автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Физическое моделирование и разработка регенеративных деэмульгаторов очистки судовых нефтесодержащих вод

На правах рукописи

Тихомиров Георгий Иванович

ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА РЕГЕНЕРАТИВНЫХ ДЕЭМУЛЬГАТОРОВ ОЧИСТКИ СУДОВЫХ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ВОД

05.08.05 «Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Владивосток - 2004

Работа выполнена в Морском государственном университете имени адмирала Г.И. Невельского

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор, лауреат Государственной премии РФ по науке и технике, член-корреспондент РАН Чуканов Виктор Николаевич

доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ Кича Геннадий Петрович

доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ Якубовский Юрий Владимирович

Ведущая организация

Дальневосточный научно-исследовательский институт морского флота (ДНИИМФ)

Защита состоится 3 марта 2004 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 223.005.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук при Морском государственном университете им. адм. Г.И. Невельского по адресу: 690600, г. Владивосток, ул. Верхнепортовая, 50а

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан 30 января 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Резник А. Г.

ОБШДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Очистка нефтесодержащих вод (НСВ) на морском транспорте относится к числу наиболее актуальных задач, решение которой непосредственно связано с надежностью технической эксплуатации судового теплоэнергетического оборудования и охраной окружающей среды от загрязнений сточными нефтесодержащими водами, особенно в прибрежных районах при судоходстве и деятельности береговых предприятий.

Присутствие нефтепродуктов (НП), например, в питательной воде главных судовых парогенераторов недопустимо, а для вспомогательных паровых котлов весьма ограничено (0,3-0,5 мг/л), т. к. приводит к образованию на теп-лопередающих поверхностях нагрева углеводородных отложений с высоким термическим сопротивлением, вызывающих перерасход органического топлива и снижение надежности котельных установок.

Хотя общее количество сбрасываемых с судов нефтесодержащих вод (сточных вод, имеющих в своем составе нефтеостатки) по абсолютному значению в сравнении с аварийными разливами танкеров невелико, их влияние на экологическое состояние морской среды весьма существенно, особенно при увеличении числа судов, их тоннажа и интенсивности судоходства в прибрежных районах плавания.

На всех морских судах в настоящее время имеются достаточно эффективные технические средства для очистки от НП конденсатов отработавшего пара и фильтрующее оборудование (ФО) для предотвращения загрязнения моря (ПЗМ) сточными нефтесодержащими водами (СНВ), технологические схемы обработки воды которых нуждаются в совершенствовании.

Качество очистки питательной воды для судового теплоэнергетического оборудования регламентируется правилами его технической эксплуатации, а ФО по ПЗМ подвергается периодическим освидетельствованиям на предмет соответствия требованиям Международной конвенции по предотвращению загрязнения моря с судов (МАРПОЛ 73/78), оговоренных в Резолюции Международной морской организации (ИМО) МЕРС 60 (33).

На морском транспорте для очистки СНВ получили распространение нефтеводяные сепарационные установки отстойно-коалесцентного типа. Однако это простое и достаточно эффективное оборудование оказалось практически непригодным, когда на морских судах стали использовать тяжелые сорта жидкого топлива с относительной плотностью 0,95-0,98 г/см3. Нефте-водяная смесь, содержащая НП такой плотности в эмульгированном состоянии, не разделяется гравитацией даже при нагреве. Поэтому очистить воду от тяжелых НП можно только фильтрованием её через нефтеёмкий пористый материал. В этой связи Резолюцией ИМО МЕРС 60 (33) с 1998 г. рекомендовано на вновь строящихся морских судах использовать фильтрующее оборудование (ФО), т. е. фильтры или комбинации сепараторов и фильтров, обеспечивающие очистку воды от НП до 15 млн-1.

Анализ технической эксе

новок на различных морских

вует об их низкой эффективности в основном из-за недостатка сменно -запасных фильтрующих элементов (импортных и отечественных), ресурс которых обычно не превышает 100 часов. Качество очистки льяльной воды, как и ресурс очистных устройств, зависят в основном от размеров капель НП, их сорта и концентрации в очищаемой воде, а также от наличия в ней поверхностно-активных веществ (ПАВ), стабилизирующих нефтеводяиые эмульсии.

Ресурс любого фильтрующего материала ограничен во времени из-за явления кольматации его пористой структуры асфальтенами и парафинами жидкого топлива, а также ограниченной нефтеёмкости. С другой стороны, если материал пригоден для очистки воды, содержащей легкое топливо, то он не пригоден для разделения смесей, содержащих тяжелые НП, и наоборот.

Поэтому разработка и внедрение новых конструкций регенеративных коалесцентных фильтроэлементов, обладающих большим ресурсом, для существующих типов ФО является задачей весьма актуальной.

Анализ современных конструкций судовых технических средств очистки СНВ свидетельствует о том, что в большинстве своем выбор технологии очистки льяльных вод и приемов её реализации являются не всегда обоснованными, а, следовательно, и неэффективными.

Цель работы. Расширить представления о природе явления коалесцен-ции нефтепродуктов в очистном оборудовании отстойно-коалесцентного типа с зернистой загрузкой из полимерных материалов в широком диапазоне изменения физических и химических свойств очищаемой дисперсионной среды (пресной, морской воды и их смесей).

На основе совершенствования процесса разделения нефтеводяных смесей коалесценцией предложить новые конструктивные решения, повышающие эффективность и надежность работы судового оборудования для очистки нефтесодержащих вод в соответствии с новыми требованиями Международной конвенции по предотвращению загрязнения моря с судов (МАРПОЛ 73/78), оговоренных Резолюцией ИМО МЕРС 60(33). Для решения поставленной цели:

• выполнен анализ информации о составе и свойствах судовых нефтесо-держащих вод, а также современных методов их очистки;

• экспериментально определены зависимости, описывающие влияние параметров обработки на эффективность и основные режимные характеристики новых коалесцентных деэмульгаторов;

• обоснован и произведен выбор зернистых коалесцентных материалов, обладающих оптимальными гидродинамическими характеристиками, механической прочностью и стойкостью к действию воды и агрессивных сред для новых конструкций регенеративных фильтроэлементов-деэмульгаторов;

• исследованы режимные характеристики новых конструкций фильтро-элементов-деэмульгаторов, а также выполнены их полномасштабные натурные и промышленные испытания под надзором Тихоокеанской инспекции Регистра в составе судового очистного оборудования;

• исследована эффективность доочистки СНВ в напорных фильтрах с природным сорбентом (цеолитизированным туфом Чугуевского месторождения Приморского края);

• разработана и внедрена более чем на 120 морских судах Тихоокеанского бассейна технология очистки СНВ до значений предельно допустимых сбросов (ПДС), в том числе и для прибрежных морских акваторий хозяйственно-бытового назначения и береговых" судоремонтных предприятий:

Научная новизна работы. На основе метода физического моделирования процессов разделения нефтеводяных смесей в аппаратах с зернистой загрузкой из коалесцентных материалов, синтезированных из нефти, экспериментально исследованы процессы очистки нефтеводяных смесей в диапазоне 1,0-25%-го нефтесодержания. Установлены аналитические зависимости, описывающие процесс очистки воды в коалесцентной ступени нефтеводяного сепаратора в зависимости от её нефтесодержания, скорости фильтрации, толщины зернистого слоя полимерных материалов.

Результаты экспериментальных исследований смачиваемости мазутом полимерных материалов позволили установить их пригодность для разделения грубодисперсных нефтеводяных смесей. Эффективность разделения неф-теводяных смесей зависит в основном от структуры и размеров гранул зернистой загрузки коалесцентного аппарата.

Установлено, что в поровом пространстве между гранулами загрузки коалесцентного аппарата протекают процессы межкапельной и контактной коалесценции, кинетика которых определяется временем утончения и разрыва пленки дисперсионной среды, заключенной между каплями НП и поверхностью гранул. Эффективность разделения нефтеводяной смеси коалесценци-ей зависит от вязкости НП и толщины слоя зернистой загрузки, его структуры и гидродинамики потока, а также от неразрывности дренажа пленки НП с поверхности гранул загрузки и удерживающего устройства.

Обработка потока нефтеводяной смеси в постоянном магнитном поле повышает эффективность разделения её в коалесцентной ступени очистки нефтеводяного сепаратора.

Практическая ценность работы заключается в том, что впервые решена проблема создания регенеративных коалесцентных деэмульгаторов на основе зернистой загрузки из синтетических материалов, обладающих стойкостью к воде и различным детергентам, с большим ресурсом и высокой очистной способностью.

Разработаны конструкции регенеративных коалесцентных фильтроэле-ментов-деэмульгаторов с радиальным и осевым током - очищаемой воды, а также технология модернизации сепарационных установок типа СКМ с целью повышения их очистной способности до 15 млн-1. Внедрение этой технологии более чем на 120 морских судах различного назначения Тихоокеанского бассейна России позволило отечественным судовладельцам обеспечить своевременное выполнение новых требований МАРПОЛа.

Результаты исследований использованы при создании промышленных очистных комплексов на базе танкеров водоизмещением 20000 per. т и судовых нефтеводяных сепараторов типа ККС-50 (производительностью 50 м3/ч, японской фирмы «Taiho Industries Co., LTD») ДВМП, а также для неф-тетранспортных и судоремонтных предприятий.

Впервые установлено, что лучшими зернистыми материалами для разделения нефтеводяных эмульгированных смесей являются анионит марки АВ 17-8 и сополимер стирола с 7,8 %-м содержанием дивинилбензола (ДВБ).

Автором разработана и прошла промышленные испытания портовая плавучая установка (ООО «Транс Эко») очистной способностью до 3,0 млн*1 на базе модернизированного ФО типа СК-4М для локальной очистки СНВ в бухте Золотой Рог во Владивостоке.

Достоверность научных выводов и рекомендаций обеспечивается использованием классических положений теории процесса коалесценции, подтвержденных положительным и длительным опытом эксплуатации внедренных промышленных установок.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на международных, всесоюзных, российских и региональных научных конференциях: «Проблемы охраны окружающей среды и рекуперации вторичных ресурсов на предприятиях Минсудпрома и при эксплуатации судов» (Николаев, 1982 г.); «Проблемы автоматизации, эксплуатации и проектирования специальных систем танкеров» (Владивосток, 1987 г.); «Рабочие процессы в теплоэнергетических установках» (Владивосток, 1993); «Инженерные решения проблем экологии прибрежных регионов» (Владивосток, 1994 г.); «Экология и безопасность жизнедеятельности (энергетика и технология)» (Владивосток, 1994 г.); «Нетрадиционная энергетика и технология» (Владивосток, 1995 г.); «Наука — морскому флоту на рубеже XXI века» (Владивосток, 1998 г.); международные экологические конгрессы «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности» (Санкт-Петербург, 1998 и 2000 гг.); «Экология, безопасность, охрана труда и устойчивое развитие Дальневосточных территорий» (Владивосток, 1998, 1999, 2003 гг.); Первый международный инвестиционный конгресс «Новейшие технологии в системе интеграционных процессов территорий стран Азиатско-Тихоокеанского региона» (Владивосток, 2000 г.); международные научно-практические конференции «Проблемы транспорта Дальнего Востока» (Владивосток, 2001 и 2003 гг.); «Вопросы теории и практики магнитной обработки воды и водных систем» (Москва, 1969, 1971 и 1981 гг.; Новочеркасск, 1975 г.) и др.

Основные результаты и положения, выносимые на защиту.

1. Модель физического процесса разделения нефтеводяной смеси в коалесцентной ступени очистки нефтеводяного сепаратора на основе зернистой загрузки из полимерных гранул круглой формы.

2. Зависимости изменения качества очистки нефтеводяных смесей в коалесцентных ступенях сепараторов от исходного нефтесодержа-ния, скорости фильтрации и толщины слоя зернистой загрузки из полимерных материалов.

3. Наиболее эффективный материал (ДВБ), впервые предложенный для разделения нефтеводяных смесей в судовых системах очистки технологических и сточных нефтесодержащих вод.

4. Конструкции регенеративных коалесцентных фильтроэлементов-деэмульгаторов с осевым и радиальным током очищаемой воды на основе зернистой загрузки из полимерных материалов.

5. Разработанная автором технология модернизации судовых нефтево-дяных сепарационных установок типа СКМ, внедрение которой на морских судах Тихоокеанского бассейна России внесло значительный вклад в развитие технических средств очистки судовых технологических и сточных нефтесодержащих вод.

6. Результаты применения природного цеолитизированного туфа Чугуевского месторождения Приморского края в качестве сорбента для глубокой доочистки сточных нефтесодержащих вод.

7. Метод предварительной обработки нефтеводяных смесей в постоянном магнитном поле с целью повышения эффективности процесса разделения их коалесценцией.

Личный вклад автора. В диссертации изложены результаты многолетних исследований, выполненных непосредственно самим автором:

• направление работы и методика решения проблемы, постановка задач и программы исследований;

• организация, планирование и проведение экспериментальных исследований на лабораторных и промышленных установках;

• обработка, анализ и обобщение данных экспериментальных исследований, формулировка основных закономерностей физического моделирования процесса очистки нефтесодержащих вод;

• участие в проектировании, изготовлении, монтаже и натурных испытаниях ФО, организация его крупномасштабных промышленных испытаний под надзором инспекции Российского Морского Регистра судоходства.

Автор выражает глубокую признательность коллективу кафедры судового вспомогательного энергетического оборудования и систем Морского государственного университета имени адмирала Г. И. Невельского, оказавших содействие и принявших участие в проведении экспериментов и натурных испытаниях модернизированных промышленных установок.

Публикации. Список публикаций по материалам диссертации включает 70 работ, в том числе основных - 30 наименований, из них 2 патента РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, девяти глав, выводов, списка литературы и приложения. Основное содержание работы изложено на 288 страницах машинописного текста и включает 88 рисунков, 25 таблиц. Список литературы состоит из 184 наименований. Приложение содержит акты типовых испытаний оборудования, модернизированного по технологии, разработанной автором, и результаты внедрения работ на промышленных объектах Дальнего Востока.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности проблемы очистки судовых нефтесодержащих вод и методов их практической реализации при эксплуатации СЭУ; сформулированы основные цели исследования; дана крагкая характеристика содержания работы и основных полученных выводов.

В главе 1 «Современное состояние проблемы очистки судовых нефтесодержащих вод и экологическая безопасность СЭУ» проведен анализ научно-технической информации по источникам загрязнения судовых технологических и льяльных вод, рассмотрены подходы к уменьшению этих загрязнений с целью повышения надежности и экологической безопасности судовых энергетических установок.

Отличительной особенностью льяльных вод, нефтесодержащих вод судовых машинных отделений (МО) является присутствие в них грубодисперс-ных и мелкодисперсных НП, пресной и морской воды, некоторого количества поверхностно-активных веществ (ПАВ), создающих условия для образования стойких нефтеводяных эмульсий.

Анализ технической эксплуатации судового ФО свидетельствует о том, что в большинстве своем оно не приспособлено для очистки льяльных вод от эмульгированных НП. Фильтроэлементы на основе природных и пористых синтетических материалов имеют постоянную порометрическую систему (фиксированный объём пор) и обладают ограниченной нефтеёмкостью, регенерировать (очистить и повторно использовать) которую после заполнения тяжелыми фракциями нефти не представляется возможным. Поэтому фильтры, изготовленные из этих материалов, имеют ограниченный ресурс, периодически подлежат замене и утилизации.

