。

随着航运业的发展，船舶的防污染问题越来越突出，船公司的安全运营问题日益重视，油水分离器是船舶的主要防污染设备，现有的船舶绝大多数是用油水分离器作为滤油设备，熟悉掌握油水分离器的原理与操作，并进一步完成与发展对油水分离器的研制开发，对防止船舶污染会起到非常重要的作用。

2.主要研究内容：

（1）通过对几种备选聚结材料表面性质的研究及油在材料表面形成的接触角的测定，开发出新型的聚结材料，并制作成波纹板组。

（2）为验证所开发的聚结材料的性能并将其应用于实践，设计制作波纹板油水分离器，并且在前人研究的基础上对其局部构件进行改进，提出一种优化的波纹板聚结油水分离器的设计方案。

（3）对该油水分离器进行小试规模的试验研究，并初步尝试该设备与其他含油废水处理方法联用的处理效果。

3.提交成果：

（1）毕业设计（论文）正文；

（2）至少一篇引用的外文文献及其译文；

（3）附不少于10篇主要参考文献的题录及摘要。

指导教师（签字）

教研室主任（签字）

批准日期

接受任务书日期2011.3.10

完成日期2011.6.10

接受任务书学生（签字）吴佳兵

摘要

本文针对含油废水中浮油、分散油的处理，将重力法与聚结技术相结合，设计制作了波纹板聚结油水分离器，并对其内部构件如入口构件、布液构件、聚结构件、集油构件及出口构件等进行了创造性的优化设计，改善了水力条件，强化了重力油水分离过程。

其中聚结构件的优化设计和聚结材料的表面改性是提高油水分离效果的关键，直接影响到设备的除油效率。

同时本文对该装置的运行参数进行了考察，试验表明：

板间流速宜控制在5m/h左右。

该设备对进水含油量的波动适应性强，当进水在30～200mg/L变化时，出水含油量只有较小变化，一般小于10mg/L。

水温对出水含油量有一定影响，即温度升高，设备除油率越高。

本文还将过滤、粗粒化、布气气浮三种方法分别与波纹板组聚结构件联合使用，并首次将薄板受迫振动应用于油水分离器。

试验结果表明，除布气气浮外，其他三组工艺都可使出水含油量小于5mg/L。

其中加设过滤组件的去除效果最好。

加设布气气浮后，因为破坏了分离器内所需的层流水力条件，而使分离效果变差。

加设振动与粗粒化效果相当，说明加设振动有较好的分离效果，并且不存在粗粒化材料的堵塞、吸附饱和等现象，具有非常广阔的应用前景。

关键词：

含油废水,油水分离,聚结,接触角,振动

Abstract

Thegravityandcoalescencetechniquesarecombinedinthisthesistodesignandconstructtheoil/waterseparator.Themaincomponentsoftheseparatoraremade

optimizationdesign.Thestructureandsurfacepropertiesofthecorrugatedplatesarecrucialtooilremovalefficiencyoftheseparator.

Theperformanceoftheoil/waterseparatorisstudiedbyexperiments.Thevelocityof

theflowbetweenplatesshouldbecontrolledat5m/h.Theseparatorhasthegoodadjustabilitytothefluctuatingoilcontentininfluent.Whentheoilcontentininfluentvariesfrom30to200mg/L,theoilcontentineffluentisgenerallylessthan10mg/L.Thetemperatureofwastewateraffectstheoilremovalefficiency.Thehigherthetemperatureofwastewateris,thebetterthequalityofeffluentis.

Thefiltration,coalescence,andfloatationarecombinedwiththecorrugatedplatesrespectivelyintheoil/waterseparator,sheetmetalcontactvibrationisoriginallyusedintheoil/waterseparatoraswellas.Theresultsindicatethat,exceptfloatation,thecontentofoilineffluentislessthan5mg/L.Theeffectofapplyingvibrationclosestousingcoalescence,withouttheproblemsofjamandadsorptionsaturation.Ithaspromisingapplicationforeground.

