工业油罐清洗喷射枪的结构设计与应用 .docx
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1、摘要传统的人工清罐方式在作业时因效率底、安全性能差等原因逐渐被各种自动化油罐清洗系统所代替。工业油罐清洗喷射枪作为油罐自动清洗系统的关键构件,要求结构简单合理,可靠,且安装控制方便。该喷射枪机械结构设计采用两个成一定角度的旋转副,利用旋转副之间的夹角和速度差,可实现工业油罐的全方位清洗;对喷射枪喷嘴的运动轨迹进行了模拟仿真与分析,可以实现预定喷射清洗或全方位清洗轨迹;并将样机应用于实际工业油罐清洗,取得了良好的社会效益和经济效益。关键词:喷射枪、工业油罐、全方位、结构设计Abstract:Traditional way of artificial tank during operation d
2、ue to poor efficiency, safety performance is gradually replaced by all kinds of automation of oil tank cleaning system. Industrial oil tank cleaning spray gun as the key component of oil tank automatic cleaning system, simple and reasonable structure, reliable, and easy installation and control. The
3、 mechanical structure design USES two spray gun at an Angle of rotation, using the rotation Angle and velocity difference between vice, which can realize the full range of industrial oil tank cleaning; Motion trajectory of spray gun nozzle for the simulation and analysis, can achieve expected jet cl
4、eaning or comprehensive cleaning trajectory; And prototypeapp-lcation in actual industrial oil tank cleaning, achieved good social benefits and economic benefits.Key Work:Spray Gun;Oil-Tank;Omnidirectional;Structural Design目录摘要1Abstract:2目录3引言7第一章 绪论81.1课题背景81.2国内外现状91.3市场前景91.4课题研究的内容10第二章工业油罐清洗及工作
5、原理122.1工业油罐清洗系统122.2喷射枪结构及工作原理12第三章 喷嘴、电机及相关参数设计143.1喷嘴结构设计143.1.1喷嘴设计:143.1.2 喷嘴直径设计143.1.3喷嘴自传和枪身公转速度153.2电机的选择153.2.1气动马达的介绍153.2.1功率的确定163.2.2计算传动装置的各参数17第四章 齿轮机构的设计204.1 减速箱齿轮设计204.1.1 1、2轮的设计204.1.2 3、4轮的设计224.2齿轮箱的设计244.2.1 5、7轮的设计244.2.2 6、8轮的设计254.3伞齿轮副的设计27 第五章 轴的设计计算305.1 I轴设计315.1.1初步确定轴
