流砂過(guò)濾器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

流砂過(guò)濾器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)目錄1流砂過(guò)濾器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 11.1濾料粒徑 31.2濾層高度 31.3濾速 31.4砂循環(huán)速率 41.5壓縮空氣氣壓、氣量對(duì)出水水質(zhì)的影響 41.6反沖洗水量確定[5] 42.流砂過(guò)濾器設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) 52.1流砂過(guò)濾器選擇 52.2內(nèi)循環(huán)流砂過(guò)濾器主體尺寸計(jì)算 52.2.1砂濾器直徑和截面積計(jì)算 52.2.2流砂過(guò)濾器高度計(jì)算 52.3進(jìn)、出水管線(xiàn)、反洗出水管線(xiàn)及環(huán)空流道設(shè)計(jì)及計(jì)算 122.3.1進(jìn)、出水管線(xiàn)及反洗出水管線(xiàn)設(shè)計(jì) 122.3.2提砂管及環(huán)空流道設(shè)計(jì) 132.4布水器設(shè)計(jì)計(jì)算 132.4.1干管 142.4.2支管 142.4.3布水孔設(shè)計(jì)及計(jì)算 142.5空壓機(jī)及氣管線(xiàn)設(shè)計(jì)計(jì)算 172.5.1空壓機(jī)選擇 172.5.2氣管線(xiàn)設(shè)計(jì) 173材料表 184設(shè)備表 195圖紙 196參考文獻(xiàn) 19已知條件：來(lái)水流量Q=1m3/h，來(lái)水含油≤100mg/L,含懸浮物≤100mg/L,處理后出水含有≤20mg/L，含懸浮物≤20mg/L[1]。1.1濾料粒徑濾料粒徑對(duì)連續(xù)式砂濾器的處理效果有重要影響，連續(xù)式砂濾器一般采用單一粒徑的石英砂濾料。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[2]，處理含油廢水及含有易粘結(jié)物質(zhì)的原水時(shí)，通常使用有效直徑為1.2mm、均質(zhì)系數(shù)為1.4的均質(zhì)石英砂。1.2濾層高度砂層過(guò)低會(huì)導(dǎo)致一些微絮體及與濾料結(jié)合力較弱的物質(zhì)不能被砂層截留，隨出水流出；砂層過(guò)高易形成沙錐，堵住洗沙器的出砂口，反應(yīng)器內(nèi)的砂沖洗不完全，后期出水SS濃度偏高。為達(dá)到有效的過(guò)濾高度，濾床厚度可取0.8-1.4m。[1]本設(shè)計(jì)選擇0.8m。1.3濾速根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[2][3]，建議內(nèi)循環(huán)連續(xù)式砂濾器的過(guò)濾速度小于12m/h。本設(shè)計(jì)選擇濾速ν=8m/h。1.4砂循環(huán)速率指石英砂濾料在過(guò)濾器內(nèi)單位時(shí)間的下移距離，單位是mm/min。這對(duì)于濾層的清潔及穩(wěn)定工作至關(guān)重要。相關(guān)研究表明[4]，砂循環(huán)速率在2-4mm/min時(shí)，過(guò)濾出水水質(zhì)穩(wěn)定。1.5壓縮空氣氣壓、氣量對(duì)出水水質(zhì)的影響當(dāng)壓縮空氣壓力在0.3-0.5MPa時(shí)，保證提砂管內(nèi)的氣水比為9-11時(shí)，砂濾器可以處于一種穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，濾料得到有效的清洗，反沖洗水量合理，處理出水水質(zhì)較好[3]。1.6反沖洗水量確定[5]相關(guān)研究結(jié)論，沖洗水量是提砂量的1.5-2倍，濾料的清洗效果較好。為保證過(guò)濾效果及裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，在滿(mǎn)足對(duì)濾料有效清洗的條件下，沖洗水的流量應(yīng)在過(guò)濾水量的5%-10%。根據(jù)相關(guān)研究數(shù)據(jù)標(biāo)明，空氣壓力為0.3MPa時(shí)，空氣量為0.48m3/h，提砂水量為0.052m3/h，，氣水比為9.2；故此實(shí)驗(yàn)選擇空氣壓力為0.3MPa，空氣量為0.48m3/h，提砂水量為0058m3/h。