Keywords:

oilywastewater,oil/waterseparation,coalescing/crude,contactangle,vibration

图表清单

图1-1Performax板式聚结器的多层斜板截面图---------------------4-

图1-2CYF-B型油水滤油设备----------------------------------------5-

图1-3YNY-1型油分计----------------------------------------------6-

图2-1a,2-1b横向流和纵向流进水示意图系----------------------------9-

图2-2倾斜式波纹板组除油示意图------------------------------------9-

图2-3倾斜聚结波纹板油水分离器剖面图------------------------------10-

图2-4倾斜聚结波纹板油水分离器立面图-----------------------------10-

图2-5波纹板聚结油水分离器示意图--------------------------------12-

图3-1T型入口构件平面图----------------------------------------13-

图3-2组装波纹板的子母扣示意图------------------------------------15-

图4-1液体在固体表面上气、液、固三相上界面张力的平衡----------------16-

图4-2水银滴在玻璃上的接触角--------------------------------------17-

表4-1油、水分别与待选材料的接触角-------------------------------19-

图4-3,4-4,4-5,4-6油滴、水滴在镀锌板和A板上的接触角--------------19-

图4-7镀锌板试片和A板的极化曲线对比-----------------------------21-

图5-1试验系统流程图---------------------------------------------21-

图5-2含油量——吸光度标准曲线-----------------------------------22-

表5-1进、出水含油量随静置时间变化的数据-------------------------23-

图5-3a，5-3b进、出水的油珠粒径----------------------------------24-

图5-4板间流速对出水含油量及去除率的影响------------------------25-

图5-5进水含油量对去除率及出水含油量的影响----------------------26-

图5-6废水温度对出水含油量的影响--------------------------------27-

表5-2不同板组在相同板间流速下的处理效果比较---------------------28-

图5-7稳定运行进出水变化-----------------------------------------29-

表6-1纤维球规格------------------------------------------------29-

图6-1加设过滤组件后的处理效果-----------------------------------30-

图6-2加设粗粒化组件的处理效果-----------------------------------31-

图6-3加设布气气浮后的处理效果----------------------------------32-

图6-4加设振动时对含油废水的处理效果-----------------------------32-

引言

随着世界经济的飞速发展，国际贸易猛增，贸易量的大部分是由海运来承担。

船舶数量的增加，直接影响到海洋环境。

为防止船舶造成的海洋污染，国际防污公约及我国有关船舶防污染法规定：

凡150总吨及以上的油船和400总吨及以上的非油船，机舱必须设置油水分离装置和油分浓度报警器。

机舱含油污水经油水分离装置分离处理，使其油分浓度小于15ppm再排放入海，当大于15ppm时，油分浓度报警器发出警报，并自动关闭舷外排出阀或停止污水泵运转。

船舶向海中排放的污染物主要是油类。

油轮的逸油及各类引擎油、机械油及油脂等，特别是油轮洗舱的残渣及油水混合物、混有油类的压舱水、洗舱水等，都是船舶通常向海中排放的污染物。

船舶油污染是海洋环境污染的重要根源之一，其对海洋环境的威胁是巨大的，国际环境法学者亚历山大·基斯称海上石油运输“是可能对环境和人类健康造成最严重损害的两个领域”之一。

含油废水处理的难易程度随其来源及油污的状态和组成不同而有差异。

其处理方法按原理可分为物理法（沉降、机械、离心、粗粒化、过滤、膜分离等）；物理化学法（浮选、吸附、离子交换、电解等）；化学法（凝聚、酸化、盐析等）；生物化学法（活性污泥、生物滤池、氧化塘等）。

国内外常见的处理方法有：

重力分离法、聚结法（粗粒化法）、凝聚法、气浮法、电絮凝法、膜分离方法、水力旋流等。

含油废水的处理方法虽然较多，但各种方法都有其局限性，在实际应用中通常是几种方法联合分级使用，使出水水质达到排放标准。

多年来重力分离法作为一种基本而简便的物理除油方法，不消耗药剂，无二次污染，运行维护费用低，一直是国内外学者研究的热点，本文将重力法与聚结技术相结合，设计制作了波纹板聚结机舱油水分离器，并对分离器的内部构件如入口构件、布液构件、聚结构件、集油构件及出口构件等进行了创造性的优化设计，改善了水力条件，强化了重力油水分离过程。