6、的最小直径315.1.2轴上零件的轴向定位325.1.3 轴上零件的周向定位325.2 II 轴设计335.2.1 初步确定轴的最小直径335.2.2 轴上零件的轴向定位345.2.3轴上的周向定位345.2.4 确定轴上圆角和倒角尺寸355.3 III轴的设计355.3.1 初步确定轴的最小直径355.3.2轴上零件的轴向定位365.3.3 轴上的周向定位365.4 IV轴的设计375.4.1 初步确定轴的最小直径375.4.2轴上零件的轴向定位385.4.3 轴上的周向定位385.4.4 确定轴上圆角和倒角尺寸395.5 VI轴的设计395.5.1 初步确定轴的最小直径395.5.2轴上零
7、件的轴向定位405.5.3 轴上的周向定位405.5.4 确定轴上圆角和倒角尺寸405.5.4 轴的校核405.6 V轴设计435.6.1 初步确定轴的最小直径445.6.2轴上零件的轴向定位455.6.3 轴上的周向定位455.6.4 确定轴上圆角和倒角尺寸455.6.5 V轴的校核45第六章机组的系统控制496.1液压控制系统496.2电路控制系统49第七章箱体及枪身结构517.1枪身及箱体机构517.2润滑和密封设计517.2.1 润滑517.2.2 密封51第八章 结论54致谢55参考文献56引言 目前我国清洗油罐的方法一般采用传统的人工清洗油罐法, 此方法需人穿着 防爆或防毒的衣服进
8、入油罐内作业。尽管人工清油罐具有使用设备小、操作简单 和施工成本较低的优点, 但存在着以下问题: 进油罐人员在油气环境下清洗, (1) 油气浓度很难降低到非爆环境所要求的 2%以下,极易因为静电、金属敲击等因 素引起爆炸,安全无保障。 (2)对施工人员进罐要求很高,容易发生油气中毒等 伤亡事故。 随着我国 大型石油储罐的建设、 能源的紧张和对环保问题的日益重视,人工清罐法已不符 合环境和发展的客观要求, 必须研究出封闭式、不用人进入油罐的全自动机械化 的清洗设备,以代替人工清洗油罐,提高原油回收率和清洗效率,提高油罐清洗 度,减少油污,污水和废气对环境的污染,实现安全、健康、环保式的清洗。 油
9、罐储运作业的特殊性促使清罐工作向自动化、高效化、便携化发展。油罐 清洗时间上的不定期性, 位置的分散性,都要求清罐及其油泥处理系统必须是自 动化程度高、装拆简单、移动便利的设备。因此,开发油罐自动清洗技术显得十 分迫切和必要。于是就出现了各种自动化油罐清洗系统。大部分的清洗工程都要包括3个重要阶段:残油移送、供油清洗和清水清洗。清洗喷射枪是油罐清水清洗系统的关键部分,现有的喷射枪清洗区域定点、定线,难以实现全方位自动清洗。为此,针对常见的油罐形式,设计了本喷射枪,其机械结构和工作过程与其它型式喷射枪相比,优势明显。第一章 绪论1.1课题背景 石油在储运过程中,油品中的无机物及沥青质、石蜡等重油
10、性组份在其重力作用下自然沉降,并积累在原油储罐底部,形成又黑又稠的胶状油泥,并占据了很大的储存空间。另外根据国家油罐修理规定,储罐大修间隔期限为57年,并且在检修或更换储油品种之前必须清洗。 随着原油储罐的大型化,传统的人工清罐作业已经不能满足生产要求。主要原因是人工清洗难度大、周期长等,人工进入罐内操作,可能会引起人员中毒及火灾爆炸事故。因此,储罐油泥机械化清洗技术将取代人工清洗成为必然。机械作业代替人工作业这是人类社会发展的必然趋势,那是不可阻挡的。原油储罐机械清洗与人工清洗工程对比项目机械设备清洗人工清洗清洗周期1、停罐时间2545天。2、不受天气或外界环境影响。3、不受油罐大小及油泥量