К настоящему времени в технике очистки нефтесодержащих вод определились следующие методы:

• фильтрация через пористые зернистые материалы, обладающие адгезионными свойствами;

• фильтрация через волокнистые и эластичные материалы;

• фильтрация через пластинчатые пакеты, насадки и фильтроэлементы из коалесцентных материалов.

Два первых метода близки между собой по основным технологическим принципам, лежащим в основе процесса отделения НП от воды, и отличаются разной нефтеёмкостью, способностью к частичной регенерации фильтрующей загрузки и конструктивным оформлением.

Третий метод принципиально отличается от первых двух тем, что после коалесцентного аппарата нефтесодержание обработанной воды не меняется, а остается постоянным, равным нефтесодержанию смеси на входе в фильтро-элемент. Изменяется структура смеси, которая после обработки может разделяться отстаиванием.

Под коалесценцией понимают слияние частиц дисперсной фазы нефте-водяной смеси с разрывом первоначально разделяющей эти частицы пленки дисперсионной среды (воды). Это приводит к изменению фазово-дисперсного

состава смеси и укрупнению капель исходной эмульсии за счет их слияния на поверхности коалесцентного материала. Нефтеводяная дисперсная система становится неустойчивой и быстро расслаивается.

Несомненным достоинством метода разделения НСВ коалесценцией является его непрерывность, т. к. расход Ш1 на выходе из слоя загрузки соответствует его значению на входе. При организации безотрывного дренажа пленки НП из коалесцентного аппарата можно достичь 100 % разделения дисперсной фазы нефтеводяной смеси. При разделении нефтеводяных смесей с минимальным содержанием механических примесей и высоковязких НП межрегенерационный период может составлять несколько лет.

Конструктивно коалесцентная ступень очистки нефтеводяного сепаратора отличается от фильтра тем, что после коалесцентного аппарата в сепараторе обычно предусматривается отстойная полость для завершения процесса формирования, отрыва и всплытия крупных капель НП с последующим их отводом при нагревании.

В технике фильтрования известны разные схемы и области действия весьма сложных механизмов отсева дискретных частиц при разделении водных суспензий: ситовый, диффузионный, седиментация, зацепление, инерционный и электрокинетический. Процессы фильтрации нефтеводяных эмульсий ещё сложнее. Поэтому до настоящего времени они мало изучены.

При рассмотрении процесса коалесценции капельных НП часто пользуются теорией устойчивости коллоидных систем Дерягина-Ландау-Фервея-Овербека, так называемой теорией ДЛФО. Однако применительно к льяль-ным водам морских судов эта теория малоэффективна, т. к. она рассматривает устойчивость монодисперсных коллоидных систем. Взвешенная же фаза загрязнений судовых технологических и льяльных вод не только полидисперсная, но и может иметь в своем составе различные вещества.

При разделении нефтеводяных смесей различают межкапельную коа-лесценцию НП в объеме воды и коалесценцию капель НП на поверхности олеофилыюго материала коалесцентного аппарата.

Элементарный акт взаимодействия капли НП и поверхности коалес-центного материала представляется в виде следующих стадий:

• приближение капли к поверхности раздела фаз, приводящее к деформации как самой капли, так и границы раздела дисперсионной среды между каплей и поверхностью материала;

• утончение и разрыв пленки дисперсионной среды и перенос содержимого капли на поверхность олеофильного материала с образованием на ней пленки НП; в дальнейшем коалесценция капель НП из движущего-

• .. ся потока смеси происходит уже на поверхности этой пленки.

Коалесценция капель НП на поверхности пленки сопровождается мас-сопередачей, поэтому толщина пленки НП увеличивается, и она непрерывно удаляется с поверхности из-за локального отрыва и перетекания в направлении потока фильтрации очищаемой среды.

Работы О. Рейнольдса, Дж. Смолуховского, Т. Джиллеспи и Е. Ридила, Г. Джефриса и Дж. Хоксли, Е. Кокбена и Мак-Робертса, Р. Волла и Г. Адом-

сона, Г. Лоусона, Н. Савитовского и Б. Джеймса, К. Хансона, А. Н. Колмогорова и многих других авторов заложили основы классических положений теории коалесценции дисперсных капель на поверхности и в объеме среды.

Для протекания коалесценции необходимо подавить турбулентность внутри жидкости настолько, чтобы капли могли мигрировать к границе раздела двух жидких фаз и образовывать в этой области гетерогенную зону. Скорость миграции или флокуляции (стекания, группирования) капель определяется такими свойствами, как разность плотностей между фазами Ар, вязкостью сплошной фазы Мс и размером капель а. Коалесценция капель внутри указанной зоны завершает процесс разделения фаз.

Процесс коалесценции весьма сложен, поэтому первые детальные работы относились к изучению простейшего случая коалесценции единичных капель на плоской поверхности раздела двух жидких фаз. Они были выполнены с целью лучшего понимания физических процессов и установления факторов, определяющих элементарные стадии процесса коалесценции.

В водных системах, относящихся к полярным жидкостям, флокуляция и коалесценция происходят с трудом, особенно если капли очень малы (менее 10 мкм). При температурах среды менее 10 °С такие капли, например мазута марки М40 (рис. 1), не коалесцируют. В этих случаях разделение фаз легче осуществить пропусканием дисперсий через слои волокнистых материалов. Капли увеличиваются внутри этих слоев за счет коалесценции, и полученная дисперсия затем легко разделяется отстаиванием. На этом принципе собственно и построены все современные установки для очистки судовых нефте-содержащих вод.

V

Дж. Смолуховский, анализируя скорость коалесценции в дисперсиях, еще в 1917 году предложил идеализированную модель для расчета скорости коалесценции системы капель. Однако эту задачу оказалось невозможно решить до нашего времени, пока не были проведены важные исследования, большинство из которых посвящено изучению коалесценции единичных капель на плоской поверхности раздела фаз.

Т.Джиллеспи и Е. Ридил сделали вывод, что скорость коалесценции капель определяется процессом утончения и разрыва пленки, воды, заключенной между каплей и поверхностью раздела фаз. Считалось, что форма капли подобна форме газового пузыря и что радиус следа пленки Я связан с (Ьизи-ко-химическими свойствами системы соотношением Яе — а2, (1) где радиус сферы; межфазное натяжение; ускорение силы тяжести.

Рис. 1. Флокуляция капель мазута М40 (размером 10 мкм и менее) в природной воде при температуре 10 °С

и

Они установили, что коалесценция маловероятна, пока не пройдет некоторое время Процесс утончения пленки протекает до тех пор, пока она не достигнет толщины А0) после чего возможен её разрыв. Разрыв наступает в некоторой точке окружности пленки длиной как результат флуктуации толщины пленки, возникающих из-за механических колебаний и температурных эффектов. Предполагая, что вероятность разрыва пленки обратно пропорциональна её толщине, они предложили уравнение

где N0 - общее число капель, взятых для изучения; N - число капель, не успевших коалесцировать ко времени (.

В этом выражении константа коалесценции К связана с физическими свойствами системы зависимостью К =/СоА0(6о/сцл)112, (3)

где /СдАо - коэффициент, характеризующий флуктуации; /1 — вязкость.

Было найдено, что К и почти линейно возрастают с ростом температуры и увеличением размеров капель для системы «бензол - вода».

На скорость приближения капель ПП к коалесцентной поверхности и на скорость коалесценции их на ней влияют сила тяжести и сила Архимеда /*а, сила гидравлического сопротивления движению частицы вблизи межфазной поверхности .Рс» межмолекулярное притяжение ^м и электростатическое отталкивание а также гидродинамическое увлечение капли движущимся потоком жидкости Ру. В общем случае

где масса капли; ускорение движения капли.

Силы межмолекулярного взаимодействия Ван-дер-Ваальса имеют электрическую природу и складываются из ориентационных, индукционных и дисперсионных сил притяжения. Между неполярными молекулами, к числу которых принадлежат и молекулы НП, действуют силы дисперсионного взаимодействия.

Для моделирования процесса коалесценции дисперсных частиц нефте-водяной эмульсии, имеющих плотность меньше воды, на поверхности зернистых гидрофобных материалов необходимо решить уравнение движения эмульгированной капли вблизи границы раздела фаз. При этом необходимо отметить, что начальная скорость движения капли может определяться либо подъемной силой в статических условиях, либо гидродинамической силой увлечения капли потоком жидкости.

Учитывая направления действия рассмотренных сил, а также то, что а = ¿ЫШ, а V = — сНИШ, уравнение (4) априори Г. А. Роевым и Ю. П. Седлухо предложено в виде

где Л ~ 1 мкм - радиус капли НП вблизи плоской межфазной границы; Ц — динамическая вязкость воды;

безразмерные переменные толщина пленки воды между ка-

плей НП и коалесцентной поверхностью); А - кратчайшее расстояние между

поверхностями частиц НП или частицы НП и коалесцентным материалом; А — постоянная Ван-дер-Ваальса - Гамакера, а Ц(х) = + (- + ; £0 = 8,85*10"12 Ф/м - диэлектрическая проницаемость вакуума; 8 - диэлектрическая проницаемость дисперсной среды; ^ — потенциал слоя Гельмгольца; поверхность капли НП 8 = 27!Ях, где 1/х — эффективная толщина двойного электрического слоя.

Как известно из работ академика П. А. Ребиндера и его сотрудников, наличие двойного электрического слоя на поверхности капелек эмульсии является слабым стабилизирующим фактором. Однако он становится эффективным для разбавленных эмульсий с содержанием дисперсной фазы в пределах 0,01-0,1 %. Эти концентрации НП чаще всего и имеют место в реальных технологических водах СЭУ и СНВ, поступающих в последние ступени судового очистного оборудования.

Найти точное решение уравнения (5) не удается. Оно может быть решено с помощью размерного анализа входящих величин. Так как эффективность работы коалесцентного деэмульгатора определяется суммарным эффектом рассмотренных сил молекулярно-поверхностного взаимодействия и гидродинамических сил, возникающих в поровом пространстве фильтрующего материала, математическое описание процесса коалесценции еще в большей степени усложняется. На данном этапе решение ряда технологических вопросов невозможно без всесторонних экспериментальных исследований.

Теоретически и экспериментально метод коалесценции НП в водных растворах слабых электролитов исследован значительно меньше, чем другие. Поэтому в технической литературе отсутствуют методики расчета и проектирования коалесцентных фильтроэлементов. Не выявлен ряд факторов, влияющих на протекающие при коалесценции физико-химические процессы. Это также является следствием их сложности и трудности моделирования. Тем не менее, этот метод разделения нефтеводяных смесей получил широкое распространение в технике очистки судовых льяльных вод как метод предварительной деэмульгирующей обработки очищаемой СНВ.

Примером простой в управлении и надежной в эксплуатации судовой нефтеводяной сепарационной установки отстойно-коалесцентного типа может служить отечественная установка типа СКМ, отвечающая требованиям Резолюции ИМО А.393(Х). Анализ технической эксплуатации этого оборудования на судах Тихоокеанского бассейна России позволил выявить некоторые его недостатки, присущие большинству типов и импортного ФО.

Анализ патентных материалов и опыт работы ряда зарубежных фирм по производству судового ФО показывают, что необходима разработка специальных коалесцентных материалов с широким диапазоном свойств, основными из которых являются высокая эффективность деэмульгирования НП и способность материала к регенерации. Пока сделаны лишь первые попытки экспериментального изучения влияния некоторых технологических параметров для конкретных нефтеводяных дисперсных систем. Изучали влияние направления фильтрации (снизу вверх или наоборот), а также отрабатывали ме-

тодики экспериментов и схемы опытных установок. Некоторыми авторами ошибочно признано нецелесообразным нисходящее направление потока фильтрации НСВ в коалесцентных фильтрах.

Нами расширен диапазон исследований в этом направлении. Вначале -с целью повышения эффективности судового ФО и нефтеводяных сепараци-онных установок типа СКМ. В дальнейшем - с целью совершенствования собственно метода разделения нефтеводяных смесей коалесценцией.

Задачи исследования, сформулированные на основании проведенного анализа, кратко приведены ранее. Иерархия целей исследования при решении проблемы разделения судовых нефтеводяных смесей коалесценцией представлена на рис. 2. Дерево целей построено так, чтобы была возможность выявить и систематизировать пути решения проблемы как совокупность взаимосвязанных задач - очистки судовых нефтеостатков СЭУ (водонефтяных и нефтеводяных смесей). Анализ показывает, что метод поверхностной коалес-ценции НП с организацией безотрывного дренажа пленки является актуальным направлением исследований, т. к. позволяет сразу получить искомый результат - очищенную техническую воду и чистое котельное топливо.

Если задача очистки топлив и масел от воды с использованием центрифуг на морском транспорте практически решена, то методы разделения неф-теводяных смесей, очистки технологических и сточных вод от НП, а также рекуперации нефтеостатков СЭУ на морских судах требуют дальнейшего изучения и совершенствования.

Глава 2 «Гидродинамические характеристики фильтрующих материалов» посвящена выбору материалов для разработки регенеративных коалесцентных деэмульгаторов на основе зернистой загрузки и рассмотрению процесса фильтрации нефтеводяных смесей через пористые среды.

Главным фактором, влияющим на процесс коалесценции первичных эмульсий, является гидродинамика фильтрационной системы. Её в свою очередь определяют размеры и конфигурация каналов коалесцентного аппарата, исключающие турбулентность и вторичное эмульгирование НП в потоке очищаемой воды. Все это зависит от структуры элементов системы (фибрил-лированные пленки, гранулы, волокна, ткани и т. п.), их шероховатости, а также характеризуется отношением поверхности к объему свободных пор.

Эффективность коалесцентной загрузки удобно определять, как отношение усреднённого диаметра капель НП на выходе из коалесцентного аппарата к усреднённому диаметру их на входе. Она обычно выше, когда дисперсная фаза смачивает поверхность загрузки.

При любом механизме коалесценции время коалесценции увеличивается с уменьшением диаметра капель, разности между плотностями воды и НП и вязкости дисперсной среды. Поэтому в объёме движущейся нефтеводяной смеси в зависимости от вязкости НП межкапельная коалесценция в больших поровых каналах незначительна, т. к. размеры частиц НП очень малы и имеют сферическую форму. К тому же в нефтеводяных эмульсиях на миграцию капель НП сильно влияют и электростатические силы отталкивания, которые также препятствуют межкапельной коалесценции.

Иерархия целей исследования при решении проблемы разделения судовых нефтеводяных смесей коалесценцией

Рис. 2.

Из литературного обзора следует, что весьма эффективными фильтрующими материалами для очистки НСВ могут служить те, которые обладают наименьшими размерами пор. Однако ФО на их основе будет отличаться высоким гидравлическим сопротивлением и низкой производительностью. Поэтому целесообразно рассматривать ФО как комбинацию коалесцентных устройств и фильтров, способных обеспечить степень очистки судовых НСВ в пределах существующих норм ПДС.

