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油氣儲運工程畢業論文題目:沿海油庫海水淡化后濃海水處置技術的研發排海擴散器的設計專業:油氣儲運工程目錄中文摘要.I英文摘要.1前言.11.1背景.11.2濃海水處理方法.11.3濃海水處理排海工程.11.4本文的工作.22海水淡化的尾液影響.32.1濃海水對海洋生態系統的影響.32.2海水淡化廠污染物排放.32.3排放水物理性質變化對海洋生態系統的影響.33模型理論.43.1近區模型研究現狀.43.2遠區模型研究現狀.63.3水動力學參數.73.4海洋水動力學狀況評價方法.74排海擴散器的設計.114.1擴散器結構與要求.114.2擴散器結構概念設計的原理和流程.134.3設計中主要影響因素.144.4孔口出流系數法.144.5動壓力水頭法及其優化設計程序.184.6六橫島臺門海水淡化工程.225總結與建議.285.1總結.285.2建議.286參考文獻.29I沿海油庫海水淡化后濃海水處置技術的研發排海擴散器的設計摘要濃海水處理排海工程就是將海水經過淡化處理的濃海水通過海洋放流管輸送到離海岸一定距離、一定深度的強流區域,由海洋放流管尾部的擴散器排放,即充分利用海洋的擴散、降解和自凈能力,達到濃海水處理的目的。海水經淡化之后,產生濃鹽水尾液,如果它不加處理,直接排放,勢必對環境造成嚴重影響。利用擴散器排放濃海水,能很好的利用自然海域的特點,海域本身的自凈溶解能力使濃海水及時得到擴散稀釋,達到凈化目的。這樣,既解決了環保問題,又使處理濃海水尾液成本得以降低。本文從我國水資源的嚴重缺乏角度,闡述了海水淡化的重要性,進而引出海水淡化之后所產生的濃海水尾液的影響。通過對近些年排海工程理論模型的了解,再對海洋水動力學進行研究,提出一些模擬方法。本文著重闡述如何進行排海擴散器的設計,從結構、要求、設計原理、流程和主要影響因素等多角度考慮,并介紹兩種擴散器水力設計方法孔口出流系數法和動壓力水頭法。在六橫島臺門海水淡化工程中,采用T型走向擴散器,通過數值模擬,對軸線流速、濃度及稀釋度的沿程變化進行比較,得出結論。關鍵詞擴散器;濃海水尾液;孔口出流系數法;動壓力水頭法;T型走向擴散器IIThecoastaldepotseawaterdesalinationwithther&ddisposaltechnology,theemissionsseadiffuserdesignYubangwei(Instituteofpetrochemicaltechnology,ZhejiangOceanUniversity,Zhoushan316004)AbstractConcentratedseawaterdischargingprojectisthatseawaterthroughdesalinatonbymarinedischargingpipedelivertothetcoastwhichisdistancefromacertaindepthofthehighcurrentregion,dischargebythediffuserofseadischargingpiperear,ortakebythefulladvantageoftheoceanspread,degradationandself-purificationability,soastoachievethepurposeofconcentratedseawater.Afterthewaterdesalinated,thenproducedtheconcentratedseawater,ifitisnotaddressed,dischargesdirectly,isboundtohaveseriousimpactontheenvironment.Concentratedseawaterdischargesbyusingthediffuser,theuseofwellcharacteristicsofnaturalwaters,watersdissolvetheirself-purificationabilitytodilutetheconcentrationofwaterdiffusionintimetoachievepurposeofpurification.Inthisway,notonlytosolvetheenvironmentalproblem,butalsotodealwiththecostofconcentratedseawatersolution.FromtheperspectiveofaseriousshortageofwaterresourcesinChina,explainingtheimportanceofdesalination,andthenleadsthegeneratedaftertheendofsolutionofconcentratedseawater.Throughtherecentdischargeengineeringofthetheoreticalmodeltounderstand,andtostudythedynamicsofoceanwater,wegiveoutsomesimulation.Fromthestructure,requirements,designprinciples,processes,andthemainfactorsandmanyotherconsiderations,thisarticlefocusesonhowtodesignthediffuser,anddescribestwomethodsofhydraulicdesignofthediffuser-orificetheflowcoefficientandthedynamicpressureheadmethod.ThedesalinationprojectsofislandofTaimenLiuheng,throughnumericalsimulationwithTdiffuser,comparedwiththeaxisvelocity,concentrationanddilution,thenmaketheconclusions.Keywordsdiffuser;thickliquidwater;theflowcoefficientmethodoftheorifice;dynamicpressureheadmethod;Ttowardofthediffuser11前言1.1背景淡水資源短缺是全球目前面臨的主要社會問題之一,解決淡水短缺問題除了傳統的節約用水、廢水利用、遠途調水等方法外,利用現代技術大規模開辟新的水源則首推海水淡化技術。我國是一個水資源嚴重短缺的國家,人均淡水占有量僅為世界平均水平的1/4。沿海地區經濟發達、人口稠密,淡水供需矛盾更加突出。在陸地淡水資源日益短缺的嚴峻形勢下,人們把目光投向了海洋。我國海水淡化技術的研究起步較早,19671969年全國組織海水淡化會戰,同時開展電滲析(ED)、反滲透(RO)和蒸餾多種海水淡化方法的研究。1981年建成西沙200m3/d電滲析海水淡化裝置;1997年,浙江省重大科技攻關項目“500m3/d反滲透海水淡化示范工程”在浙江省嵊泗縣嵊山島建成投產1;2000年,在國家科技部重點科技攻關項目“日產千噸級反滲透海水淡化系統及工程技術開發”的支持下,先后在山東長島、浙江嵊泗建成了1000m3/d反滲透海水淡化示范工程;2003年,國家發改委高技術產業化項目“山東榮成日產10000噸級反滲透海水淡化示范工程”一期5000m3/d機組在榮成市石島建成投產;2004年,國家科技部科技攻關項目“低溫多效海水淡化示范工程”,3000m3/d低溫多效海水淡化裝置在青島市黃島電廠建成2。經過近40年的研發和示范,我國海水淡化技術已日趨成熟,為大規模應用打下了良好基礎。我國已成為世界上少數幾個掌握海水淡化先進技術的國家之一3。目前已建成運行的海水淡化水產量約為12萬m3/d,在建和待建的工程規模為38萬m3/d。根據國家海水利用專項規劃,我國海水淡化能力2010年將達到80萬100萬m3/d4,2020年將達到250萬300萬m3/d。1.2濃海水處理方法世界上常用的濃海水處理方法可分為兩大類。一類是直接排放,如排入海洋、地表水、污水處理系統等;第二類將濃海水進行再利用,如地表灌溉、制鹽、提取化工原料等5。