11、多少的影响,人员数量每班57人。1、停罐时间7090天。2、恶劣天气及寒冷地带不宜进行清洗。3、根据油罐大小及油泥量多少增加清洗人员,数量在3050人。清洗质量1、油罐内表面清晰可见。2、清洗后的残渣为少量铁锈,沙粒等块状物。1、油泥清洗不彻底。2、油罐内的油砂残留多,造成恶性循环。安全性1、封闭式清洗,不需人进入罐内清洗。1、人必须进入罐内清洗,易发生人为疏忽,易引起事故。2、注入惰性气体,防静电、防爆炸发生。2、易产生静电,易发生爆炸事件。保护环境1、清洗、回收是封闭式,并进行油水、油砂分离,无污油、污水、废气排出。1、清洗后不可利用的沉积物多且不易处理,造成大气及水污染。2、不需要额外的
12、废物处理设施。2、没有废物处理装置,使废物污染环境。资源再利用1、油回收率达90%以上1、油回收率45% 2、回收原油中几乎不含水分及固体杂质。2、回收原油中水和固体杂质含量很高。 1.2国内外现状 原油储罐机械清洗系统,国外的多家企业其价格差异较大,设计的原理却基本相同,有日本COWS、德国S&U、丹麦BLABO等系统。目前在国内日本COWS原油储罐机械清洗系统推广的最好,更结合我们的国情,几乎占据整个国内原油储罐清洗成套设备的销售市场。由于我国近几年才开始着手石油的战略储备,所以目前已经投用的大型原油储罐还没有达到第一个清洗周期。早先各油田使用的原储油罐数量少、体积小,多数在13万m3之间
13、,因此,原油储罐机械清洗的重要性和紧迫性没有从根本上表现出来。即使这样,我国现有的较大一些的原油储罐清洗,也不得不采用机械清洗技术。 近十多年以来,大庆油田、华北油田等企业先后引进了日本大风COWS和丹麦BLABO机械清罐系统,大大的提高了生产效率、经济效益,保证了安全生产。但是,我国目前的原油储罐清洗,由于受各方面原因的影响,现仍处于起步阶段。主要原因是由于进口设备价格昂贵,每套都在几千万以上,这样不仅增加了原油储罐的机械清洗成本,也限制了这一技术的普及和发展。另外原因,原油储罐的机械清洗打破原有的人工清罐利益链,采用传统的人工清罐方法,虽然没有施工费用,但大量的罐底油进不了油田储运系统,造
14、成资源浪费和经济损失。机械清罐技术实施触动局部人的利益,因此技术推进受到很大阻力。 国内不乏有的企业院所,已经在开发国产的原油储罐机械清洗系统,实际上多数以引进核心设备为主,开发一部分配套的设备。并且开发出来的原油储罐机械清洗系统能力小、可调节性差等存在着关键技术瓶颈问题。该技术的核心设备是喷射系统,结合我国现有的液体喷射技术而言,短时间内仍存在技术障碍。因此真正研究一套特别适合我国自己国情的国产设备,降低清洗成本,很有必要。1.3市场前景 我国目前已经成为世界第一石油消费大国,石油的战略和商业储备能力近两年里突飞猛进,据不完全统计已经投用和开始建设的储存总量达到1亿吨以上,而且单台储罐的规格
15、基本上都是510万m3,现在中石油某企业正在研究1520万m3的。由政府投资的中国首期4个战略石油储备基地分别位于浙江舟山和镇海、辽宁大连及山东黄岛,已于2008年全面投用,储备总量1640万m3。2010年9月末,新疆独山子国家石油储备项目开工,标志着第二期石油储备基地建设全面展开。根据计划,中国将开建8个二期战略石油储备基地,包括广东湛江和惠州、甘肃兰州、江苏金坛、辽宁锦州及天津等。中国战略石油储备三期工程正在规划中,全国各省市都在争相竞争储备基地的审批,重庆市万州区、海南省和河北省曹妃甸等都有希望被选为三期工程的储油基地。在这么多大型的储罐设备罐区里面,如果在环保、安全等方面出现了事故,
16、将会造成重大的经济损失和恶性的安全事故,因此,实施安全有效的原油储罐清洗方式势在必行。中国有这么大的储存市场,按照57年清洗一次,每年有2000万m3以上的原油储罐需要清洗,平均5万m3/座,将有400座,仅依靠人工清洗将是完全不可想象的。据我们了解,当前在用的和正在引进的国外机械清洗系统在40套左右,而且单套的处理能力各不相同。2010年起,中石油率先颁布禁止人工清罐的红头文件,原油储罐清洗市场的大幕才刚刚拉开。在此之前此技术推广很慢,但2011年开始进入井喷式发展,机械清洗系统一年市场销量就在20多套。即便这样发展,储罐清洗市场所需的成套设备还有很大缺口。在35年后,第一个清洗周期到来时,