2.流砂過(guò)濾器設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)2.1流砂過(guò)濾器選擇外循環(huán)式砂濾器簡(jiǎn)化了內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增大了過(guò)濾面積，便于檢查和維修，提砂管不易堵塞。但耗費(fèi)能量較大。本設(shè)計(jì)采取內(nèi)循環(huán)式砂濾器。2.2內(nèi)循環(huán)流砂過(guò)濾器主體尺寸計(jì)算2.2.1砂濾器直徑和截面積計(jì)算ν=Q/A(2-1)式中：ν：濾速，m/h，ν=8m/h；Q：設(shè)計(jì)流量，m3/h，Q=1m3/h;A:濾罐橫截面積，m2。則A=Q/ν=1/8=0.125m2又A=0.785Ф2(2-2)Ф2=A/0.785Ф=0.399m圓整后取Ф=0.4m由以上計(jì)算得，設(shè)計(jì)的流砂過(guò)濾器的直徑Ф=400mm。2.2.2流砂過(guò)濾器高度計(jì)算高度石油各部分的高度值和來(lái)確定的，從結(jié)構(gòu)上看，砂濾器由支腿、下封頭、上封頭和罐體這四部分組成[6]。2.2.2.1下封頭尺寸計(jì)算根據(jù)《JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭》的規(guī)定以及本砂濾器的設(shè)計(jì)要求，選擇折邊錐形封頭CHB，由砂濾器直徑Ф=400mm可CHB型封頭總高度為H1=250mm，容積V=0.0145m3。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[8]，砂濾器的錐殼半頂角應(yīng)小于60。，本設(shè)計(jì)選擇錐殼半頂角α=45。。封頭與罐體采用法蘭螺栓連接方式，便于內(nèi)部檢修。見(jiàn)下圖2-1。圖2-1CHB折邊錐形封頭DiDi=DN=400mmr=0.15DN=60mmh=40mmH=250mmH’=265mmα=45。δ=3mm，與罐體壁厚相同2.2.2.2支腿的高度計(jì)算根據(jù)《JB/T4713-1992腿式支座》的規(guī)定以及本砂濾器的設(shè)計(jì)要求，得知砂濾器的支腿最大支撐高度為800mm，本設(shè)計(jì)選擇H2=500mm。選擇A型腿式支座，設(shè)置3個(gè)支腿，呈1200布置。具體尺寸見(jiàn)圖2-2。支腿的上端應(yīng)與砂濾器罐體的下封頭斜邊中間位置焊接。圖2-2A型腿式支座支承最大高度Hmax=800mm，此處選擇Hmax支承最大高度Hmax=800mm，此處選擇Hmax=500mm規(guī)格b×b×d=63×63×8長(zhǎng)度LH=924H2=940焊縫長(zhǎng)度h=90底板邊長(zhǎng)B=103底板厚度δ=16蓋板邊長(zhǎng)l=160墊板寬度Ak=180墊板長(zhǎng)度Ac=140地腳螺栓孔徑db=24地腳螺栓規(guī)格M20地腳螺栓中心圓參數(shù)D=362，直徑Db=D+22.2.2.3上封蓋的設(shè)計(jì)計(jì)算為便于檢維修及場(chǎng)地情況，上封頭采取平板封蓋，頂上有開(kāi)孔，與罐體采用螺栓連接。平板封頭的厚度要比罐體的壁厚大一些，定為比壁厚大3mm。砂濾器為壓力容器，材料選擇Q235A-F，其最小厚度δmin主要是考慮工藝要求和運(yùn)輸安裝過(guò)程中的剛度要求，根據(jù)《GB150-1998鋼制壓力容器》內(nèi)壓圓通壓力容器的計(jì)算壁厚公式：（2-3）式中：P：計(jì)算壓力，MPa，P=0.6Mpa；Ф：圓筒直徑，mm；：設(shè)計(jì)溫度下圓筒材料的需用壓力，MPa，=113MPa；：焊接接頭系數(shù)，對(duì)熱套圓筒取=1.0；δ：圓筒的計(jì)算厚度，mm。=根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)規(guī)定，輕微腐蝕，腐蝕速率在0.05-0.13mm/a，腐蝕裕量≥1mm。此處選擇該砂濾器的腐蝕裕量為C1=1mm。則設(shè)計(jì)厚度δd=δ+C1=1.065+1=2.065mm考慮材料的負(fù)偏差后，取設(shè)計(jì)厚度δd=3mm。由此可得，上封蓋的厚度H3=δd+3=6mm。2.2.2.4砂濾器的罐體高度計(jì)算罐體的高度由其內(nèi)部的各部分高度確定。