其中,直接排放投資少、效益高,但其處理不當會對環境造成嚴重污染,故一般采用擴散器來加速濃海水的稀釋,達到保護環境的作用。1.3濃海水處理排海工程濃海水處理排海工程就是將海水經過淡化處理的濃海水通過海洋放流管輸送到離海岸一定距離、一定深度的強流區域,由海洋放流管尾部的擴散器排放,即充分利用海洋的擴散、降解和自凈能力,達到濃海水處理的目的。排海工程的規劃、設計、施工、運行,在國外已有幾十年的歷史。早期建造的排海工程一般只是一條簡單的放流管,末端開口,不帶擴散器,排放的污水也不經過任何預處理。至上個世紀20年代,排海工程開始在放流管的末端增加了一段帶有多孔的擴散器,而且也逐步開始了排海前的預處理。例如,建于1925年的英國Hengistbury污水排海工程安裝了一個有6個噴孔的擴散器。利用多孔擴散器將污水分散排放更有利于污水與海水的混合,它通過其噴嘴將濃海水射入環境水體,是一種用來增強污水與環境水體摻混稀釋能力的工程措施。合理地設計擴散器可使射出的濃海水在較小范圍內獲得高倍數稀釋,并可以提高稀釋效率,降低局部海區的污染程度,避免形成穩定的濃海水場,便于2濃海水的進一步輸移擴散。這樣既充分利用納濃海水體的環境容量和自凈能力,顯著減少濃海水處理費用,又保證環境目標的實現6。1.4本文的工作本文應用數值模擬的方法對海水淡化濃海水尾液排放過程進行研究,預測污染物對環境可能造成的影響范圍和程度,針對濃海水尾液,設計出合理的擴散器形式,并提供可行的減輕不良環境影響的措施,為管理部門提供決策依據,為開發工程的環境保護設計提供科學依據,為作業者實施完善的環境管理措施提供可操作依據,對沿海社會、經濟的可持續發展也有著較為重要的現實意義。32海水淡化的尾液影響海水淡化可為內陸地區節省更多可以利用的淡水資源,這對于長遠解決我國水資源短缺問題具有戰略意義。但在大力發展海水淡化事業的同時,也不可避免地帶來海洋生態環境問題。海水淡化廠排放的濃海水及其所含的污染物(重金屬、化學添加劑等)以及物理性質(如溫度、密度)的變化,如未經適當的處理而直接排放入海,將對海洋生態環境造成相當的沖擊。2.1濃海水對海洋生態系統的影響海水淡化廠排放的濃海水的鹽度一般是取用海水的2倍7。若這些濃海水排放方式不當,將導致排放海域鹽度的升高。以膠州灣為例,按海水淡化水產量20萬m3/d、膠州灣海水交換周期為60天計算,若產生的濃海水全部排入膠州灣,則膠州灣的平均鹽度將每年上升約0.3個鹽度單位,30年后膠州灣的平均鹽度將超過40,與死海的鹽度相當。鹽度的升高會改變海洋生物本身體液與其生活環境海水中滲透壓的平衡,從而降低海洋生物的繁殖力(主要是幼蟲和幼仔),甚至使其滅絕。研究發現許多類海洋生物的呼吸及排泄能力,都與其周遭環境的鹽度有密切的關系。有些海洋生物被稱為狹鹽性,因為它們僅能在一個狹窄的鹽度變化范圍內保持其體液與周圍環境間滲透壓的平衡。而能忍受環境中較大鹽度變化的海洋生物,則被稱為廣鹽性。有些海洋生物雖然在鹽度增高至某一程度時仍能生存,但其細胞的增殖能力卻已大為減低。此外,由于底棲生物無足夠的移棲能力,因此濃海水排放對排水口附近的底棲生物的影響尤其嚴重。2.2海水淡化廠污染物排放海水淡化廠排放水中污染物來源主要有兩類:一類是化學添加劑,如生物殺滅劑(通常為氯氣或次氯酸鈉)、抑垢劑(通常為聚磷酸鹽)、防沫劑、防蝕劑、酸洗劑等;另一類是由管路腐蝕產生的毒性重金屬,如Cu、Ni、Mo、Cr、Zn等。研究表明,以上這些污染物都會對海洋生態系統產生危害。以生物殺滅劑氯氣為例,多級閃急蒸餾法排放水中游離氯含量一般在(0.20.5)10-6,若按淡水/排水(含冷卻水)比19來估算,一個10萬m3/d的淡化廠排放游離氯量為180450kg/d。雖然稀釋作用和降解作用會降低接受水體的游離氯濃度,但即使很低的游離氯濃度也會對海洋生物產生毒害作用。首先,游離氯是一種高效的生物殺滅劑(這也是作為海水淡化生物殺滅劑的原因);其次,游離氯與海水中的有機物發生化學反應,產生若干有致癌作用或毒害作用的鹵化物。美國國家環保局規定海水中游離氯不得超過0.01310-6(短期

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