17、按目前我国原油储罐的机械清洗能力,远远不能满足生产需要。在中国市场,仅对大型原油储罐所需的机械清洗系统,粗略估计至少也需要80套以上。另外还有其他小型储罐和成品油罐需要清洗,此清洗市场有很大提升空间。因此这个市场中,必须要有多只非常专业的清洗队伍,并完全利用机械清洗技术进行清洗作业,才能满足生产需要。无论是从什么角度出发,大型原油储罐机械清洗技术的应用趋势已成必然。成立一支中等的专业清洗队伍,若要引进部分的进口设备则需要一千多万元资金。价格的昂贵也说明了该设备的专业性强、技术性高的特点,价格昂贵也抬高了进入该行业的门槛。利用中石油、中石化的市场资源、人员优势同权威部门合作攻关,成立一只专业的清
18、洗队伍是一个很好的选择。1.4课题研究的内容工业油罐清洗工艺是利用喷射清洗机将清洗介质在一定的温度、压力和流量下喷射到待清洗表面,除去表面凝结物和淤渣,并对其进行处理和回收的一种工艺方法 。因此可使用自动清洗喷射枪。安装于需清理的罐内,包括多种特殊设计的油罐旋转清洗喷枪。这些清洗枪可通过罐顶已有的孔口如检修孔、透气孔或新开的安装孔等安装于罐内,清洗枪的分布要保证射流面积可以覆盖罐内所有部分储罐清洗喷枪。安装于需清理的罐内,包括多种特殊设计的油罐旋转清洗喷枪。而清洗喷射枪是利用用高压射流技术进行高压清洗。压水射流清洗装置称为高压水射流清洗机,主要由高压柱塞泵、动力部分、喷嘴、高压软管及工作附件等
19、组成。其部分参数如下:清洗液:常温自来水;进液压力:常压;进液流量:必须大于出液流量;压力范围:从0到额定压力值(无级调节)。国内同类高压水射流清洗的原理是用高压泵打出高压水,并使其经管子到达喷嘴再把高压力低流速的水转换为低压高流速的射流,然后射流以其很高的冲击动能,连续不断地作用在被清洗表面,从而使垢物脱落,达到清洗目的。高压水射流清洗的主要特点是高压水射流清洗与传统的水射流冲洗、机械方式清洗、化学清洗相比,具有以下优点:(1)选择适当的压力等级,高压水射流清洗不会损伤被清洗设备的基体(2)高压水射流清洗是用普通自来水于高速度下的冲刷清洗,所以它不污染环境,不腐蚀设备,不会造成任何机械损伤,
20、还可除去用化学清洗难溶或不能溶的特殊垢;(3)洗后的设备和零件不用再进行洁净处理;(4)能清洗形状和结构复杂的零部件,能在空间狭窄、复杂环境、恶劣有害的场合进行清洗;(5)易于实现机械化、自动化、便于数字控制;(6)节省能源,清洗效率高,成本低。因此本设计中设计的工业油罐自动清洗喷射枪就是个很好的高压射流的载体。第二章工业油罐清洗及工作原理2.1工业油罐清洗系统工业油罐的清洗介质是水,其清洗工作图如上图所示。供水系统向高压泵供水,调压装置调将适当的压力水送往自动清洗喷射枪,进行全面清洗。清洗后的废水废油经油水分离系统将油、水分离,最后经过净化系统净化杂质,将可回收利用的部分液体回收,进行合理的
21、分配。2.2喷射枪结构及工作原理喷射枪的结构及工作原理喷射枪结构上图。其流体部分的工作原理是:高压水经上部流体输入法兰18进入喷射枪内部,穿过其中的导流孔通道6、8进入传动伞齿轮副9、10部分,高压水再通过齿轮副的中空导流孔10进入喷嘴,最终由直喷嘴喷出成为高速射流。机械部分的工作原理是:启动气动控制部分15由空气压缩机产生驱动气流,经空气压力控制阀调节后输送到气动马达1,气动马达的输出速度经减速箱20变速后带动主动轴4转动,转动轴由主动齿轮2把速度分别传递给从动齿轮16、17。带从动齿轮的水平旋转传动套轴17带动水平旋转传动座7转动,水平旋转传动座使喷嘴部分做自转。带离合器的从动齿轮16通过
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