Метод очистки НСВ коалесценцией необходимо рассматривать как метод интенсификации какого-либо традиционного разделения (отстаивания, фильтрования и др.), т. е. метод предварительной обработки. Учитывая существующие нормы ПДС для аппаратов ФО судового назначения, его целесообразно использовать как самостоятельный завершающий метод обработки воды, который позволяет укрупнить капельные НП, перевести их в пленочные и организовать их сбор, чтобы вернуть НП на 99,9 % в качестве топлива для судовых котельных установок.

На практике ФО должно быть универсальным, т. е. его эффективность должна быть достаточно высокой при очистке НСВ от легких и тяжелых сортов НП. К тому же ФО должно быть ремонтопригодным и обладающим достаточно высоким ресурсом. Это зависит от конструкции фильтрующей поро-метрической системы, способной подвергаться промывке (регенерации) без разрушения. Поэтому представляет интерес экспериментально исследовать эффективность разделения НСВ в коалесцентной ступени на основе подвижного фильтрующего слоя, состоящего из зернистого материала, имеющего частицы, стойкие к действию очищаемой среды, а также кислот, щелочей и различных детергентов. К таким материалам можно отнести полимеры, синтезированные из нефти, имеющие частицы круглой формы.

Глава 3 «Исследования структуры зернистого фильтрующего слоя» посвящена анализу геометрии зернистого слоя и его обобщенным характеристикам с целью выбора оптимальной конструкции слоя зернистой загрузки регенеративного коалесцентного доэмульгатора.

Зернистый слой представляет собой систему с весьма сложными и многообразными геометрическими характеристиками. Полное их описание включает знание формы элементов, их общего числа в единице объема, линейных размеров всех элементов и их взаимное расположение. Основными характеристиками такого слоя является пористость и удельная поверхность слоя. Долю не занятого элементами зёрен, свободного объема (пористость слоя) обозначим как £ (м3/м3). В этом свободном объеме движется очищаемая нефте-водяная смесь, проходящая сквозь слой. В любом сечении аппарата доля сечения, пронизываемая потоком («живое» сечение), в соответствии с принципом геометрического подобия Кавальери-Лккера, в среднем также равна £. Величина зависит от формы элементов, состояния их поверхности, характера их упаковки в слое и не зависит от абсолютной величины геометрически подобных элементов слоя.

Экспериментальное определение пористости слоя, состоящего из сплошных частиц, не представляет затруднений. Для этого надо измерить

плотность материала частиц р^ и насыпную плотность материала частиц в слое Из очевидного равенства получаем

Поверхность зерен слоя, приходящуюся на единицу его объема, обозначим через а' (мЬм1). Эта величина зависит от размеров и формы элементов слоя и от величины пористости слоя е.

Удельная поверхность зерен (м /м ), отнесенная к единице объема зерен, от не зависит, и величина связана с ней соотношением

Для элементов слоя правильной формы (шары, цилиндры и т. п.) расчет величины а„' по известным размерам элементов может быть произведен сравнительно просто. Здесь же укажем, что а', так же как и е, должна относиться к пространству, омываемому потоками жидкости. Принято в этих случаях определять величину поверхности по перепаду давления, измеренному в зернистом слое в таких режимах течения, для которых существуют достаточно надежные зависимости, связывающие определяемое из эксперимента значение перепада давления и искомую величину

Если размер элемента слоя а' зернистой загрузки фильтра становится сравнимым с диаметром фильтра то в формулу для определения нужно вводить с каким-то поправочным коэффициентом величину внутренней поверхности стенок.

Движение жидкости через зернистый слой из коалесцентного материала в каждой точке между зернами внутри слоя должно подчиняться основным законам гидродинамики — уравнениям Навье-Стокса. Для стационарного течения ньютоновских жидкостей можно написать

где I — вектор скорости в панной точке потока, м/с; V— оператор Набла; р — плотность жидкости, кг/м\ // - ее динамическая вязкость, Па-с; р — давление в данной точке, Па; ускорение свободного падения (9,81 м/с").

Это уравнение выражает равенство сил инерций уме всех действующих сил - перепада давлений, силы внутреннего трения и вес жидкости. Поскольку скорости течения в аппаратах всегда малы по сравнению со скоростью звука, то поток жидкости и даже газа можно считать практически несжимаемым. Тогда уравнение неразрывности примет вид

К этим уравнениям следует добавить граничные условия отсутствия скольжения, т. е. по всей поверхности зернистого слоя.

Сложная геометрическая структура зернистого слоя из частиц сферической формы (рис. 3) не позволяет точно определить положение точек, в которых выполняется граничное условие. Это обстоятельство, а также нелинейность уравнения типа (8) не позволяют получить точные решения для скоростей и перепада давлений в коалесцентном фильтрующем слое.

На рис. 3 изображен участок, вырезанный из слоя сферических частиц с максимально плотной упаковкой. Из рисунка видно, что поровый канал меж-

ду зернами загрузки коалесцентного аппарата отклоняется от вертикали и его ось не прямолинейна. При высоте выделенного элементарного участка / = 0,707-</. По С. Слихтеру, длина искривленного канала /0= 1,065-г/, (10) т. е. длина пор, пронизывающих слой зернистой загрузки, превышает его высоту в 1,5 раза.

В условиях преобладания сил вязкости уравнение (8) становится линейным, и в некоторых случаях исследователям при сильной идеализации геометрической структуры слоя удается найти точные или приближенные решения. В общем же случае для анализа течения в коалесцентном фильтрующем слое, имеющем частицы сферической формы, приходится обращаться к экспериментальному материалу с использованием при его обработке методов теории подобия.

Влияние гравитационных сил, направленных вниз по оси Z, может быть учтено введением гидростатического напора, т. е. преобразованием давле-

Перепишем уравнение (11) в виде

Рассматривая фильтрующий слой зернистой загрузки деэмульгирующе-го аппарата как однородную в среднем среду, мы можем усреднить все входящие в уравнение (12) слагаемые по сечению аппарата и получить выраже-

ние для перепада давления вдоль потока через аппарат

(13)

Здесь первое из слагаемых в правой части характеризует силы инерции, а второе - силы вязкости. Характер течения и зависимость потери напора от скорости потока определяются соотношением этих двух слагаемых.

Рассматривая течение в слое как внутреннее, можно ввести эквивалентный диаметр порового канала с1ъ, м. Жидкость течет через слой по проходам сложного сечения, определяемым поверхностью элементов в единице объема а (м2/м3) и долей свободного объема е, (м3/м3). По аналогии с определением эквивалентного диаметра для каналов некруглого сечения имеем

4е

(14)

а» (/-*)

Эта величина является наиболее характерным, определяющим размером стационарного слоя, ибо она объединяет два основных параметра последнего а и е.

В качестве определяющей скорости может быть выбрана одна из двух основных величин:

• средняя скорость сплошной среды и, рассчитанная на всё сечение зернистого слоя, которая является некоторой условной скоростью;

истинная средняя скорость (скорость скольжения) иг. Эта средняя скорость потока в пространстве между зернами связана с и соотношением

Комбинируя уравнения (15) и (14), получаем эквивалентный критерий

и,с1, 4и

Рейнольдса

Кеэ =

(16)

V а V а Мё

В дальнейшем мы будем использовать оба вида критерия Рейнольдса.

Они связаны соотношением

Для зернистого слоя, состоящего из сферических частиц одинакового

КеЭ 4 /|л\

диаметра,

Ле

6(1 -Е)

и с ростом £ от 1/3 до 1/2 отношение IНе возрастает от 1 до 4/3.

Критерий Рейнольдса является основным параметром, определяющим гидродинамические свойства потока в коалесцентном слое, образованном частицами сферической формы.

Анализ геометрии зернистого слоя, состоящего из частиц сферической формы с максимально плотной упаковкой, дает основание считать его гидродинамически оптимальным, исключающим турбулизацию потока при выборе конструкции коалесцентного аппарата-деэмульгатора. В условиях пренебрежения силами инерции точного решения задачи течения жидкости в зернистом слое такого аппарата пока не имеется. Еще в большей степени это относится к рассматриваемому случаю движения нефтеводяной эмульсии, для которого нет точного решения даже в простейших случаях течения жидкости по трубам и при обтекании одиночных шаров.

Вероятно, при насыщении нефтепродуктом пористой среды в ней возникает единственная конфигурация каналов, по которым движется очищаемая нефтеводяная смесь. Эта конфигурация меняется в зависимости от нефте-содержания очищаемой воды.

Глава 4 «Выбор конструкции регенеративного коалесцентного де-эмульгатора» посвящена анализу существующих конструкций современного судового ФО для очистки льяльных вод и обосновывает выбор конструкции регенеративного фильтроэлемента-деэмульгатора.

Проблемы технической эксплуатации ФО в основном связаны с заменой штатных коалесцентных фильтроэлементов или фильтрующих материалов через 50-100 часов их эксплуатации. Ресурс всех видов фильтрующих загрузок определяется нефтеемкостью применяемых сорбентов, которые в большинстве своем являются нерегенеративными и требуют замены. Промывка загрязненных фильтрующих материалов обратным током чистой воды (даже подогретой) не дает желаемых результатов, т. к. не обеспечивает очистки пористой структуры фильтров и требует значительных расходов промывочной воды.

Для регенеративного коалесцентного деэмульгатора его пористая структура и элементы поровых каналов должны быть разборными, способными к механической очистке, замене или ремонту, способными к промывке от налипшей грязи, например в среде органического растворителя или более легкого жидкого топлива. Следовательно, материал зернистой загрузки коалесцентного аппарата должен иметь небольшую относительную плотность, быть стойким к воздействию воды, кислот, щелочей и нефтепродуктов, обладать достаточной механической прочностью.

Чтобы обеспечить непрерывный и безразрывный дренаж пленки коа-лесцированных НП после накопления их на поверхности гранул зернистой загрузки (без образования капель сателлитов) необходимо, чтобы на поверхности этих гранул отсутствовали сколы и острые кромки. Поэтому гранулы должны быть круглой формы.

В качестве удерживающего устройства для зернистых материалов целесообразно выбрать сетку из нержавеющей стали, меди, латуни или капрона. Для обработки льяльной воды лучше использовать капрон, который не вызывает электролитической коррозии стальных конструкций ФО в морской воде.

Из всех известных в литературе зернистых материалов, выпускаемых отечественной промышленностью, вышеуказанным требованиям отвечают синтетические смолы с гранулами гелиевой формы и некоторые полимерные материалы, получаемые из нефти. Поэтому представляет интерес экспериментально исследовать эффективность разделения нефтеводяных смесей в коалесцентной ступени очистки нефтеводяного сепаратора на основе зернистой загрузки из полимерных материалов: анионита марки АВ 17-8 и катио-иита марки КУ-2, имеющих частицы круглой формы, матрицей которых является сополимер стирола с дивинилбензолом (ДВБ), а также анионита марки АН-31, имеющего частицы некруглой формы со сколами. Затем целесообразно сравнить полученные результаты с эффешивностью разделения смесей в зернистой загрузке из естественного полипропилена марки 21020-06 и полиэтилена высокого давления марки 108020, получаемых также из нефти.

Глава 5 «Экспериментальные исследования процесса очистки неф-теводяных смесей в слое зернистых полимерных материалов» посвящена определению влияния скорости фильтрации нефтеводяной смеси с известной концентрацией НП на качество её очистки в коалесцентной ступени сепаратора типа СКМ с параметрами, соответствующими одному коалесцентному фильтроэлементу (времени задержки воды в отстойной зоне, габаритам корпуса фильтроэлемента и т. д.).

По данным предварительных исследований и пересчета основных характеристик с натурного сепаратора была определена область изменения параметров. Входными независимыми переменными были приняты осевая скорость фильтрации О очищаемой воды в слое зернистой загрузки известной толщины и нефтесодержание очищаемой воды на входе в коалесцентный филыроэлемент-деэмульгатор. Зависимой переменной принято нефтесодер-жание в очищенной воде на выходе из коалесцентной ступени сепаратора.

Скорость фильтрации и нефтеводяной смеси, рассчитанная по полному сечению деэмульгатора, изменялась в диапазоне (0,645-2,58)-10-3 м/с. Это соответствует расходу 0 очищаемой воды через один фильтроэлемент сепаратора типа СКМ в пределах от 0,1 до 0,4 м3/ч. Изменение нефтесодержания очищаемой смеси С, регулировалось в пределах от 0,1 до 1,0 %.

Методика проведения экспериментов на установке (рис. 4) была выбрана в соответствии с требованиями Резолюции ИМО А 393(Х) и программы типовых испытаний ФО, разработанной Регистром, и состояла в следующем.

1. Бокс 1 с фильтроэлементом 2 заполнялся чистой водопроводной водой через клапан 13. Перед каждым опытом фильтроэлемент предварительно кондиционировался, т. е. загрязнялся вначале чистым мазутом из емкости 6 насосом 5, а затем промывался чистой водой из емкости 3 с повышенным расходом от насоса 4. Затем насосы останавливались, и регулировалась производительность дозерного насоса 5, а также фиксировались показания водомера 7. После этого насосы 4 и 5 снова включались в работу.

2. По ротаметру 8 устанавливалась заданная скорость движения жидкости через исследуемый слой зернистой загрузки при известной подаче НП. Одновременно открывалась подача воды из бокса в датчик автоматического кон-центратомера нефтесодержания 11 (типа В^АМ 8-646, Франция).

3. Очистная способность установки оценивалась по показаниям концен-тратомера 11 после выхода ее на установившийся режим, когда через ФО прокачивалось не менее двух объемов воды, содержащейся в боксе. Это контролировалось по показаниям водомера 8. Затем производились отборы проб исходной и очищенной воды для химического анализа на нефтесодержание методом ИК-спектрофотометрии по стандартной методике Регистра в одобренной им лаборатории.

Рассматривая модель процесса очистки нефтеводяных смесей в коалес-центной ступени, состоящей из деэмульгатора на основе зернистой загрузки и объема воды в экспериментальном боксе, принимаем две независимые переменные (расход через аппарат нефтеводяной смеси - Q и ее нефтесодержание Cj на входе) и одну зависимую - нефтесодержание очищенной воды С2 на выходе ее из экспериментального бокса.

Поскольку, как уже отмечалось, область исследуемого процесса определена, первоначально было решено построить квадратичную модель вида Y = а0 + aixl + а2х2 + а3х2 + аАх \ + а5ххх2 (19)

где Y - зависимая переменная; Xj,X2 - независимые переменные; a0,ai,a2,a3,aA,as - коэффициенты регрессии.

Кодированные переменные введены для упрощения математической обработки результатов эксперимента. Формулы для перехода от кодированных переменных к натуральным имеют вид:

для первого фактора (Q) у _ Q ~250. (20)

1 150

для второго (С/) Х7 = С'~5500. (21)

3 5196,5

По результатам математической обработки экспериментальных данных построены следующие адекватные модели:

а) «линейная + квадраты + парные взаимодействия»

С2 = 69,4 - 64,5 • и - 0,657-Ю~2- С, + 19,lv2 + 0,411-1 (Г2 vCh (22)

где v — скорость фильтрации, рассчитанная по полному сечению деэмульгатора, мм/с;

в) «экспоненциальная» (рис. 5) С2 = g!,51+0,8l9° ^^

По результатам математической обработки экспериментальных данных установлено, что искомая зависимость описывается уравнением (22).

Анализ рассмотренных моделей (22), (23) и (24) позволяет сделать вывод о том, что наибольшее влияние на процесс очистки НСВ при выбранных условиях обработки оказывает скорость фильтрации НСВ (зависимость 24) и для повышения качества очистки её необходимо снижать (рис. 5).