砂濾器的內(nèi)部由空氣提升泵、布水器、濾床、洗砂器、洗砂出水口、進(jìn)水口、濾液出口等部分組成。2.2.2.4.1導(dǎo)砂器導(dǎo)砂器為圓錐結(jié)構(gòu)，起到均勻布砂的作用，底面與砂濾器罐體底部之間有著一定的距離，該距離為200mm為宜。結(jié)合砂濾器直徑，定導(dǎo)砂器底面直徑為Ф1=280mm。結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2-3。圖2-3導(dǎo)砂器hhФ導(dǎo)砂器高度則此部分高度H4=h+200=280mm。2.2.2.4.2濾床高度計(jì)算濾料選擇石英砂，濾料層為單層，石英砂粒徑為0.5-1.2mm，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，濾層高度一般是粒徑的700-900倍，故本設(shè)計(jì)選擇濾床高度H5=800mm。2.2.2.4.3洗砂器設(shè)計(jì)及計(jì)算在濾床的上面有濾料反洗膨脹層，該高度一般為濾料層的1/2。故此部分高度H6=400mm，此部分設(shè)有洗砂器和砂水分離器，砂水分離器位于洗砂器上方，上面與頂蓋留出一部分距離，以保證頂部空氣提砂管與濾后出水不互相影響，定為留出H7=50mm的高度。其中洗砂器高度H8=300mm，直徑DN1=80，在洗砂器內(nèi)部由交叉的薄板焊接而成，材料選擇不銹鋼，薄板寬度為21mm，向下傾斜45。。見(jiàn)圖2-4。圖2-4洗砂器2.2.2.4.4砂水分離器（洗砂槽）設(shè)計(jì)及計(jì)算洗砂槽的直徑DN2=200mm，高度H8=100mm，洗砂槽處理過(guò)的廢水經(jīng)過(guò)一個(gè)反洗堰由反洗出水管流出，反洗堰為一個(gè)底面為邊長(zhǎng)L=60mm的正方形的長(zhǎng)方體，處理水從洗砂槽經(jīng)過(guò)高為60mm的濾網(wǎng)流出反洗堰，然后從反洗出水管排出。見(jiàn)圖2-5。圖2-5砂水分離器流砂過(guò)濾器高度：H=H2+H3+H4+H5+H6+H7=500+6+280+800+400+50=2036mm為了保護(hù)砂濾器的正常運(yùn)行，濾床的高度應(yīng)相對(duì)高出其設(shè)計(jì)高度，所以可以加高砂濾器的罐體高度，最后確定砂濾器總高度H=2200mm。所以，設(shè)計(jì)的內(nèi)循環(huán)流砂過(guò)濾器的直徑Ф=400mm，高H=2200mm。2.3進(jìn)、出水管線(xiàn)、反洗出水管線(xiàn)及環(huán)空流道設(shè)計(jì)及計(jì)算2.3.1進(jìn)、出水管線(xiàn)及反洗出水管線(xiàn)設(shè)計(jì)2.3.1.1進(jìn)水管線(xiàn)進(jìn)水管線(xiàn)位于罐體側(cè)面，距頂端280mm處，根據(jù)流量Q=1m3/h，查《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)第1冊(cè)常用資料》，選擇進(jìn)水管線(xiàn)尺寸為DN40。并在管線(xiàn)合適位置安裝流量計(jì)、壓力表等。2.3.1.2濾后出水管線(xiàn)與進(jìn)水管線(xiàn)尺寸相同都為DN40，位于進(jìn)水管線(xiàn)上方150mm處，與過(guò)濾出水堰連接，出水堰高度設(shè)為100mm，半圓弧形結(jié)構(gòu)，寬度為80mm。2.3.1.3反洗出水管選擇反洗出水管尺寸為DN32，與罐頂相距216mm，與反洗出水堰連接，且與濾后出水管線(xiàn)相對(duì)布置。2.3.2提砂管及環(huán)空流道設(shè)計(jì)2.3.2.1提砂管設(shè)計(jì)根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[12]，提升裝置管徑與過(guò)濾器直徑之比在1:18-1:25之間時(shí)提砂效果最好。本設(shè)計(jì)過(guò)濾器直徑Ф=400mm，所以提砂管的直徑D=16-22mm，此處選擇D=20mm。即提砂管的直徑D=20mm。長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際進(jìn)行選擇，本設(shè)計(jì)選為1744mm。2.3.2.2進(jìn)水環(huán)空流道設(shè)計(jì)進(jìn)水量布滿(mǎn)在進(jìn)水環(huán)空流道內(nèi)，為了滿(mǎn)足管道的流量和流速的設(shè)計(jì)。