2023年某某油田第二期青年骨幹培訓班
課題實踐報告
研究領域： 機械設計
課題名稱：減少汙水處理站攪拌式汙水濾罐的濾料損失
指導教師：
學員組別：5
身份證號:
學歷/學位：
學員姓名：
學號：53
學員單位：
職稱/職務：初級工程師
第一部分：問題描述
1、專案概述
1）專案**：
核桃皮由於吸附能力強、過濾效果較好，而且可再生，一直被大慶油田當作汙水濾罐的濾料來使用。但是在濾罐檢修中發現，濾罐濾料損失嚴重，導致處理水質不達標。這造成了檢修成本，影響了注水水質，如何降低濾料損失，是當前需要解決的問題
2）待解決問題背景：
標準要求、成本控制
2、發明問題初始形勢分析授課教師:
1）當前系統的功能及組成：
攪拌式核桃殼汙水濾罐主要用於過濾汙水中的**以及雜質等物質，保證水質合格。主要由罐體，進水管線，出水管線，攪拌系統，濾料等幾個方面組成。
2）當前系統的工作原理：
在壓差作用下，汙水流過一定厚度的由多孔粒狀物質（稱過濾介質或濾料）組成的濾床，使水中雜質截留在濾料表面或濾料空隙內，使水得到淨化，這一工藝稱過濾。過濾不但能除去水中的懸浮物，還能除去油、細菌、藻類、化學劑等，常用於懸浮物濃度低、多數粒子粒徑大於10um的汙水，是常規三段水處理流程的末端處理工藝。
在濾罐正常工作時，系統的汙水經過進水管線，通過篩管，由上自下經過核桃殼濾料、鵝暖石墊層，經過出水篩管後流出濾罐。在進水壓力以及水壓力的作用下，使核桃殼濾料成為乙個壓緊的濾餅，從而使得汙水能夠通過濾餅，保證水質合格
3）存在的主要問題：濾料損失
4）技術引數：
目前使用濾料為核桃殼，粒徑為於0.8mm-1.2mm。篩管的允許通過顆粒直徑為0.8mm。
5）問題解決目標：
運用triz理論解決該問題，從而降低濾罐濾料損失情況
6）限制條件：
濾罐的外部結構不能改變，現有的進水方式、出水方式不能改變，管線的直徑以及布置等不能改變，
7）詳細列出目前解決的方案或類似產品的解決方案或已有專利，並分析存在問題：
第二部分：分析工具
3、系統分析—九屏圖授課教師:
圖2、濾罐系統的九屏圖a
提出技術方案：
f1：提出調整反沖洗的流量—壓力—時間曲線，是之更加合理化
f2：選擇吸附效能更好，**低廉，硬度和韌度更好的新型材料取代現有濾料。
f3: 調整篩管的結構設計，保證是圓孔結構，防治濾料不規則造成跑料
f4：引進汙水系統自動化控制系統，避免人為因素造成的不穩定以及發沖洗流量、壓力的不合理。
4、資源分析授課教師：
提出技術方案：
f1 加大過濾前汙水的沉降效果，使得汙水內部的固體顆粒以及含油雜物濃度降低，例如新增氣浮機。
f2 改善人員操作的穩定性，建議使用自動化作業系統，人員僅僅負責監控裝置執行以及事故維修。
f3 合理調整反沖洗的流量-壓力-時間，防治不合理的反沖洗曲線導致濾料達到破碎壓力，造成濾料的破碎
f4 調整配水篩管的結構，
5、因果鏈分析授課教師:
歸納根本原因：111 121 122 131 21 22 311 312
人的技能不足；上級系統來液量大；上級系統來液壓力大；反沖洗流量大、壓力大、時間久；篩管的結構缺陷；攪拌機構的設計缺陷；濾料的物理性質存在缺陷；濾料的加工工藝不足
確定要解決的關鍵原因：
反沖洗流量大、壓力大、時間久；濾料的物理性質存在缺陷；濾料的加工工藝不足。
提出技術方案：
f1 引進汙水系統自動化控制系統，避免人為因素造成的不穩定以及發沖洗流量、壓力的不合理。
f2調整反沖洗的流量—壓力—時間曲線，是之更加合理化
f3調整篩管的結構設計，保證是圓孔結構，防治濾料不規則造成跑料
f4攪拌機構應該選擇偏心設計，避免當前設計對濾料的破碎作用。