С целью дальнейшего снижения скорости фильтрации очищаемой воды в натурных фильтроэлементах для сепараторов типа СК и СКМ целесообразно было исследовать эффективность очистки НСВ в коалесцентном фильтро-

элементе-деэмульгаторе с радиальным током нефтеводяной смеси через зернистую загрузку из анионита марки АВ 17-8.

С, *,1 ■)

С ) л

)

с л

С )

4 * *

✓

0.5 1.0 1.5 г,о г,а мм/с

Рис. 5. Зависимость Сг для слоя анионита АВ 17-8 высотой 0,54 м

В ходе работ по совершенствованию судовых нефтеводяных сепараци-онных установок возникла потребность в создании регенеративного коалес-центного фильтроэлемента-деэмульгатора для сепаратора- марки ККС-50 фирмы «TAШO» (Япония), производительностью 50 м3/час.

На основе экспериментальных данных, описанных выше, была разработана конструкция регенеративного фильтроэлемента-деэмульгатора для сепаратора этого типа. Использование в сепараторе штатного фильтроэлемента с радиальным током очищаемой воды и конструкция сепаратора ККС-50 в целом определили условия эксперимента.

Скорость фильтрации, рассчитанная по выходной поверхности модели фильтра и, была принята равной 0,8-1,5 мм/с. Нефтесодержание исходной воды на входе в модель фильтроэлемента-деэмульгатора Су было принято 501000 млн-1 в соответствии с условиями эксплуатации ФО в составе очистного комплекса (ХЗС ВМТП) на базе т/к «Азербайджан». Ввиду больших габаритов коалесцентного фильтроэлемента определение его режимных характеристик производилось на модели, общий вид которой представлен на рис. 6. Здесь длина при общей длине натурного фильтроэлемента

1,45 м. Длина модели Ьм выбиралась из условия Тм~Тн, равенства времени задержки потока жидкости Тц в камере сепаратора и в боксе экспериментальной установки Поперечное сечение идентично натурному образцу.

Для пересчета результатов экспериментальных данных, полученных при испытании модели, на натурный образец регенеративного фильтроэле-мента-деэмульгатора были введены масштабные коэффициенты:

• . для одного фильтроэлемента . КХ~ЬН1 Ьм = 9,67;

• для всего сепаратора (6 шт. фильтроэлементов) К^—бхЛ^/Хи=58. Поперечное сечение выбранной. модели деэмульгатора идентично

штатному коалесцеитному фильтроэлементу.

Испытания модели деэмульгатора производились на экспериментальной установке (рис. 4) в боксе по методике, описанной выше.

Для исследуемого процесса предварительно, как указывалось ранее, была принята квадратичная модель, уравнение (19).

Исследуемая модель процесса очистки нефтесодержащих вод в коалес-центной ступени очистки сепаратора имеет те же две независимые переменные (скорость фильтрации очищаемой смеси через модельный отсек в боксе и ее исходное нефтесодержание С,) и одну зависимую переменную (нефте-содержание очищенной воды на выходе из экспериментального бокса С2.

В результате обработки экспериментальных данных получены модели, адекватно описывающие процесс разделения нефтеводяных смесей в коалес-центной ступени экспериментальной установки на основе зернистой загрузки из анионита АВ 17-8 с радиальным^ током очищаемой среды:

На рис. 7 представлена зависимость (25). Однако наиболее полно физике процесса разделения нефтеводяной смеси в коалесцентной ступени очистки отвечает уравнение (26), где качество очистки является функцией исходного нефтесодержания и скорости фильтрации нефтеводяной смеси через зернистую загрузку аппарата.

Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что на качество разделения нефтеводяной смеси в коалесцентной ступени очистки сепаратора

кроме скорости фильтрации оказывает влияние исходное нефтесодержание. Если величина его не превышает 500 млн-1, то нефтесодержание очищенной

Качество очистки воды после сепаратора ККС-50 на ХЗС т/к «Азербайджан» (при предварительном каскадном гравитационном отстое очищаемой воды в грузовых танках) не превышало значений 2,8-3,0 млн-1, что соответствовало ПДС для бухты Золотой Рог как водоема хозяйственно-бытового назначения.

При отработке режимов очистки НСВ в моделях и полноразмерных коалесцент-иых фильтроэлементах было экспериментально установлено, что при прочих равных условиях для каждого коа-лесцентного материала и концентрации НП в очищаемой воде существует определенное значение расхода и соответственно скорости течения жидкости, при превышении которых изменяется дисперсность выходящих из фильтра капель НП. Они при этом уменьшаются до микронных размеров. Вместо крупных, быстро всплывающих капель НП из удерживающего устройства фильтроэлемента выходит облако стабильной мелкодисперсной эмульсии (рыжего цвета при использовании мазута марки Ф5 или белого - при использовании смеси на основе дизельного топлива). Вышеописанное явление мы назвали «критическим переходом», или «кризисом коа-лесценции». Оно обладает гистерезисом, т. е. обратный переход режима течения от «сверхкритического» состояния к «докритическому» происходит при меньшем значении скорости течения двухфазной жидкости, чем прямой переход. Этот факт, вероятно, имеет акустическую природу.

Для проектирования коалесцентных фильтроэлементов потребовалось получить расчетные зависимости, описывающие явление прямого критического перехода ввиду их отсутствия в литературе. Для этого в опытах создавались эмульсии нефтепродуктов путем пропускания нефтеводяной смеси через диспергатор гидродинамического типа.

Швестно, что устойчивость капли НП к эмульгированию в воде определяется критерием Вебера, Же: Же=Р'Г'" , (27)

3 а '

где плотность набегающего потока, кг/м ; локальная скорость набегающего на каплю НП потока нефтеводяной смеси, м/с; установившийся

воды не превышает 15 млн-1.

радиус капли НП, м; <г— коэффициент поверхностного натяжения на границе раздела сред «нефть - вода», Н/м.

Если мы пренебрегаем незначительным изменением плотности НСВ при малых концентрациях нефтепродуктов в смеси, то соблюдаются условия:

С другой стороны, при течении НСВ, например в тангенциальных канал еР"!

лах диспергатора, перепад давления при условии примерного

постоянства коэффициента сопротивления £ «const. Поэтому для того, чтобы выполнялось условие , необходимо, чтобы

Принципиальная схема экспериментальной установки для исследования режимных характеристик моделей фильтроэлементов в целом (но сравнению с рис. 4) осталась прежней. Только перед входом смеси в фильтроэлемент был установлен диспергатор гидродинамического типа для приготовления эмульсий известной структуры и состава в зависимости от перепада давления очищаемой нефтеводяной смеси на нем.

При проведении экспериментов очищаемые смеси имели близкие дисперсные характеристики.

Для выполнения этих условий (We "const) зазоры в каналах дис пер га-тора регулировались по перепаду давления на нем, который всегда соответствовал величине и контролировался автоматически при помощи мембранного дифманометра с записью на электронный самописец.

В бокс экспериментальной установки помещался коалесцентный фильтроэлеменг-деэмульгатор, один из разработанных нами для модернизации сепараторов типа СКМ и одобренных Регистром (чертеж № К38-431.000).

Опыты проводились с зернистыми полимерньши материалами, отобранными по результатам ранее проведенных исследований.

Материалы использовались в товарных видах, поставляемых отечественной промышленностью.

Методика проведения экспериментов заключалась в следующем. После предварительного кондиционирования экспериментальной установки, когда устанавливались заданные расходы мазута (марки Ф5) и водопроводной воды, а также перепад давления на диспергаторе, оборудование выводилось на установившийся режим, время которого tr=2VH^0!QH, (28)

где VHj0 — объем воды, содержащийся в элементах экспериментальной установки; QH— подача воды насосным агрегатом.

Затем, если критический режим фильтрации визуально не наблюдался через стекла бокса, подача мазута не изменялась, а подача воды увеличивалась ступенчато несколько раз до появления эмульсии, выходящей из фильт-роэлемента. При этом после каждого увеличения подачи воды перепад давле-

ния на диспергаторе поддерживался равным 98 кПа и производилась выдержка времени, в течение которой через фильтр пропускалось 180 литров нефте-водяной смеси. После этого подача НСВ прекращалась, и полость бокса промывалась чистой водопроводной водой через клапан 13 (рис. 4). Затем проводился следующий опыт при большей фиксированной подаче мазута.

Значения критического расхода воды, вызывавшего «кризис коалесцен-ции», определялись по показаниям стеклянного ротаметра, водомера и секундомера. Концентрация мазута в исходной смеси рассчитывалась окончательно по расходу воды и НП в момент наступления этого режима. Диапазон изменения концентрации НП в НСВ во время проведения эксперимента определялся практическими потребностями при проектировании очистного оборудования и выбирался в пределах С/= 20СН-10000 млн"'.

Результаты экспериментов представлены на графике (рис. 8).

Рис. В. Зависимость критической скорости фильтрации УКр нефтеводяной смеси в слое зернистого материала фильтроэлемента от исходного нефтесодержания С/ (для зернистого слоя из полимерных материалов толщиной 0,08 м и мазута Ф5); 1>кР'- то же, но на выходе из сетки удерживающего устройства с учетом стеснения гранулами загрузки

Результаты, полученные для анионита АВ 17-8 и катеонита КУ-2, близки между собой, поэтому аппроксимируются одной линией. Такое же совпадение установлено в опытах с полиэтиленом и полипропиленом.

Зависимость критической скорости течения НСВ в слое зер-

нистого материала, прилегающем к выходному удерживающему устройству, рассчитанная по полному сечению слоя (без учета стеснения гранулами), от

концентрации мазута Ф5 в очищаемой воде (в диапазоне 200-10000 млн-1)

о,„ =а1пС,кр + Ь,

описывается уравнением икр ~ги, (29)

где С]<р - объемная концентрация мазута в очищаемой воде, соответствующая критическому расходу НСВ, м / м ; а и Ь - коэффициенты, постоянные для каждого материала (табл. 1). Обратная зависимость имеет соответственно

,-ь

вид С, ~ е ° . (30)

Установлено, что скорость потока (и') в отверстиях внешней обечайки удерживающего устройства в использованной нами конструкции деэмульга-тора в 2,44 раз превышает значение скорости течения жидкости между зернами загрузки, рассчитанное по полному выходному сечению зернистого материала.

Уравнение (29) может быть использовано для определения критического расхода нефтесодержащей воды через коалесцентный деэмульгатор или для определения его критических размеров, т. к. по аналогии можно записать

где 0„р- критический расход воды через зернистый материал, м3/ч; Б- наружная поверхность устройств, удерживающих зернистую загрузку, м2.

Таблица 1

Коэффициенты для определения критической скорости течения

Материал Коэффициенты уравнения (31)

д-103 Ь-103

Анионит АВ 17-8 -0,52 -1,40

Катионит КУ-2 -0,52 -1,40

Анионит АН-31 -0,39 -1,07

Полиэтилен -0,29 -0,78

Полипропилен -0,29 -0,78

Зная суммарную поверхность устройства, удерживающего зернистую загрузку деэмульгатора, пользуясь уравнением (31), можно рассчитать эффективную максимально допустимую производительность коалесцентной ступени очистки при известной концентрации мазута в очищаемой воде.

Уравнение (31) можно использовать для решения обратной задачи - определения критической концентрации мазута в воде для известного коалес-центногофильтроэлемента-деэмульгатора.

Обработка экспериментальных данных по эквивалентному диаметру порового канала зернистой загрузки, определяющемуся по формуле (14) и входящему в эквивалентный критерий Рейнольдса (16), не привела к сближению моделей для различных материалов. Это свидетельствует о том, что на процесс очистки воды в коалесцентной ступени оказывают сильное влияние скорость дрейфа частицы ШТ в поровом канале зернистой загрузки.

Обработка результатов по среднеповерхностному диаметру гранулы зернистой загрузки деэмульгатора дала следующие адекватные модели:

Критическое значение скорости течения нефтеводяной смеси в поровых каналах зернистой загрузки деэмульгирующего аппарата определяет предельный режим работы коалесцентной очистной ступени нефтеводяного сепаратора. Величина этой скорости может служить удобным параметром для сравнения очистной способности различных зернистых материалов.

Экспериментальные исследования процесса разделения нефтеводяных смесей в коалесцентных ступенях очистки на основе зернистой загрузки из полимерных материалов потребовали уточнения ранее полученных результатов. В частности, определялось разделение НП при обработке смеси в де-эмульгаторах из различных полимерных материалов с различными ионообменными свойствами.

Исключение гидродинамических факторов позволило исследовать поверхностные свойства выбранных нами материалов, т. е. определить величину работы адгезии мазута на их поверхности.

На основании полученных результатов установлено:

• все испытанные нами синтетические материалы имеют близкие значения работы адгезии мазута марки Ф5 и могут быть использованы в качестве коалесцентных для очистки сточных нефтесодержащих вод;

• уменьшение ионообменной емкости анионита при контакте с морской водой практически не отражается на его смачиваемости мазутом;

• различия в эффективности очистки нефтеводяных смесей в коалесцент-ных ступенях на основе деэмульгаторов с зернистой загрузкой из исследованных нами материалов объясняется разной структурой зернистых слоев и гидродинамическими факторами;

• учитывая то, что в качестве матрицы для получения выбранных нами ионитов (АВ 17-8 и КУ-2) используются гранулы сополимера стирола с дивинилбензолом (ДВБ), целесообразно исследовать возможность применения этого зернистого материала для очистки нефтесодержащих вод, т. к. стоимость ДВБ в два раза ниже, чем стоимость ионитов. Полученные экспериментальные данные дают представление об эффективности очистки НСВ в коалесцентных ступенях (в целом), а не в деэмульга-торах с зернистой загрузкой, т. к. характеризуют остаточное нефтесодержа-ние воды на выходе её из отстойной полости очистного устройства. При изменении скорости фильтрации жидкости через зернистую загрузку и неизменной геометрии отстойной полости происходит изменение режима отстоя.

Для исключения влияния изменения режима отстоя на конечный результат очистки и для полной оценки эффективности обработки воды непосредственно в коалесцентном аппарате был использован отстой воды, выхо-

дящеГ| из деэмульгатора, в стандартных условиях, не зависящих от изменения расхода очищаемой смеси. Это позволило оценить качество очистки НСВ в деэмульгаторе по нефтесодержанию дисперсной фазы, которая не подверглась коалесценции при фильтрации через зернистую загрузку. Такой подход позволил оптимизировать конструкции вновь создаваемых нефтеводяных сепараторов и найти рациональные решения для повышения эффективности технической эксплуатации существующих.

Для решения поставленной задачи экспериментальная установка (рис. 4) была модернизирована по схеме, представленной на рис. 9. Здесь деэмульга-тор 24, заполненный анионитом АВ 17-8, устанавливался по ходу воды перед боксом 22 после эмульгатора 6. Это позволяло (при переключении крана 23) производить слив пробы смеси, обработанной в деэмульгаторе, в воронку 11. Отстой этой пробы при стандартных условиях и последующий слив мелкодисперсной фракции позволяли определять дисперсность капель НП и нефте-содержание методом ИК-спектрофотометрии.

