长输管线试压及排空污水的除油原理与处理装置研究

摘要

长输管线油污水主要来自于试压及水顶油排空过程中，管线及油泵内存留的油料混入清水中形成含油污水。含油污水的外排既造成了环境污染，又造成了资源的浪费。本文针对油库及管线系统油污水具有不连续性、油水密度差较大、含油污水中含油量较低、悬浮物较少的情况，研制了采用聚结分离技术的污水处理装置。采用实验分析与数值模拟相结合的方法，开展了如下研究:
　　 (1)阐述了油滴聚结机理，推导了液滴在流体中的运动方程，分析了主要因素对分离效率的影响规律。
　　 (2)采用聚结滤芯作为填料，自行研制了由两级滤罐组成的污水处理装置。并完成了污水处理装置数据采集系统的设计开发。
　　 (3)利用CFD软件对污水处理装置内部流场进行数值仿真分析，研究了不同入口结构、不同处理量、不同温度及不同管道直径等参数对装置内部流场的影响规律。
　　 (4)通过试验，研究了包括滤芯机械性能和滤芯分离性能的污水处理装置的分离效果，试验表明，滤芯纤维材料具有耐有机溶剂性能、抗压溃性能和耐温性能。利用自行研制的污水处理装置实验台，对不同流量、不同含油量（包括低浓度和高浓度）及不同油品等工况下污水处理装置分离效果进行试验，对实验中测得的压力和含油量值进行分析，对比不同工况下压力值、压力波动情况，以及含油量值的变化，分析含油量、流量、油品粘度等因素对于污水装置除油效果的影响机理。结果表明:随着流量的增加，出口含油量呈现上升趋势;随着入口含油量的增加，出口含油量也呈现递增趋势;本装置对于处理粘度大的含油污水效果比处理粘度小的含油污水效果好。

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摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．1．1 长输管线含油污水的成因

1．1．2 含油污水的危害

1．1．3 研究意义

1．2 研究现状及进展

1．2．1 国内外污水处理技术的研究进展

1．2．2 国内外污水处理设备的研究进展

1．2．3 油滴聚结机理

1．2．4 国内外聚结分离技术的研究进展

1．3 本文研究的主要内容

第二章 聚结除油机理及滤芯结构分析

2．1 污水聚结除油机理

2．1．1 油在水中的存在状态

2．1．2 润湿角

2．1．3 聚结材料选择

2．1．4 液滴在流体中的运动

2．2 影响油水分离效率的主要因素

2．2．1 斯托克斯定律

2．2．2 粒径大小

2．2．3 水中含油量浓度

2．2．4 复杂的反相乳状液

2．2．5 化学试剂和表面活性剂

2．3 用于污水处理的滤芯结构形式

2．3．1 线绕滤芯

2．3．2 熔体滤芯

2．3．3 熔喷滤芯

2．3．4 发泡滤芯

2．3．5 滤芯过滤特性分析

2．4 本章小结

第三章 污水处理装置实验系统设计

3．1 污水处理装置总体设计

3．1．1 实验系统主要参数指标

3．1．2 实验装置的总体设计

3．2 实验装置主要零部件的设计及选型

3．2．1 装置筒体设计

3．2．2 聚结滤芯设计

3．2．3 在线含油量检测装置

3．2．4 其他装置

3．3 数据采集模块选型及采集系统设计

3．3．1 数据采集系统硬件选型

3．3．2 数据采簋系统软件设计

3．4 本章小结

第四章 污水处理装置的数值模拟研究

4．1 数学模型

4．1．1 基本假设

4．1．2 基本控制方程

4．1．3 湍流模型的选择

4．1．4 多孔介质模型

4．2 物理模型及网格划分

4．2．1 物理模型建立

4．2．2 模型网格划分

4．2．3 计算求解方法及边界条件

4．3 污水处理装置内部的流动模拟分析

4．4 不同参数的影响规律

4．4．1 不同入口结构

4．4．2 不同处理量

4．4．3 不同温度对比

4．4．4 两级处理装置对比

4．4．5 不同管道直径

4．5 本章小结

第五章 污水处理装置分离效果试验研究

5．1 试验方案简介

5．2 滤芯机械性能试验研究

5．2．1 滤芯耐有机溶剂性能试验

5．2．2 滤芯抗压溃性能试验

5．2．3 滤芯耐温试验

5．3 滤芯分离性能试验研究

5．3．1 试验前准备

5．3．2 清水条件下压力随流量的变化规律

5．3．3 低浓度含油量的影响

5．3．4 高浓度含油量的影响

5．3．5 流量对低浓度污水处理的影响

5．3．6 流量对高浓度污水处理的影响

5．3．7 不同油品的影响

5．4 污水处理效果

5．4．1 污水处理前后效果对比

5．4．2 油品回收

5．4．3 压力变化趋势分析

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 主要工作与结论

6．2 展望

参考文献

致谢

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