f4選擇吸附效能更好，**低廉，硬度和韌度更好的新型材料取代現有濾料。
6、功能分析授課教師：孫國強
元件分析
矩陣分析表：
**分析：
系統功能定義：
功能分析
圖5、 縱向定位裝置系統功能模型圖
歸納不良效應：
1， 汙水對濾料的侵蝕（汙水的壓力過大會造成濾料的破碎；汙水中的雜質造成濾料的失效，汙水中化學物品造成濾料的泥化。）
2， 攪拌器對濾料的過度攪拌（攪拌初期的高速攪拌會造成濾料的破碎和泥化。）
3， 反沖洗水對濾料的過度衝擊（反沖洗的壓力高、流量大、時間久，會造成濾料在出水口篩管處破碎、泥化。）
4， 篩管對濾料的阻擋效果不充分（篩管的設計會造成粒徑小的濾料流失。）
5， 墊層對濾料的承載不充分（墊層的級配不合理，會造成濾料隨著大通道向下部篩管集中，進而破碎流失，影響注水水質）
確定解決的關鍵問題：
濾料破碎以及泥化，造成濾料損失
提出技術方案：
f1 保證汙水進入濾罐系統時的壓力平穩，防治濾罐系統憋壓；按週期進行反沖洗，防止濾料板結，從而防治高壓力造成濾料破碎
f2 攪拌器攪拌初期時，要間歇式、低轉速運轉，等罐內濾料有一定初速度時再提高速度。這樣能防止濾料在由靜止轉為運動時的壓力變化；
攪拌器在結構上可以設定為偏離罐體中心位置，一方面是防止產生渦流時聚集在罐體中心的濾料被攪拌槳打碎。另一方面可以利用偏心原理使濾料攪拌的更加充分。有利於提高濾料清洗效率，節約能源。
f3 反沖洗過程中由於流量過大，壓力過高，持續時間長等因素會造成濾料的破碎。因此應該投用現階段各個聯合站已經建成的反沖洗自動化控制系統，使流量-壓力-時間曲線進行上進行優化，避免人為操作的誤差，
f4 篩管的篩孔應該發生改變在不降低篩管強度以及防腐效能的基礎上，改變孔的形狀，使得濾料不易在篩孔上卡頓，避免造成區域性憋壓。防治濾料破碎。
f5 通過配比實驗研究出最優化的墊層級配，避免留下大孔隙，以防濾料進入墊層，從而破碎流失。
f6 通過選型實驗選擇**低廉、比表面積大、孔隙多、強度高，韌度大、容易再生、經濟適用的新材料替代現在已有的核桃殼濾料。使得水質達標，同時濾料損失的情況解決。
f7f8
7、功能裁剪模型授課教師：
系統功能裁剪模型
系統功能裁剪模型
提出解決的關鍵問題：
取消墊層、攪拌機構、反衝水系統
提出技術方案：
f1：研究一種濾料結構，它既能有過濾作用，又在特定條件下有自清潔功能，同時還能支撐自己在系統中的位置不變化。
第三部分：運用triz工具解決問題
8、最終理想解授課教師:
提出技術方案：
1）提出調整反沖洗的流量—壓力—時間曲線，是之更加合理化
2）選擇吸附效能更好，**低廉，硬度和韌度更好的新型材料取代現有濾料。
3) 調整篩管的結構設計，保證是圓孔結構，防治濾料不規則造成跑料
4）引進汙水系統自動化控制系統，避免人為因素造成的不穩定以及發沖洗流量、壓力的不合理。
9、技術矛盾授課教師:
1)原問題技術矛盾的表述：
問題是什麼？
如何降低汙水濾罐的濾料損失。
現有的解決方案？
降低反沖洗水的壓力。
上述方法的缺點?
清洗濾罐的效率降低。
確定要解決的技術矛盾為 tc-?，它發生在（ 選用新型濾料 ）與（ 成本 ）之間，發生在（ 降低濾料損失 ）的時候。
2)問題模型--對應的39個通用工程引數
改善的引數： no 11應力
惡化的引數：no 39生產率
3)解決方案模型
28 35 10 23
28-系統替代法：利用超聲波**代替反衝水的作用，使濾料自己清洗自己。
35-效能轉化法：在反沖洗時區域性提高溫度，使濾料體積相對膨脹，使濾料空隙增大，便於清洗。
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