Рис. 9. Принципиальная схема экспериментальной установки для исследования режимных характеристик коалесцентных дсэмульгаторов: 1 - емкость чистой воды; 2 - насос чистой воды; 3 - емкость мазута; 4—дозерный насос; 5 и 25 - дифманометры; 6 - диспергатор; 7 -отбор пробы после отстоя; 8 и 13 - прямоточные краны; 9 — осушение делительной воронки II; 10 и 15 - клапаны; 12 - отбор пробы исходной эмульсии; 14 — слив отсепарирован-ного мазута; 16 и 23-трехходовые краны; 17-слив очищенной воды; 18-подвод сжатого воздуха; 19 - концентратомер нефтесодержания; 20 - подвод промывочной воды; 21 -смотровые окна; 22 - бокс; 24 - корпус деэмульгатора; 26 - водомер; 27 - ротаметр стеклянный; 28 - клапан рециркуляции чистой воды

Для изучения влияния толщины слоя загрузки на эффективность де-эмульгирования в опытах использовались сменные детали корпуса, имевшие высоту соответственно 100,300 и 500 мм.

Перед каждым опытом зернистая загрузка деэмульгатора насыщалась чистым мазутом. Затем устанавливалась расчетная подача воды, и он промывался до прекращения выхода капель мазута из него. После этого производи-

лась настройка установки на установившийся режим в соответствии с планом трехфакторного эксперимента. Во всех опытах перепад давления на диспер-гаторе 6 поддерживался равным 98 кПа. Состав и дисперсность исходной смеси контролировались путем отбора проб через клапан 13 и последующего их анализа.

После выхода установки на установившийся режим испытания проводили в течение 30 минут, когда на 30-й минуте отбирали квоты воды до и после деэмульгатора для определения её нефтесодержания.

Нефтесодержание исходной смеси С/ в опытах устанавливалось равным 200; 600 и 1000 млн-1. Скорость фильтрации смеси через зернистую загрузку, рассчитанная по полному сечению корпуса аппарата, устанавливалась равной 0,5,1,5 и 2,5 мм/с.

Время статического отстоя Тстот пробы нефтеводяной смеси определялось условием время заполнения смесью делительной воронки, мин.

Обработка экспериментальных данных позволила получить аппрокси-мационные модели, описывающие процесс деэмульгирования нефтеводяной смеси после фильтрации через слой зернистой загрузки анионита АВ 17-8:

Эти зависимости позволяют производить расчёты коалесцентных фильтроэлементов-деэмульгаторов на основе анионита АВ 17-8, определять и оптимизировать их конструкции, а также получать их режимные характеристики.

Глава 6 «Технология модернизации нефтеводяных сепарационных установок типа СКМ» посвящена разработке технологии модернизации ФО с целью повышения его очистной способности до 15 млн*1 без использования дополнительных фильтров типа ФДН.

С 1998 года вступили в силу новые требования МЛРПОЛа 73/78, оговоренные Резолюцией ИМО МЕРС 60(33), которые однозначно запретили дальнейшую эксплуатацию установок типа СКМ и потребовали модернизации их или замены на оборудование фильтрующего типа очистной способностью до 15 млн-1. В России с 1992 года требуемого судового ФО для очистки сточных нефтесодержащих вод не производилось. Не производится оно и в настоящее время.

Замена большого количества сепарационных установок типа СКМ на новое импортное оборудование потребовало бы от отечественных судовладельцев значительных инвалютных затрат на переоборудование флота.

Модернизация существовавшего сепарационного оборудования (очистной способностью 100 млн-1) допускалась, но без использования фильтров типа ФДН, как было ранее в соответствии с резолюцией ИМО А.444(Х1).

Анализ технической эксплуатации установок типа СКМ и результаты экспериментальных исследований, описанные выше, позволили предложить

(34)

АР = 1,17 + 2,41и.

(35)

технологию их модернизации. Объем работ, по модернизации и их трудоемкость таковы, что они могут быть выполнены силами экипажа судна без вывода последнего из эксплуатации. Суть этой технологии состоит в следующем: при неизменном составе существующего оборудования установки достигается трехступенчатая очистка нефтесодержащей воды до требуемых значений ПДК за счет организации сброса отсепарированного НП из модернизированного корпуса предвключенного механического фильтра.

Верхнюю полость корпуса предвключенного механического фильтра сепарационной установки типа СКМ целесообразно использовать как гидроциклон с диаметром цилиндрической части D = 585 мм, а нижнюю - как фильтр со штатными фильтрующими сборками. Для этого достаточно установить входной патрубок по касательной к корпусу, а из полости над крышкой демонтировать воздушный поплавковый клапан и использовать её как нефтесборник с ручным или автоматическим сливом отсепарированных НП.

В таком прямоточном цилиндрическом гидроциклоне (рис. 10) траекторию радиальной координаты капли НП диаметром которая совершает сложное движение вверх (по окружности цилиндра и в направлении оси z), можно определить но формуле как

где D - внутренний диаметр цилиндрической части корпуса гидроциклона, м; Dr — диаметр капли НП, м; Qa, — расход нефтеводяной смеси через гидроциклон, м3/ч; Ар = рв - рн — разность плотностей воды и НП, кг/м3; fa — коэффициент динамической вязкости воды, Н*сек/м2; da — внутренний диаметр входного патрубка гидроциклона, м.

Принято, что окружная скорость капли в гидроциклоне равна окружной скорости потока смеси, а осевая скорость её равна осевой скорости потока wlr Угловая скорость вращения потока нефтеводяной смеси определяется из выражения cj = Vg/R = 4QCM/vd,^R, где R = 0,5D; Vg — средняя по сечению скорость потока во входном тангенциальном патрубке диаметром

Так как капля НП движется в поле центробежных сил, вследствие разности Ар на неё действует сила Fa~ 4/3-jDk Ы2Гк Ар, аналогичная силе Архимеда. Эта сила уравновешивается силой инерции Гц и силой сопротивления трения капли о воду Fq- Учитывая равновесие сил, действующих на каплю в плоскости, проходящей через ось гидроциклона, и вращающих её вокруг этой оси со скоростью ы, можно написатьFh+Fq — Fa - 0.

Сила инерции, действующая на каплю НП: Fu = отт, где т — 4/3-жр„г^ -масса капли НП, а г = 0,5Dк - её радиус.

Сила сопротивления трения капли НП о воду Fc — бт^г^к. Время пребывания капли НП в гидроциклоне т = L /wg, где L — высота установки отводного патрубка (нефтесборника) диаметром 2Rq. Желательно, чтобы за это время капля НП прошла путь по радиусу, равный

На входе в гидроциклон имеет место некий начальный дисперсный состав, который можно оценить функцией, зависящей от радиуса капли и равной Дг) = п Ш , гдвчи с л о капель НП радиуса г; N общее число капель НП.

На изменение дисперсного состава нефтево-дяной смеси в процессе сепарации оказывают влияние два процесса: эмульгирование (вторичное) и коал ее-ценция. При этом устойчивость капель НП к дроблению определяется критерием Вебера. Положив }Уе < 10, используя данные о коэффициенте поверхностного натяжения на границе раздела «нефтепродукт-вода» можно рассчитать зависимость радиуса устойчивости исходной капли от скорости потока очищаемой нефтеводяной смеси.

Результаты экспериментальных исследований А. М. Кутепова, Д. А. Баранова и др. показали, что наибольшие значения касательных напряжений в гидроциклоне находятся в зоне у центра питающего отверстия на входе смеси в аппарат, т. е. во входном патрубке. Дробление же капель, сохранивших свой размер на входе, в нисходящем вращающемся потоке в цилиндрическом корпусе аппарата маловероятно. Поэтом-у принято, что если размер устойчивости капли определенный по уравнению (39), превышает максимальный радиус капель в эмульсии, то дисперсный состав остается стабильным, т. е. без вторичного эмульгирования. При этом

Известно, что при работе гидроциклонов диаметром цилиндрической части до 55 мм гидродинамическая коалесценция капель НП практически отсутствует, однако фактор разделения нефтеводяной смеси достигает значения 0,9-0,96. Поэтому в низкоскоростном гидроциклоне это имеет место.

Д. А. Барановым установлено, что одним из основных параметров, оказывающих наибольшее влияние на дробление капель в гидроциклоне, является отношение вязкости дисперсной фазы к вязкости дисперсионной среды На основании изучения гидродинамики и разделяющей способности гидроциклонов сделан вывод о том, что для известных конструкций во всем изучаемом диапазоне их использования предельное значение при котором возможно дробление капель дисперсной фазы, равно примерно 30. Эта величина и была принята за характерный параметр, определяющий стабильность

проведения процессов сепарации. Когда разделению подвергаются жидкие неоднородные системы с 111/р1в< 30, формирование капель полностью определяется гидродинамикой ввода эмульсии и для определения среднего размера капель, подвергаемых разделению, может быть использована зависимость с!кср = 1,65е°л(6/р^680т\ (37)

где: с = —ф3) р,/(8Угч) — изменение кинетической энергии на входе

в гидроциклон, отнесенное к рабочему объему аппарата У^; - нефтесодер-жание смеси на входе в аппарат; плотность нефтеводяной эмульсии; коэффициент снижения скорости потока смеси на входе в гидроциклон.

Проверка принятых решений была выполнена при натурных испытаниях отдельно предвключенного механического фильтра сепарационной установки типа СК-2,5М т/х «Валерий Волков» (ДВГМА), модернизированного по нашей технологии, с различной комплектацией его внутренних элементов.

Эффективность очистки нефтесодержащей воды (Э %) в каждом элементе технологической схемы очистки определена в виде

э = (С, - су/с, -100, (38)

где -нефтесодержание морской воды соответственно до и после мо-

дернизированного корпуса механического фильтра, млн"1.

Результаты испытаний модернизированного предвключенного механического фильтра с разной комплектацией корпуса представлены в табл. 3.

Таблица 3

Эффективность очистки нефтеводяной смеси в корпусе модернизированного предвключенного механического фильтра

№ опыта, п/п Комплектация модернизированного корпуса предвключенного механического фильтра сепарационной установки типа СК-2,5М (т/х «Валерий Волков», ДВГМА) Нефтесо-держание воды на входе в корпус фильтра С], млн"1 Нефтесо-держание воды на выходе из корпуса фильтра С2, млн1 Эф-фек-тив-ность очистки Э, %%

1. Модернизированный корпус фильтра без какой-либо фильтрующей загрузки (очистка нефтесодержащей морской воды только в гидроциклоне) 6300 3152 3155 3153 50,0

2. Гидроциклон и слой плавающей зернистой загрузки из естественного полипропилена толщиной 200 мм 5990 982 1000 1000 83,4

3. Гидроциклон и слой плавающей зернистой загрузки из полиэтилена высокого давления толщиной 200 мм 6200 1035 1020 1030 85,0

4. Гидроциклон, зернистая загрузка из п( пилена (толщина слоя 200 мм) и ц фильтрующие патроны из листового э ного пенополиуретана толщиной 10 ьи элипро-гтатные ластич-РОС.. 1 6187 АЦИОлЛ.-*.» ПАК 57 59 58 98,9

БИБЛИОТЕКА СПетербург 0» 300 акт

Анализ экспериментальных данных свидетельствует о том, что основная масса дизельного топлива (до 98 %) из очищаемой смеси отделяется в корпусе модернизированного предвключенного механического фильтра. Поэтому периодический или постоянный слив из нефтесборника 3 (рис 10) отсе-парированных НП способствует эффективной очистке воды в последующих коалесцентных ступенях нефтеводяного сепаратора.

Для повышения эффекта разделения НСВ в корпусе предвключенного механического фильтра при фильтрации очищаемой воды в штатных цилиндрических сборках (из сетки и эластичного листового пенополиуретана), между ними при помощи горизонтальной сетки целесообразно установить плавающий слой из гранул естественного полипропилена толщиной 200-300 мм.

После модернизации предвключенного механического фильтра ресурс коалесцентных фильтроэлементов в сепараторе установки значительно увеличивается, т. к. при организации этого слива исключается поступление в сепаратор основной массы НП, накапливающихся в корпусе фильтра. Это весьма полезно для существенного повышения эффективности большой группы сепарационных установок типа СКМ, которые в настоящее время находятся на различных морских судах и эксплуатируются по старой схеме с доочист-ными фильтрами типа ФДН.

Принципиальная схема модернизированной установки типа СКМ представлена на рис. 11.

* я CAЗPИVC

Рис. 11. Принципиальная схема модернизированной установки типа СКМ: 1 - сепаратор; 2 - механический фильтр; 3 - электровинтовой насос; 4 - клапанная коробка; 5 - клапан сброса отсепарированных НП; 6 - наружная фильтрующая сборка; 7 - внутренняя фильтрующая сборка; 8 - гранулы полипропилена; 9 - сетка; 10 - полость воздушного клапана; 11 - коалесцентные деэмульгаторы; 12 - подогреватель; 13 - полость первой ступени очистки ^сепаратора; 14 — полость второй ступени очистки сепаратора; 15 - отливная труба » |

Электровинтовым насосом 3 (рис. 11) через клапанную коробку 4 очищаемая вода подается в гидроциклон предвключенного механического фильтра 2, а отделившийся от воды капельный НП сливается из нефтесбор-иика 10 при открытии клапана 5. Затем вода из гидроциклона фильтруется через сетку 9 и слой плавающей зернистой загрузки из полипропилена 8, размещенный между штатными фильтрующими сборками 6 и 7. Очищенная таким образом вода, имеющая частицы Ш1 диаметром не более 20 мкм, поступает после фильтра 2 в подогреватель 12 сепаратора 1. Мелкие капли НП, не всплывшие в нефтесборник полости 13, потоком воды увлекаются на фильт-роэлементы-деэмульгаторы 11, где коалесцируют на поверхности частиц зернистой загрузки и в виде пленки формируются на внутренней поверхности удерживающего устройства. По мере накопления ЫП, толщина пленки увеличивается, и она перемещается вверх, заполняя всю полость внутренней обечайки. Со временем здесь устанавливается равновесный уровень отсепариро-ванного НП, который периодически вытесняется потоком воды в горизонтальные трубы, на которых установлены фильтроэлементы, и далее во вторую полость гравитационного отстоя 14. Капли НП всплывают в нефтесборник, а очищенная вода вытесняется избыточным давлением из нижней полости второго каскада очистки по трубе 15.

Описанная выше технология была реализована на установке типа СК-4М танкера «Степан Вострецов» (ОАО ПМП). Типовые испытания её в присутствии Приморской инспекции Регистра проводились по программе ИМО А.393(Х). По результатам этих испытаний Регистром выдано Свидетельство о типовом испытании (СОТИ) №94.997.171 от 22 07.1994 г. как на судовое фильтрующее оборудование очистной способностью 15 млн-1.

Положительные результаты испытаний сепарационной установки типа СК-4М были распространены на установки типа СК-1,6М и СК-2,5М, на которые также были выданы СОТИ на соответствие требованиям Резолюции ИМО А.393(Х), №95.107.006 и №95.108.006 от 17.10.1995 г.

Промышленные испытания модернизированной установки типа СК-4М показали, что основная масса грубодисперсных нефтепродуктов (до 98 %) отделяется в корпусе фильтра 2 (рис. 11), что значительно увеличивает ресурс коалесцентных фильтроэлементов-деэмульгаторов 11.

