流砂过滤器设计.docx

1、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 11.2滤层高度 11.3滤速 11.5压缩空气气压、气量对出水水质的影响 2 .一 ，、 51.6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、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 2.5.214气管线设计3材料表 1.6 4设备表 1.7. 5图2氏 1.7 1.76参考文献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w 100mg/L,含悬浮物 W100mg/L,处理后由水含有w 20mg/L ,含悬浮物w 20mg/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

3、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0.8m o1.3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 =8 m/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

4、 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 o1.6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0.48 m3/h ,提砂水量为0.052 m3/h,气水比为9.2;故此实验选择空气 压力为0.3MPa ,空气量为 0.48 m3/h ,提砂水量为 0058 m 3/h。2.流砂过滤器设

5、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=8 m/h ;Q:设计流量，m3/h , Q=1 m 3/h;A:滤罐横截面积，m2o2则 A=Q/ 尸1/8=0.125 m又 A=0.785 2 (2-2)2 . =A/0.785=0.399m圆整后取=0.4m由以上计算得，设计的流砂过滤器的直径 =400mm o2.2.2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

6、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/T 4746-2002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,由砂滤器直径二400mm可3CHB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 2-1 o图2-1 CHB折边锥形封头Di=DN=400mmr=0.15DN=60mmh=40mmH=250mmH =265mma=45 8=3mm ,与罐体壁厚相同2.2.2.

7、2支腿的高度计算根据JB/T 4713-1992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2-2 o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2-2 A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+22.2.2.3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

8、壁厚大一些，定 为比壁厚大3mm。其最小厚度6 min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：Pn p式中： P:计算压力，MPa, P=0.6Mpa;：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。P 0, 6 400; = 1.065mm2 t P 2 113 1 - 0.6腐蚀裕量n 1mm。此处选择该砂滤器的腐蚀裕量为 C=1mm 。则设计厚度 6

9、d= 8+Ci=1.065+1=2.065mm考虑材料的负偏差后，取设计厚度6 d=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i=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

10、，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

11、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=H 2+H 3+h 4+h 5+h 6+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 =400mm ,高 H=

12、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DN40 o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

13、。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=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=20mm c 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U D .402 202 44 72mm圆整后取 Di=50mm。即进水换空流道直径为50mm ,长度根据实

14、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=1m 3/h o2.4.2支管单个支 管流量：q=Q/4=1/4=0.25m 3/h=6.9 X10-5m3/s (2-5)支管直径选择dz=20mm支 管的横 截面积 Sz=0.785dz2=0.000314m 2v=q/Sz=0.22m/s(2-7)2.4

15、.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二400mm。布水器中间环管直径为 50mm。则过滤总面积S0： 2 2、( D ) 2 2 2 一 一、So - 0.785(4002 502) 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%X 123637.5mm 2 =296.73 (2-9)布水孔直径db=6mm贝U 单个布水孔面积 Sbi=0.785 Xdb2=28.26mm 2 (2

16、-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=400mm ;Si=S0/3=123637.5/3=41212.

17、52 2S (Dll -Di )42 2S1 - (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=234mmD22=327.49=328mm每个布水孔距离圆心的距离分别为：dii= (Dii+D i) /4=(234+50)/4=71mmd22= (D 11+ D22)/4=(234+328)/4=140.5=141mm d33=( 8 D 22)/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

18、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0.48m3/h ,提砂水量为0.052 m3/h,气水比为9.2;故此实验选择空气 压力为0.3MPa ,空气量为 0.48 m3/h ,提砂水量为 0058 m 3/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

19、1进出水管线DN40不锈钢20m2反冲洗出水管线DN32不锈钢10m3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2m6提砂管DN20无缝钢管3m7法兰DN4018进出水管线及流量计连接8法兰DN329发冲洗出水管线及流量计连接9法兰DN4004个上下封头与罐体连接10转子流量计DN402块11转子流量计DN321块12压力表4块13气体流星计1块14900弯头DN402个15900弯头DN321个161200弯头DN101个连接气管线17阀门DN405个18阀门DN323个

20、19快开阀门DN201个罐底部放空用20取样阀DN406个罐体安装4个，进出水各一个21取样阀DN321个反冲洗出水取样用。22角铁63mm x 63mm x8mm20m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M20 X1632套厅P名称规格及型号数量备注1空压机0-1.0MPa, 0-1m3/h1台2洗砂器DN80X100mm1套3布砂器DN280,顶角 12001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，20

21、12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.