應(yīng)滿(mǎn)足下式：（2-4）其中，提砂管直徑D=20mm；進(jìn)水管直徑D進(jìn)水=40mm。則圓整后取D1=50mm。即進(jìn)水換空流道直徑為50mm，長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際選為735mm。2.4布水器設(shè)計(jì)計(jì)算布水器是在一定的工作面積上按照一定規(guī)律布置水量，常見(jiàn)的布水器有噴頭、穿孔管、旋轉(zhuǎn)布水器。本設(shè)計(jì)結(jié)合實(shí)際選擇穿孔管布水器。穿孔管布水器由干管、支管、布水孔組成[13]，其中支管呈十字形分布，以干管為中心放射狀鋪開(kāi)，布水孔的孔徑等大并沿筒體徑向孔距逐漸減小。2.4.1干管干管流量即為進(jìn)水管流量Q=1m3/h。2.4.2支管單個(gè)支管流量：q=Q/4=1/4=0.25m3/h=6.9×10-5m3/s(2-5)支管直徑選擇dz=20mm支管的橫截面積Sz=0.785dz2=0.000314m2(2-6)支管流速v=q/Sz=0.22m/s(2-7)2.4.3布水孔設(shè)計(jì)及計(jì)算2.4.3.1布水孔相關(guān)計(jì)算濾床的橫截面直徑Ф=400mm。布水器中間環(huán)管直徑為50mm。則過(guò)濾總面積S0：(2-8)開(kāi)孔率β：支管布水孔的總面積與過(guò)濾總面積之比。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[14]，β一般在0.2%-0.28%或者0.2%-0.25%之間，本設(shè)計(jì)選取β=0.24%。布水孔的總面積Sb=β×S0=0.24%×123637.5mm2=296.73(2-9)布水孔直徑db=6mm則單個(gè)布水孔面積Sb1=0.785×db2=28.26mm2(2-10)由此可得：布水孔總數(shù)N=Sb/Sb1=296.73/28.28=10.5=10個(gè)(2-11)則每根支管布孔數(shù)n=N/4=2.5(2-12)圓整后取n=3個(gè)。2.4.3.2布水孔設(shè)置假設(shè)污水在每個(gè)布水孔的速率相等，則每個(gè)孔的出水量相等，要使濾層橫截面上布水均勻，那么每個(gè)布水孔所分配的濾層橫截面的面積相等[8]。也即第一圈布水孔與環(huán)形流道所含面積之差應(yīng)與第二圈布水孔與第一圈布水孔所含面積之差相等，并等于第三圈布水孔與第二圈布水孔所含面積之差。S1=S0/3=123637.5/3=41212.5(2-13)(2-14)(2-15)D11：第一圈布水孔所圍成圓的直徑，mm；D22：第二圈布水孔所圍成圓的直徑，mm；D33：第三圈布水孔所圍成圓的直徑，mm，D33=Ф=400mm；則可知：D11=234.52=234mmD22=327.49=328mm每個(gè)布水孔距離圓心的距離分別為：d11=（D11+D1）/4=(234+50)/4=71mmd22=(D11+D22)/4=(234+328)/4=140.5=141mmd33=(Ф+D22)/4=(400+328)/4=182mm布水孔的具體位置見(jiàn)圖2-6。圖2-6布水孔位置在實(shí)際制作砂濾罐時(shí)，可以將布水孔數(shù)量適當(dāng)增加以滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)要求。2.5空壓機(jī)及氣管線(xiàn)設(shè)計(jì)計(jì)算2.5.1空壓機(jī)選擇根據(jù)相關(guān)研究數(shù)據(jù)標(biāo)明，空氣壓力為0.3MPa時(shí)，空氣量為0.48m3/h，提砂水量為0.052m3/h，，氣水比為9.2；故此實(shí)驗(yàn)選擇空氣壓力為0.3MPa，空氣量為0.48m3/h，提砂水量為0058m3/h。選擇空壓機(jī)壓力范圍為0-1.0MPa，流量范圍為0-1m3/h。2.5.2氣管線(xiàn)設(shè)計(jì)使用氣嘴進(jìn)行釋放氣體時(shí)易造成氣嘴堵塞，本設(shè)計(jì)不使用氣嘴，直接將供氣管線(xiàn)與提砂管連接，供氣管線(xiàn)選擇DN10，與提砂管縱向成300夾角安裝，以防止空氣在提砂管內(nèi)向下流動(dòng)從而降低提砂效率。3材料表序號(hào)名稱(chēng)規(guī)格及型號(hào)材料數(shù)量備注1進(jìn)出水管線(xiàn)DN40不銹鋼20m2反沖洗出水管線(xiàn)DN32不銹鋼10m3鋼板Q235A-F，3mm厚不銹鋼若干制作布砂器、罐體、出水堰板、砂水分離器等4鋼板Q