В настоящее время эти модернизированные установки продолжают эксплуатироваться под надзором Регистра, в результате чего накоплен большой фактический материал, позволяющий совершенствовать используемое очистное оборудование и повышать его эффективность.

На рис. 12 показан вид сверху на фильтрующую зернистую загрузку регенеративного фильтроэлемента (на основе анионита АВ 17-8), отработавшего три года без регенерации в сепараторе типа СК-1,6М (СТР «Сабек» ОАО ХК «Дальморепродукт», где в качестве топлива для главного двигателя используется дизельное топливо плотностью 0,87 г/см3).

Было установлено, что при неправильной эксплуатации ФО, когда допускается его неконтролируемое осушение, при высыхании анионита образуется зазор между слоем зернистой загрузки и верхней крышкой корпуса. При

повторном заполнении фильтроэлемента водой анионит набухает, но не всегда его уровень может достигать первоначальной высоты, т. к. зернистая загрузка в зависимости от времени высыхания может слеживаться. Это приводит к появлению зазора между крышкой и фильтрующим слоем, через кото-

Рис. 12. Общий вид зернистой загрузки регенеративного фильтроэле-мента после трехлетней эксплуатации в сепараторе типа СК-1.6М без регенерации: 1 - наружная обечайка; 2 - направление фильтрации; 3 — зернистая загрузка; 4 - внутренняя обечайка; 5 -зона кольматации загрузки смолообра-зующими веществами

По технологии загрузка анионита в корпус деэмульгатора должна производтся в мокром

виде, чтобы исключить разрыв шва сетки из-за его набухания в воде. При установке в сепаратор фильтро-элемент-деэмульгатор необходимо встряхнуть, замочить в чистой воде, после чего установить в сепаратор, который сразу заполнить чистой водой.

Для исключения вышеуказанных ограничений экспериментально исследована возможность применения в качестве зернистой загрузки коалесцентных фильтроэлементов стандартных гранул сополимера стирола с 7,8%-м содержанием дивинилбензола (ДВБ).

Глава 7 «Исследование процесса разделения нефтеводяной смеси в коалесцентной ступени нефтеводяного сепаратора с зернистой загрузкой из сополимера стирола с дивинилбензолом» посвящена анализу свойств этого материала и экспериментальным исследованиям эффективности очистки НСВ в зернистом слое из его стандартных гранул (0 0,5-1,2 мм).

Из работ К. М. Салдадзе известно, что матрица ДВБ имеет гидрофобную поверхность. Однако после химической обработки её набухаемость и термическая стойкость несколько изменяются. Так, гранулы ДВБ не набухают в воде и имеют термическую стойкость до 100 °С, в то время как анионит ЛВ 17-8 и катионит КУ-2 при тех же размерах и форме зерен набухают и имеют гидрофильную более пористую поверхность и термическую стойкость до 60 °С.

Процесс разделения нефтеводяной смеси в зернистой загрузке из ДВБ экспериментально исследовали на лабораторном стенде (рис. 4) в аппарате с восходящим потоком очищаемой воды в диапазоне скоростей течения (0,6452,58)- 10-3м/с. Это соответствует расходу воды через фильтроэлемент для сепаратора типа СК-4 (в пределах от 100 до 400 л/ч). Концентрация мазута Ф5 в водопроводной воде изменялась от 1000 до 10000 млн-1. Принятая область ис-

следования процесса очистки НСВ соответствует ранее описанным. Планирование эксперимента и его реализация соответствовали ранее принятой методике (гл. 5).

В результате обработки экспериментальных данных получена модель процесса очистки НСВ в слое зернистого ДВБ толщиной 0,54 м, которая имеет вид С2 =7,5- 0,064 ■ Q+0,00125 С, + 0,00038 Q1. (40)

Экспериментально установлено также, что эффективные режимы очистки нефтесодержащих вод в разработанной нами конструкции коалесцентно-го деэмульгатора с радиальным током воды, обеспечивающие на выходе из ступени очистки концентрацию мазута менее 15 млн-1, достигаются при скорости фильтрации воды через слой стандартных гранул ДВБ толщиной 80 мм в пределах (0,6-1,5)*10-3 м/с.

При проектировании очистного оборудования за основу обычно принимается иефтесодержание очищаемой СНВ, а не структура нефтеводяной смеси. Поэтому современное ФО, прошедшее типовые испытания по программе ИМО и имеющее Свидетельство о типовом одобрении, на практике оказывается непригодным для эксплуатации на морских судах, где неизбежно НП присутствуют в виде эмульсий различной степени дисперсности.

В работе исследована деэмульгирующая способность зернистой загрузки из ДВБ в коалесцентной ступени очистки (рис. 4) экспериментальной установки с эмульгатором гидродинамического типа.

При анализе процесса очистки исходной нефтеводяной эмульсии в коа-лесцентной ступени с зернистой загрузкой из гранул ДВБ за статистическую переменную был принят диаметр капель мазута марки М40 в водопроводной воде. Для подсчета размеров капель использовался микроскоп Intel QX3, имеющий цифровую фотокамеру с USB интерфейсом, что позволяло полученные фотографии обрабатывать на компьютере.

Результаты экспериментальных исследований представлены на рис. 13.

Рис. 13. Распределение размеров капель мазута М40 в нефтеводяной эмульсии до (1) и после (2) обработки ее в коалесцентной ступени очистки с зернистой загрузкой из ДВБ (ТУ 6-05-1811-83 изм.1) при скорости фильтрации 2,58-10 м/с и температуре смеси 16 °С

Здесь наглядно видно, что интегральные кривые распределения размеров капель НП удовлетворяют логнор-

мальному закону, а также гамма-распределению. Количество капель мазута на выходе из коалесцентной ступени очистки, состоящей из слоя стандартный гранул ДВБ, при скорости фильтрации нефтеводяной смеси 2,58-10-3 мм/с значительно меньше, чем на

ооз dm old: до

Дтнирчастщ кч

входе, что говорит об эффективности и способности исследованной зернистой загрузки разделять нефтеводяные эмульсии, имеющие частицы дисперсной фазы диаметром 0,005-0,09 мм.

Нефтесодержание очищаемой нефтеводяной смеси при указанном режиме фильтрации уменьшалось от 10000 до 7 млн-1 (по BWAM S-646).

Наличие в очищенной воде некоторого количества капель мазута диаметром 0,005-0,05 мм подтверждает вывод о том, что указанный метод очистки воды не может обеспечить полную очистку её от НП, особенно находящихся в растворенном виде. Метод коалесценции позволяет только перевести основную массу дисперсной фазы в пленочную на поверхность зерен коалес-центного материала. Однако под действием потока жидкости при растяжении и отрыве этой пленки от коалесцентной поверхности неизбежно образуются дисперсии микронных размеров (сателлиты), которые не всплывают в воде и снижают эффект разделения нефтеводяной смеси гравитацией в отстойной ступени очистки сепаратора. Следовательно, чтобы повысить эффективность очистки коалесцентной ступени, необходимо обеспечить безотрывный дренаж пленки НП из зернистой загрузки коалесцентного деэмульгатора.

Исследуя режимные характеристики коалесцентных фильтроэлементов с зернистой загрузкой из полимерных материалов, установлено, что уменьшение температуры очищаемой дисперсионной среды, так же как и увеличение вязкости диспергированной фазы НП, приводит к уменьшению степени диспергирования капель НП, а предельная скорость потока и соответственно производительность слоя зернистой загрузки коалесцентного аппарата возрастают.

Глава 8 «Выбор фильтрующего материала и оборудования для до-очистки судовых нефтесодержащих вод» посвящена анализу известных материалов, отвечающих современным требованиям по охране окружающей среды, в том числе и для прибрежных морских акваторий малых нефтетранс-портных и судоремонтных предприятий.

Наибольший интерес представляет проблема использования природных сорбентов (природных туфов) для доочистки сточных вод от НП.

Разработанный автором плавучий очистной комплекс (на базе судового ФО типа СК-4М нефтеналивной баржи ННБ-500-57) был реализован ООО «Транс Эко» в декабре 2002 года, предъявлен Главному управлению природоохранных ресурсов МНР России по Приморскому краю (получена лицензия на сброс очищенных вод) и введен в эксплуатацию в порту Владивосток.

Анализ результатов испытаний этого очистного комплекса показывает, что стандартные частицы ДВБ обладают весьма высокой коалесцентной способностью и при реальных условиях очистки СНВ обеспечивают снижение её нефтесодержание с 1600 до 4,0 млн-1.

Доочистка СНВ в напорном фильтре при фильтрации её через зернистый слой сорбента диаметром 0,53 м и высотой 0,5 м из частиц размером 2,02,5 мм цеолитизированного туфа Чугуевского месторождения Приморского края позволяет на 100 % исключить в стоке взвешенные вещества и на 50 % растворенные НП. На выходе из сепаратора нефтесодержание очищенной

воды не превышало 7,0 млн-1, а из доочистного фильтра - 3,0 млн-1, что соответствует установленной норме ПДС для водоема хозяйственного назначе-

Рис. 14. Принципиальная схема теплого ящика отсек' ограниченный стенками 6.

ет к коалесцентному фильтроэлементу-деэмульгатору 9, заполненному стандартными гранулами ДВБ. На выходе из деэмульгатора 9 мелкие частицы НП коалесцируют и образуют пленку НП, которая перетекает в полость сбора нефтепродуктов 12, а очищенный от НП конденсат поступает в полость чистого конденсата 10 и затем в смесительную камеру 23. В смесительной камере 23 происходит смешивание чистого конденсата и подогретой (деаэрированной) воды, откуда эта смесь отводится в виде питательной воды по патрубку 5. Это позволяет при равенстве расходов воды по патрубку 22 и патрубку 5 подавать в паровой котел поток конденсатов отработавшего пара без перемешивания с водой, хранимой во внутренней полости корпуса 1, что предопределяет концентрацию коррозионно-активных газов в питательной воде, соответствующую 0,05 мг/кг.

На установившемся режиме кран 15 открыт, а 17 закрыт. Поэтому НП из полости 12 всплывает в камеру 14. Это контролируют через смотровые окна 19. Для отвода НП из камеры 14 кран 15 проходом 20 устанавливают к патрубку 21 для подачи промывочной воды. При этом полость 12 отключается. Одновременно посредством рычага 18 происходит открытие клапана 17, начинается промывка полости 14 от НП и заполнение ее чистой водой. По заполнении камеры 14 чистой водой, что также контролируется через окна 19, краны 15 и 17 устанавливают в рабочее положение, при этом полости 12 и 14 сообщаются.

Добавочную воду подают в теплый ящик во внешнюю полость 30 теплообменника 24, при этом она подогревается за счет теплоты конденсата с

ния.

Результаты исследований по очистке НСВ в слое ДВБ позволили разработать и внедрить конструкцию теплого ящика для котельной установки ННБ-500-57. Принципиальная схема его представлена на рис. 14. Здесь чистый конденсат отработавшего пара, не загрязненный НП, поступает в теплый ящик через патрубок 2 к механическому фильтру 7, где фильтруется и переливается в полость сбора очищенных конденсатов 10. Нефте-содержащий конденсат подают в теплый ящик через патрубок 3 в

Здесь конденсат очищается в механическом фильтре 8 и поступа-

внешней стороны и деаэрированной воды с внутренней стороны, после чего поступает во внешнюю полость 33 деаэратора 27, в котором далее переливается через верхнюю кромку внутренней обечайки 31 деаэратора. Далее вода стекает в виде пленки по внутренней поверхности обечайки 31 и подогревается до температуры насыщения за счет теплоты греющего пара, подаваемого во внутреннюю полость 26 деаэратора 27 по трубе 28, и деаэрируется. Стекающая пленка нагретой деаэрированной воды поступает во внутреннюю полость 25 теплообменника и после охлаждения за счет теплообмена с поступающей добавочной водой попадает в смесительную камеру 23. Выпар из деаэратора 27 отводится в атмосферу по патрубку 29. Добавочная вода из смесительной камеры 23 поступает во внутреннюю полость корпуса 1 теплого ящика и частично в патрубок 5 при наличии положительной разности расходов питательной воды и конденсатов. При отрицательной разности указанных расходов во внутреннюю полость корпуса 1 поступает добавочная вода и часть конденсатов. Охлаждение добавочной воды перед поступлением в смесительную камеру и теплый ящик позволяет уменьшить температуру питательной воды и исключить явление кавитации во всасывающем патрубке питательного насоса, т. е. повысить надежность работы питательного насоса котельной установки.

Промышленные испытания реализованной конструкции теплого ящика подтвердили достоверность экспериментальных данных по очистке воды от нефтепродуктов в слое зернистого ДВБ и правильность принятых инженерный решений. На способ докотловой обработки питательной воды в теплом ящике котельной установки и устройство для его осуществления Роспатентом РФ выдан патент №2088841 от 27.08.1997 г.

Глава 9 «Исследование влияния магнитной обработки нефтеводя-нон эмульсии на процесс разделения её в коалесцеитной ступени очистки сепаратора» посвящена экспериментальному определению режимных характеристик магнитного аппарата для интенсификации процесса очистки нефте-водяных смесей в коалесцентных ступенях с зернистой загрузкой из ДВБ.

Использование силовых полей для обработки нефтеводяных эмульсий является одним из методов интенсификации процесса их разделения.

Экспериментальные исследования обработки нефтесодержащих вод в электрическом поле показали недостатки данного метода - сравнительно высокое потребление электроэнергии и растворение электродов. Были попытки использования установок электроочистки судовых подсланевых вод, однако внедрения на морском транспорте они не получили.

В литературе известны примеры положительного влияния магнитной обработки на процессы, которые широко используются при очистке сточных вод в стационарных условиях (коагуляцию, осветление, фильтрование и флотацию).

Для интенсификации процессов разделения судовых нефтеводяных смесей применение магнитной обработки имеет особое значение, т. к. позволяет воздействовать на них без дополнительного введения химических реагентов, которые сами являются нежелательными загрязнителями и использо-

вание которых экономически не целесообразно в связи с их значительными объемами.

Теоретическим разработкам и изучению физической сущности процессов, связанных с магнитной обработкой воды (MOB), посвящено большое количество работ, но надежные данные для расчета и выбора параметров этого метода пока отсутствуют. Аналитического решения проблемы MOB также нет в связи с недостаточной изученностью структурных особенностей жидкой воды и её примесей. Все исследования по MOB говорят в пользу представлений о возникновении в потоке обрабатываемой среды метастабильных, довольно долго релаксируемых структурных изменений после воздействия на него импульса постоянного магнитного поля.

Анализ экспериментальных результатов, полученных автором по MOB, позволяет сделать вывод о том, что признаки структурированности жидкости после воздействия импульса магнитного поля определяются существованием в ней совокупности блоков с кристаллической структурой, разделенных неупорядоченной средой. При этом размеры блоков и их структура зависят от изменения внешних условий (величин скорости потока жидкости и напряженности магнитного поля).

По гипотезе Л. Д. Кисловского при взаимодействии ионов кальция с молекулами воды энергетически наиболее выгодно образование гексааква-комплекса [Са(Н2О)б]2+. При этом выделяется 151 ккал/моль, тогда как при присоединении четырех молекул воды потребляется 50 ккал/моль. При этом входящие в гексааквакомплекс кальция молекулы воды из-за изменения их электронной конфигурации теряют способность устанавливать водородные связи с молекулами окружения - гидрофобизируются. Возникает метаста-бильный гексааквакомплекс, который, имея размеры, соответствующие полостям додекаэдрических структур воды, стабилизирует такие структуры и стабилизируется сам (рис. 15). Время метастабильного состояния возрастает при этом до многих часов.