第1章：

绪论

.1选题的依据和意义

.1.1选题的依据

辽阔的海洋占地球表面面积的71%，海洋与人类的关系甚为密切，生命起源于海洋，而多少世纪以来，人们一直把它视为倾倒垃圾废物的无底洞，又依赖它的取之不尽的雨水源。

但海洋本身是很脆弱的，自净能力有限。

当今，在人类科技迅猛发展时期，人类的开发从陆地延伸于海洋。

自本世纪五十年代以来，随着经济和科学技术的迅猛发展，海洋正逐步承受着不同程度的污染和破坏，人们的活动正在改变这海洋的性能，这个事实已引起了国际间的关注。

造成海洋环境污染的形式有多种多样，最为普遍的形式是陆源污染物排放，海洋资源开发勘探污染排放，船舶污染物排放及船舶事故造成污染。

这些直接和间接地把污染源引入海洋，已造成或可能造成损害生物资源和海洋生物、危害人类健康、妨碍捕鱼和海洋的其他正当用途在内的各种海洋活动。

船舶污染一直占海洋污染很大的比例，船舶污染是指因船舶操纵、海上事故及经由船舶进行海上倾倒致使各类有害物质进入海洋,产生损害海洋生物资源、危害人体健康、妨碍渔业和其他海上经济活动、损害海水使用质量、破坏环境优美等有害影响,海洋生态系统平衡遭到破坏。

船舶向海中排放的污染物主要是油类。

油轮的逸油及各类引擎油、机械油及油脂等，特别是油轮洗舱的残渣及油水混合物、混有油类的压舱水、洗舱水等，都是船舶通常向海中排放的污染物。

船舶油污染是海洋环境污染的重要根源之一，其对海洋环境的威胁是巨大的，国际环境法学者亚历山大•基斯称海上石油运输“是可能对环境和人类健康造成最严重损害的两个领域”之一。

油水分离器装置处理后的排放水含油量要小于15mg/L。

我国政府颁布的《环境保护法》和《中华人民共和国防止沿海水域污染暂行规定》都作了相应的规定，船舶不准排放含油量超过15mg/L的含油污水。

同时MARPOL73/78公约规定，油船含油压载水经处理到含油量低于15mg/L定义为清洁压载水。

.1.2选题的意义

船舶行驶时会排放大量的油而污染水域，含油污水对环境的污染主要表现在对生态系统和自然环境的严重影响。

流到自然水体中的可浮油，形成油膜后会阻碍大气复氧，断绝水体氧的来源；而水中的如花油和溶解油，由于需氧微生物的作用，在分解过程中消耗水中溶解氧，是水体形成缺氧状态，以致鱼类和水生物难以生存。

所以必须对船舶含油废水加以处理，达到标准后才能排放。

随着航运业的发展，船舶的防污染问题越来越突出，船公司的安全运营问题日益重视，油水分离器是船舶的主要防污染设备，现有的船舶绝大多数是用油水分离器作为滤油设备，熟悉掌握油水分离器的原理与操作，并进一步完成与发展对油水分离器的研制开发，对防止船舶污染会起到非常重要的作用。

.2机舱油水分离器在国内外的的研究现状

.2.1船舶含油废水的来源及水质特征

船舶含油废水包括油船的压载水、洗舱水和舱底水。

废水中不同形态的油有着不同的理化性质，在很大程度上决定了相应处理的选择。

通常油类在水中主要以五种状态分布。

（1）浮油：

这种油在水中分散颗粒较大，油粒径一般大于100um，静置后能较快上浮，以连续相的油膜漂浮在水面。

（2）分散油：

油在水中的分散粒径为10～100um，以微小油珠悬浮于水中，不稳定，静止一定时间后往往形成浮油。

（3）乳化油：

油珠粒径小于10um，一般为0.1～2um。

往往因水中含有表面活性剂使油珠形成稳定的乳化液。

乳化油的稳定性取决于废水的性质及油滴在水中分散度，分散度愈大愈稳定。

（4）溶解油：

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，粒径一般小于几微米。

（5）固体附着油：

吸附于废水中固体颗粒表面的油。

.2.2船舶含油废水处理技术

含油废水处理的难易程度随其来源及油污的状态和组成不同而有差异。

其处理方法按原理可分为物理法（沉降、机械、离心、粗粒化、过滤、膜分离等）；物理化学法（浮选、吸附、离子交换、电解等）；化学法（凝聚、酸化、盐析等）；生物化学法（活性污泥、生物滤池、氧化塘等）。