С учетом важности углеки-слотного равновесия при MOB автором экспериментально исследованы кинетика растворения в обычной и магнитообработанной воде СО2 и основных природных щелочно-земельных примесей, а также влияние магнитообработан-ной воды на пористо-капиллярную структуру твердых отложений. При проведении этих исследований была принята гипотеза об образовании в водной среде метастабиль-ных газгидратных структур на основе СО2 под действием импульса магнитного поля. MOB рассматривается как проблема обобщенной диффу-

а б

Рис. 15. Стабилизация гексааквакомплекса-кальция в полости додекаэдрической структуры воды: а — [СаЩгО)^]2* - гексааквакомплекс; б - додекаэдрическая структура, состоящая из молекул воды

зии, т. е. как комплекс параллельно протекающих процессов, оказывающих взаимное влияние и связанных с действием магнитного поля на водную систему в целом. Эти исследования показали, что природная вода после магнитной обработки в диапазоне изменения напряженности магнитного поля от 23,9-10 до 159,0-Ю3 а/м значительно быстрее растворяет соли и СОг по сравнению с обычной водой, а суммарная пористость отложений увеличивается на 10-20 %. Этого достаточно, чтобы качественно установить эффект воздействия MOB на водную систему, который носит нолиэкстремальный характер.

Предложено, что при MOB имеет место процесс перколяции, или просачивания молекул газа в додекаэдрическую структуру воды с последующим распадом этих структур при повышении температуры. При этом имеет место явление микрофлотации углеводородных соединений (частиц НП микронных размеров), или приращение их объемов за счет газа при релаксации водной системы, которое происходит из-за уменьшения плотности водонефтяных капель, а следовательно изменяются условия разделения нефтеводяной смеси. По аналогии для принятых условий, в которых проводились эксперименты по MOB (скорость воды в постоянном магнитном поле 1,5-2,0 м/с, общая жесткость 0,6-0,8 мг-экв/л и температура 15-20 °С), эффект воздействия MOB на дисперсную структуру нефтеводяной эмульсии в зависимости от напряженности магнитного поля в первом приближении представлен в виде dV./dlgr, = 2-Ш3{ 10,2 - 7,17Sin[ж/0,41 (IgH — 4,38) + 0,356]}lgr, + (41)

+ {5,5Sin[it/0,4] (IgH -4,38) + 0,53] - 9,75} 1 (X2, где V,— суммарный объем дисперсной фазы, эффективный радиус частиц которой равен г,; 23,9-103 ■¿Н ¿159,0-103 а/м — напряженность магнитного поля.

Анализ экспериментальных данных по MOB показал, что эффект воздействия импульса магнитного поля на дисперсную среду, приводящий к ускорению её разделения в отстойно-коалесцентной ступени нефтеводяного сепаратора, наблюдается при вполне определенных напряженностях магнитного поля. Для условий, при которых проводились данные опыты, такими на-пряженностями являются Н= 23,9-103 а/м и Н= 79,6-103 а/м.

На рис. 16 представлены кривые распределения размеров капель дисперсной фазы нефтеводяной смеси до и после обработки её в слое ДВБ толщиной 80 мм, в фильтроэлементе с радиальным током очищаемой смеси с магнитной и без магнитной обработки потока.

Анализ экспериментальных данных подтверждает, что магнитная обработка потока нефтеводяной смеси перед фильтрацией её в коалесцентном аппарате изменяет структуру мелкодисперсной фазы после фильтрации её через зернистый слой из стандартных гранул ДВБ. Количество самых мелких частиц уменьшается почти в два раза, при этом количество более крупных капель в среднем увеличивается на 20 - 30 %. На эту же величину происходит снижение и нефтесодержания очищенной смеси. Если без магнитной обработки нефтесодержание С2 на установившемся режиме составляло 10 млн-1, то после установки постоянных магнитов С2 снижалось до 6 -7 млн-1.

Анализ экспериментальных данных по магнитной обработке потока нефтеводяных смесей на разных перепадах давления на диспергаторе показы-

вает, что эффект воздействия импульса магнитного поля на дисперсную среду, приводящий к ускорению её разделения в отстойно-коалесцентной ступени нефтеводяного сепаратора, имеющего слой толщиной 80 мм зернистой за-хрузки из ДВБ, наблюдается при перепадах давления на диспергаторе АР не более 0,15 МПа и определенных напряженностях магнитного поля. Для условий, при которых проводились данные опыты, такими напряженностями являются Я = 23,9-103 а/ми #= 79,6-Ю3 а/м.

зоо 280

0,00 0,01 0,02 0.03 0,04 0,05 0,06 Среднемассовый диаметр капель мазута, мм

Рис. 16. Распределение размеров капель мазута М40 анефтеводяной эмульсии до (1) и после (2) фильтрации её в коалесцентной ступени очистки с зернистой загрузкой из ДВБ, а также после фильтрации той же смеси, но предварительно обработанной в постоянном магнитном поле при температуре 8,5 °С.

При повышении АР структура нефтеводяной смеси меняется, увеличивается количество и изменяется качество дисперсной фазы, поэтому толщина выбранного слоя ДВБ не обеспечивает требуемое разделение дисперсной фазы, что характеризуется увеличением проскока мелкодисперсных капель ШТ.

Несмотря на то, что полученные данные носят качественный характер, результаты их подтверждают принципиальную возможность эффективного отделения от воды диспергированного нефтепродукта в коалесцентной ступени нефтеводяного сепаратора после обработки нефтесодержащей смеси в постоянном магнитном поле в условиях потока. Они подтверждают целесообразность использования предварительной MOB для повышения эффективности отделения от воды диспергированных НП в коалесцентной ступени нефтеводяного сепаратора.

Основные выводы и результаты.

1. Расширены физические представления о природе явления коалесценции нефтепродуктов в очистном оборудовании отстойно-коалесцентного типа с зернистой загрузкой из полимерных материалов в широком диапазоне изменения физических и химических свойств очищаемой дисперсионной среды (пресной воды, морской и их смесей).

2. Определена область режимов процесса очистки нефтесодержащих вод в коалесцентных ступенях на основе зернистых полимерных материалов, получеиных из нефти, в диапазоне изменения скорости фильтрации

а также изменения исходного нефтесодержания в пределах 1000-10000 млн-1.

3. Установлены физические закономерности процесса разделения нефте-водяных смесей в коалесцентных ступенях очистки на основе зернистой загрузки из полимерных материалов, матрицей которых являются частицы круглой формы размером 0,5-1,2 мм из сополимера стирола с 7,8%-м содержанием дивинилбензола.

4. Разработана технология модернизации судового фильтрующего оборудования типа СКМ с целью повышения его очистной способности, которая одобрена Российским Морским Регистром судоходства и внедрена более чем на 120 морских судах различного назначения.

5. Установлено, что эффективность разделения нефтеводяной смеси в зернистом слое из полимерных материалов зависит от его толщины и геометрии порометрической структуры, от вязкости дисперсной фазы и режима ее течения в поровых каналах; магнитная обработка потока нефтеводяной смеси повышает эффективность её разделения.

6. Экспериментально установлено, что при фильтрации нефтеводяной смеси через зернистую загрузку из ионообменных материалов их ионообменная емкость не влияет на смачиваемость нефтепродуктом.

7. Установлено, что все исследованные зернистые материалы, полученные из нефти, характеризуются близкими значениями краевык углов смачивания мазутом, поэтому могут быть использованы в качестве коалес-центнык для очистки судовык сточных нефтесодержащих вод.

8. Разработана и внедрена технология очистки питательной воды судовых вспомогательных котельных установок, реализованная в оптимальной конструкции теплого ящика, совмещающего в одном корпусе механический фильтр, коалесцентный деэмульгатор на основе зернистой загрузки из сополимера стирола с дивинилбензолом и сборник чистого конденсата с деаэратором смесительного типа и пароводяным поверхностным подогревателем.

9. Разработана и внедрена технология глубокой очистки сточных нефте-содержащих вод на базе модернизированной судовой сепарационной установки типа СК-4М, оборудованной регенеративными коалесцент-ными фильтроэлементами на основе зернистой загрузки из стандартных гранул сополимера стирола с дивинилбензолом, и доочистным напор-

ным фильтром на основе природного цеолитизированного туфа Чугуевского месторождения Приморского края.

Список публикаций по материалам диссертации включает 70 работ, в том числе основных - 30 наименований, из них 2 патента РФ:

1. Тихомиров Г.И. Физическое моделирование процесса разделения неф-теводяных смесей в коалесцентной ступени очистки на основе зернистых полимерных материалов // Судостроение. - 2003. - №5. - С.37-41.

2. Тихомиров Г.И. Регенеративные фильтры для нефтеводяных сепараторов // Экология и промышленность России. - 2003. - №11. - С.4-8.

3. Тихомиров Г.И. Модернизация судовых нефтеводяных сепараторов // Морской флот.- 2003.- №6. - С.40-41.

4. Тихомиров Г.И. Прибрежный мобильный очистной комплекс // Известия ТИНРО. - 2003. - Т. 133. - С.282-287.

5. Тихомиров Г.И. Калиниченко А.Б., Колесников Д.Н. Исследование эффективности очистки нефтесодержащей воды в зернистом слое из сополимера стирола с дивинилбензолом: Тез. докл. / Междунар. научи, конф. «Рациональное природопользование и управление морскими биоресурсами»-Владивосток: ТИНРО-Центр, 2003.- С.195-197.

6. Тихомиров Г.И., Андреев АГС Исследование адгезии мазута на поверхности зернистых полимерных материалов: Мат-лы пятой между-нар. науч. конф. « Проблемы транспорта Дальнего Востока». - Владивосток: ДВО Российск. Акад. тр-та, 2003. - С.85-89.

7. Тихомиров Г.И. К решению проблемы очистки судовых сточных неф-тесодержащих вод: Мат-лы пятой междунар. науч. конф. «Проблемы транспорта Дальнего Востока»,- Владивосток: ДВО Российск. Акад. тр-та, 2003.- СЛ 62-167.

8. Тихомиров Г.И. Судовые технические средства очистки нефтесодер-жащих вод. - Владивосток: ДВГМА, 2002. - 122 с.

9. Тихомиров Г.И. Коалесцирующий элемент. Свидетельство на Полезную модель №472 от 16.06.1995 г. - М.: РОСПАТЕНТ, 1995.

10. Сень Л.И., Тихомиров Г.И. Способ докотловой обработки вод в теплом ящике котельной установки и устройство для его осуществления: Патент РФ №2088841. - М.: РОСПАТЕНТ, 1997.

11. Тихомиров Г.И. Повышение эффективности судовых систем очистки льяльной воды: Мат-лы / Всесоюз. науч. конф. «Проблемы охраны окружающей среды и рекуперации вторичных ресурсов на предприятиях отрасли и при эксплуатации судов». — Л.: ЦП НТО им. акад. А.Н. Крылова, 1982.- С.114-115.

12. Тихомиров Г.И., Герасимов А.П. Комплексные мероприятия по повышению эффективности теплотехнического оборудования и охране окружающей среды нефтебазы Владивостокского торгового порта: Мат-лы / Всесоюз. науч. конф. / Под ред. проф., д.т.н. С.А. Богатых. - Л.: Судостроение, 1982- С.27-28.

13. Тихомиров Г.И. Основные направления совершенствования судовых систем очистки льяльных вод на морском транспорте // «Рабочие процессы в теплоэнергетических установках: Сб. науч. тр. - Владивосток: ИПМТДВОРАН, 1993.-С. 12-16.

14. Тихомиров Г.И. Исследование процесса разделения нефтеводяных смесей в зернистых коалесцирующих материалах // Там же. — С.9—10.

15. Тихомиров Г.И. Опыт применения новой технологии очистки судовых нефтесодержащих вод // Мат-лы / Междунар. науч. техн. конф. «Экология и безопасность жизнедеятельности (Энергетика и технология)», ДВО Междунар. акад. наук экологии и безопасн. жизнедеятельности (МАНЭБ). - Владивосток: ДВГТУ, 1994. - С. 18-20.

16. Тихомиров Г.И. Решение проблемы повышения эффективности судовых нефтеводяных сепарационных установок типа СКМ // Мат-лы / III Всеросс. науч. конф. «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности» / Под ред. проф., д.т.н. Н.И. Иванов.- СПб.: Балт. гос. техн. университет, 1998.-С.584.

17. Тихомиров Г.И., Андреев А.К. Исследование процесса разделения неф-теводяных смесей в зернистых коалесцирующих материалах // Докл. / Междунар. Экол. конгр. «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности». Т.1 / Под ред. проф., д.т.н. Н.И. Иванова. - СПб: Балт. гос. техн. университет, 2000. - С.314-317.

18. Тихомиров Г.И., Андреев А.К., Чириков А.Ю., Тихомиров С.Г. Результаты разработки регенеративных фильтроэлементов для очистки судовых сточных нефтесодержащих вод // Докл./ Первый междунар. инве-стиц. конгр. «Новейшие технологии в системе интеграционных процессов стран Азиатско-тихоокеанского Региона» / Под ред. чл.-корр. РАН, д.х.н., проф. В.И. Сергиенко. - Владивосток: ДВО РАН, 2000. - С.304-308.

19. Тихомиров Г.И. Основные направления совершенствования судовых систем очистки льяльных вод на морском транспорте // «Рабочие процессы в теплоэнергетических установках»: Сб. науч. тр. / Под ред. чл.-корр. РАН, д.ф-м.н., проф. В.А. Акуличева. - Владивосток: ДВО РАН, 1993.-С.12-17.

20. Тихомиров Г.И. Опыт применения новой технологии очистки судовых нефтесодержащих вод: Мат-лы / Междунар.науч. конф. «Экология и безопасность жизнедеятельности (энергетика и технология)» / Отв. ред. проф., д.т.н. А.К. Ильин - Владивосток: ДВГТУ, 1994.- С. 18-20.

21. Тихомиров Г.И. Совершенствование технологии очистки нефтесодер-жащей воды: Мат-лы / Первой междунар. тихоокеанской эколог. конф. / Отв. ред. проф., д.г-м.н. Б.В. Преображенский.- Владивосток: ТИТ ДВО РАН, 1994.-С.6-7.

22. Тихомиров Г.И. Исследование процесса разделения нефтеводяных смесей в зернистых коалесцентных синтетических материалах // Мат-лы / Тихоокеанской эколог. конф. «Инженерные решения проблем экологии

прибрежных регионов» / Под ред. проф., д.т.н. А.К. Ильина.- Владивосток: ТИГ ДВО РАН, 1994. - С.9-10.

23. Тихомиров Г.И. Опыт применения судового оборудования по предотвращению загрязнения моря в условиях промышленных предприятий // Мат-лы / Междунар. науч. конф. «Нетрадиционная энергетика и технология» / Отв. ред. проф., д.т.н. А.К. Ильин. - Владивосток: ИПМТ ДВО РАН, 1995.-С.70-71.