国内外常见的处理方法有：

重力分离法、聚结法（粗粒化法）、凝聚法、气浮法、电絮凝法、膜分离方法、水力旋流等。

含油废水的处理方法虽然较多，但各种方法都有其局限性，在实际应用中通常是几种方法联合分级使用，使出水水质达到排放标准。

多年来重力分离法作为一种基本而简便的物理除油方法，不消耗药剂，无二次污染，运行维护费用低，一直是国内外学者研究的热点，下面重点介绍重力油水分离技术的发展过程。

1）API型油水分离池（平流式隔油池）

API型油水分离池是由API（AmericanPetroleumInstitute）研制出来的装置。

在构造方面，为回收漂浮的油而增加了回转式集油管，其它则与平流式沉淀装置完全相同。

目前此类型装置在国内钢铁企业应用较多。

平流式隔油池占地面积大，构造简单，维护容易、使用较为方便，除油效率达60-70％，可除去的最小油滴粒径为100-150μm。

缺点是占地面积大。

2）PPI型油水分离池

所谓PPI型油水分离池（平行板式隔油装置，ParallelPlateInterceptor），是由壳牌（Shell）石油公司于1950年研制出来的斜板式油水分离池。

它是在平流式隔油池内沿水流方向安装数量较多的倾斜平行板，不仅增加有效分离面积，而且也提高了整流效果。

斜板间距为100mm，倾角为45°。

在斜板内被分离的油，沿着斜板的下面上升，而后收集到捕油顶盖内，再从顶盖一端的溢流管流出，从而回收原水中的油珠。

这种装置可去除大于80μm的油珠。

3）CPI型油水分离池

CPI（CoagulatedPlateInterceptor）为波纹斜板式隔油装置，也是由壳牌（Shell）石油公司研制出来的一种斜板式油水分离池。

和PPI型油水分离池一样，它也是一种斜板式分离装置。

但斜板的形状不是平板，而是波纹板。

而且，由于斜板的间距为20～40mm，所以可以使每单位容积的分离面积增大。

设计分离大于60μm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分钟），占地面积小。

4）CPS聚结板分离器

英国Fram公司于70年代初开发了先进的聚结板分离器（CoalescingPlateSeparator）其中的聚结元件为一叠V型板，聚结板由玻璃纤维制成，板上有放液孔，允许聚结油滴垂直穿过板。

该设备主要适合处理含油量在200-1000mg/L的污水，出口水质在50mg/L左右。

通过现场应用证明了其独特的优越性，使油水分离向前迈进了一大步。

5）Performax板式聚结器

到了80年代，美国C-ENATCO公司开发了商标为Performax的板式聚结器，这是一种错流设备。

其聚结部分是由多层斜板重叠而成（如图1-1），与单层板式聚结器相比，可大大提高分离效率，而且不易阻塞。

聚结部分可由不同材料制造，如聚丙烯、不锈钢和碳钢。

在相同的运行条件下，该装置的处理能力远远大于以往的分离器，成为油水分离向高效、小型化发展的关键技术。

图1-1Performax板式聚结器的多层斜板截面图

Fig.1-1InclinedplatesinPerformaxcoalescingseparator（sectionalview）

重力分离法主要适用于浮油和机械乳化分散于水中的油珠分离，重力分离法是去除水中浮油、分散油的传统方法，从工业实用的角度来看，利用水和油密度差的重力分离过程最为经济，并且国内外经验表明，这种方法处理的效果是较好的。

重力分离法经过几十年来的不断完善，以其无可比拟的优点在国内外已广泛应用，而重力分离与聚结技术相结合后，最大程度地提高了除油效率，成为当今油水分离领域的研究热点。

其中聚结材料的表面性质，是影响油水分离效率的重要因素。

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，并且随着油水分离设备的发展，两者结合得越来越紧密，从而大大地提高了除油效率。

但同时在应用中也存在一些问题，如不能同时兼顾聚结材料的亲油疏水性、耐腐蚀耐老化及经济性，分离器内部的水力条件仍不够理想等问题，需要进一步优化和改进。

机舱油水分离器主要由滤油设备、油分计（报警器和记录器组成）和自动停止装置组成，其工作原理如下。

　　1.滤油设备工作原理

　　滤油设备的主要功能就是将油分从含油污水中分离出来，其分离原理有重力分离法、聚结分离法、过滤法以及吸附法等。

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