24. Тихомиров Г.И. Разрушение накипных отложений в паровых котлах при обработке питательной воды постоянным магнитным полем // «Вопросы теории магнитной обработки воды и водных систем»: Сб. науч. тр. / Под ред. проф., д.т.н. В.И. Классена. - М.: Цветметинформация, 1971.-С.283-288.

25. Тихомиров Г.И. Исследование кинетики растворения некоторых наки-пеобразующих веществ и СО2 в магнитообработанной природной воде // Мат-лы III Всесоюз. семинара «Вопросы теории и практики магнитной обработки воды и водных систем» / Под ред. проф., д.т.н. Ф.И. Кукоза.- Новочеркасск: НИИ, 1975.-С. 151-154.

26. Тихомиров Г.И., Сень Л.И. К вопросу о механизме магнитной обработки воды и водных систем // Сб. науч. тр. СахЦНИИ. - «Использование неорганических ресурсов океанической воды». — № 4, Вып. 30 / Отв. ред. проф., д.г-м.н. И.К. Туезов. - Владивосток: ДВЩД АН СССР, 1975. -С. 18-25.

27. Тихомиров Г.И. Анализ технической эксплуатации магнитных проти-вонакипных устройств на судах Дальневосточного бассейна // Мат-лы / VI Всесоюз. науч. конф. «Магнитная обработка водных систем» / Отв. ред. проф., д.т.н. В.И. Классен. - М.: НИИ ТЭХИМ, 1981. - С.112-113.

28. Тихомиров Г.И., Тихомиров С.Г. Исследование эффективности разделения нефтеводяной смеси в элементах модернизированной судовой сепарационной установки типа СК-2.5М // Мат-лы / IV-й Междунар. науч. конф. «Проблемы транспорта Дальнего Востока» / Отв. ред. проф., д.т.н. И.Б. Друзь. - Владивосток: ДВО PAT, ДВГМА, 2001. -С.14-19.

29. Тихомиров Г.И. Современное состояние и перспективы развития судовых технических средств очистки нефтесодержащих сточных вод // Мат-лы / И-й Междунар. науч. конф. «Проблемы транспорта Дальнего Востока» / Отв. ред. проф., д.т.н. А.Д. Москаленко. - Владивосток: ДВО Российск. Акад. тр-та, 1997. - С.7-9.

30. Тихомиров Г.И. О выборе технологической схемы разделения судовых нефтесодержащих смесей // «Исследования Владивостокского отделения Российского общества Тепломассообмена в 1995-96 гг.»: Сб. науч. тр. ВО РОТМО / Под ред. проф., д.т.н. А.К. Ильина. - Владивосток: ИПМТ ДВО РАН, 1997. - С.14-15.

Тихомиров Георгий Иванович

ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА РЕГЕНЕРАТИВНЫХ ДЕЭМУЛЬГАТОРОВ ОЧИСТКИ СУДОВЫХ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ВОД

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Лицензия ИД № 05693 от 27.08.02

2,89 уч.- изд. л. Формат 60*84 1/16

Тираж 100 экз. Заказ № 004

Отпечатано в типографии МГУ им. адм. Г. И. Невельского Владивосток, 59, ул. Верхнепортовая, 50а

-2 75 1

Введение.

1. Современное состояние проблемы очистки судовых нефтесодержащих вод и экологическая безопасность СЭУ.

1.1. Источники загрязнения судовых льяльных вод.

1.2. Особенности структуры и химического состава льяльных вод.

1.3. Анализ методов и технических средств очистки судовых льяльных вод.

1.3.1. Очистка нефтесодержащей воды флотацией.

4 1.3.2. Очистка нефтесодержащей воды центрифугированием.

1.3.3. Динамические методы очистки нефтесодержащих вод.

1.3.3.1. Очистка нефтесодержащей воды фильтрованием.

1.3.3.2. Метод разделения нефтеводяных смесей коалесценцией

1.4. Анализ технической эксплуатации нефтеводяного фильтрующего оборудования типа СКМ.

2. Гидродинамические характеристики фильтрующих материалов.

3. Исследования структуры зернистого фильтрующего слоя.

3.1. Геометрия зернистого слоя и его обобщенные характеристики.

3.2. Гидродинамика зернистого слоя, общие соотношения и критерии подобия.

3.3. Течение жидкости в зернистом слое при воздействии сил инерции и вязкости.

4. Выбор конструкции коалесцентного регенеративного фильтроэлемента-деэмульгатора.

5. Экспериментальные исследования процесса очистки нефтеводяных смесей в слое зернистых полимерных материалов.

5.1. Исследование режимных характеристик коалесцентного деэмульгатора на основе зернистой загрузки из анионита марки

АВ 17-8 с осевым током очищаемой воды.

5.1.1. Постановка задачи исследования.

5.1.2. Методика проведения эксперимента.

5.1.3. Планирование эксперимента и его реализация.

5.1.4. Обработка и обсуждение результатов эксперимента.

5.1.5. Использование экспериментальных данных для создания промышленных конструкций регенеративных коалесцентных деэмульгаторов.

5.2. Исследование режимных характеристик коалесцентного деэмульгатора на основе анионита марки АВ 17с радиальным током очищаемой воды.

5.2.1. Постановка задачи исследования и условия эксперимента.

5.2.2. Обработка и обсуждение результатов эксперимента.

5.2.3. Результаты для промышленного использования экспериментальных данных.

5.3. Экспериментальное определение критической скорости течения нефтеводяной смеси в зернистых коалесцентных материалах.

5.3.1. Постановка задачи исследования.

5.3.2. Методика проведения эксперимента.

5.3.3. Реализация эксперимента и обработка экспериментальных данных.

5.3.4. Обсуждение результатов эксперимента.

5.3.5. Результаты внедрения экспериментальных данных на промышленных установках.

5.3.6. Выводы к разделу 5.3.

5.4. Исследование смачиваемости мазутом зернистых полимерных материалов.

5.4.1. Постановка задачи исследования.

5.4.2. Методика проведения эксперимента.

5.4.3. Результаты обработки экспериментальных данных.

5.5. Исследование влияния толщины зернистого слоя на эффективность коалесцентного деэмульгатора.

5.5.1. Постановка задачи и планирование эксперимента.

5.5.2. Описание экспериментальной установки и методики проведения опытов.

5.5.3. Обработка и обсуждение результатов эксперимента.

6. Технология модернизации нефтеводяных сепарационных установок типа СКМ.

6.1. Исследование эффективности разделения нефтеводяной смеси в элементах модернизированного механического фильтра.

6.1.1. Постановка задачи исследования и методика проведения эксперимента.

6.1.2. Анализ экспериментальных данных.

6.2. Типовые испытания установки СК-4М, модернизированной по технологии ДВГМА.

6.2.1. Технические требования к испытаниям.

6.2.2. Порядок проведения испытаний.

6.2.3. Анализ результатов типовых испытаний и промышленного внедрения технологии модернизации установок типа СКМ. .206 7. Исследование процесса разделения нефтеводяной смеси в коалесцентной ступени нефтеводяного сепаратора с зернистой загрузкой из сополимера стирола с дивинилбензолом.

7.1. Условия проведения эксперимента.

7.2. Планирование эксперимента и его реализация.

7.3. Бланк-алгоритм расчета и статистического анализа модели процесса очистки воды.

7.4. Анализ результатов исследования.

7.5. Исследование эффективности очистки нефтеводяной эмульсии при фильтрации в зернистом слое ДВБ.

8. Выбор фильтрующего материала и оборудования для доочистки судовых нефтесодержащих вод.

8.1. Разработка фильтрующего оборудования для локального очистного комплекса на базе портового сборщика судовых льяльных вод.

8.2. Расчет ресурса очистного оборудования.

8.3. Результаты промышленных испытаний локального очистного комплекса.

8.4. Результаты промышленного внедрения ДВБ для очистки питательной воды судовых паровых котлов.

9. Исследование влияния магнитной обработки нефтеводяной эмульсии на процесс разделения её в коалесцентной ступени очистки сепаратора.

ВЫВОДЫ.

Очистка нефтеводяных смесей на морском транспорте относится к числу наиболее актуальных задач, решение которой непосредственно связано с надежностью технической эксплуатации судового теплоэнергетического оборудования и охраной окружающей среды от загрязнений сточными неф-тесодержащими водами, особенно в прибрежных районах при судоходстве и деятельности береговых предприятий.

Хотя общее количество сбрасываемых с судов нефтесодержащих вод (сточных вод, имеющих в своем составе нефтеостатки) по абсолютному значению в сравнении с аварийными разливами танкеров невелико, их влияние на экологическое состояние морской среды весьма существенно, особенно при увеличении числа судов, их тоннажа и интенсивности судоходства в прибрежных районах плавания.

Капельный нефтепродукт (НП), имеющий плотность меньше, чем у воды, в объеме последней может быть в виде устойчивой мелкодисперсной нефтеводяной эмульсии или всплывать на поверхность раздела «вода - воздух», образуя пленку. Эта пленка препятствует поглощению водой углекислого газа и выделению кислорода в атмосферу Земли, а также вызывает истощение запасов растворенного в воде кислорода, от чего зависит существование в ней многих морских организмов.

Присутствие НП, например, в питательной воде для судовых парогенераторов недопустимо, а для вспомогательных котельных установок весьма ограничено (0,3-Ю,5 мг/л), т. к. вызывает образование на теплопередающих поверхностях нагрева углеводородных отложений с высоким термическим сопротивлением, вызывающих уменьшение надежности технической эксплуатации котлов и перерасход органического топлива.

На всех морских судах в настоящее время имеются достаточно эффективные технические средства для очистки от НП конденсатов отработавшего пара и фильтрующее оборудование (ФО) для предотвращения загрязнения моря (ПЗМ) льяльными водами, технологические схемы обработки воды которых нуждаются в совершенствовании. Качество очистки питательной воды для судового теплоэнергетического оборудования регламентируется правилами его технической эксплуатации, а ФО по ПЗМ подвергается периодическим освидетельствованиям на предмет соответствия требованиям Международной конвенции по предотвращению загрязнения моря с судов (МАР-ПОЛ 73/78), оговоренных в Резолюции -Международной морской организации (ИМО) МЕРС 60 (33) [1].

За последнее десятилетие на морском транспорте для очистки сточных нефтесодержащих вод получили распространение нефтеводяные сепараци-онные установки отстойно-коалесцирующего типа. Однако это простое и достаточно эффективное оборудование оказалось практически непригодным, когда на судах стали использовать тяжелые сорта жидкого топлива с относительной плотностью 0,95-Ю,98 г/см3. Нефтеводяная смесь с нефтепродуктом такой плотности в эмульгированном состоянии не разделяется гравитацией даже при нагреве. Поэтому очистить воду от тяжелых нефтепродуктов можно только фильтрацией ее через нефтеёмкий пористый материал. В этой связи Резолюцией ИМО МЕРС 60 (33) [1] с 1998 г. рекомендовано на вновь строящихся морских судах использовать не сепарационное, а фильтрующее оборудование, обладающее очистной способностью на сливе не более 15 частей нефтепродукта на миллион частей воды (15 млн"1).

После 1998 г. на морских судах, построенных до 30.04.1994 г., нефте-водяное сепарационное оборудование, имевшее очистную способность до 100 млн"1, подлежало замене на фильтрующее оборудование очистной способностью 15 млн'1 [1]. Однако до настоящего время не все судовладельцы выполнили это требование и по разным причинам имеют отсрочки Российского Морского Регистра судоходства (Регистра).

Установка дополнительных доочистных фильтров к старым сепараторам с целью повышения их очистной способности до 15 млн"1, которая разрешалась ранее по Резолюции ИМО А.444(Х1), после 30.04.94 г. документами ИМО и Регистра запрещена [2,3]. Поэтому они подлежали замене на новое оборудование, что требовало от судовладельцев значительных инвалютных затрат, связанных с приобретением нового оборудования и выводом морских судов из эксплуатации, для производства заводских работ по демонтажу старого очистного оборудование и монтажу нового.

Следует отметить, что термин «фильтрующее оборудование» (ФО) в соответствии с новыми требованиями Регистра [2] предусматривает фильтры или любое сочетание сепараторов и фильтров, конструкция которых обеспечивает содержание нефти в сбросе не более 15 млн"1.

В настоящее время в мировом судостроении создано немало типов установок для очистки судовых льяльных вод (нефтесодержащих вод машинных отделений), однако все они не гарантируют качественную очистку, если НП находятся в воде в виде эмульсий и смесей, содержащих детергенты и поверхностно-активные вещества (ПАВ).

Анализ технической эксплуатации существующего оборудования по ПЗМ, а также судовых энергетических установок (СЭУ) свидетельствует о том, что основными источниками загрязнения моря нефтепродуктами (без учёта аварийных ситуаций) являются случаи:

• грубейшего нарушения правил технической эксплуатации очистного оборудования из-за недостаточной его эффективности и нарушения обслуживающим персоналом технологии разделения нефтеводяных смесей;

• целенаправленных сбросов в море концентрированных нефтесодержащих отходов СЭУ (содержимое шламовых цистерн топливных сепараторов), утилизировать или очистить которые в условиях судна не представляется возможным.

Если первый источник загрязнения моря можно устранить, повысив качество технической подготовки механиков и эффективность технической эксплуатации очистного оборудования, то исключение целенаправленных сбросов нефтеостатков полностью зависит от внедрения на морских судах совершенных и автономных систем автоматического контроля за сбросом, исключающих влияние на этот процесс человеческого фактора.

Проблема предотвращения загрязнения моря нефтепродуктами при судоходстве в настоящее время является наиболее трудноразрешимой, так как положительное решение её зависит не только от совершенства и надежности технических средств, предназначенных для этих целей, но и от человеческого фактора, от отношения человека к окружающей его природной среде.

Анализ технической эксплуатации нефтеводяных сепарационных установок на различных морских судах Дальневосточного бассейна свидетельствует об их низкой эффективности в основном из-за недостатка сменно-запасных фильтрующих элементов (импортных и отечественных), ресурс которых не превышает обычно 100 часов. Качество очистки льяльной воды, как и ресурс очистных устройств, зависят в основном от дисперсности капель НП, их сорта и концентрации в очищаемой воде.

При дефиците запасных коалесцентных фильтроэлементов даже для отечественных сепараторов эксплуатационники стараются реже включать в работу ФО, а сброс нефтесодержащей воды (НСВ) осуществляют в ночное время суток после отстоя ее в сборных цистернах. При нахождении в открытых районах плавания или в территориальных водах России моряки обычно в ночное время суток (из-за отсутствия должного контроля со стороны природоохранных органов) откачивают неочищенную НСВ из сборных цистерн за борт судна, загрязняя морскую среду.

Поэтому разработка и внедрение новых конструкций регенеративных коалесцентных фильтроэлементов для существующих типов ФО является задачей весьма актуальной.

Исследованиям и разработке ФО для морского и речного транспорта в нашей стране посвящены работы Брусельницкого Ю.М.[4, 6], Нунупарова и

С.М.[7], Богатых С.А.[8], Губаренко В.Щ9], Коваленко В.Ф. и Скрипника В.Н.[11, 12], Заславского Ю.А.[13], Хапаева В.М.[14, 15], Тува И.А.[16], Решняка В.И. и Косовского В.Щ17, 18, 19], Грановского М.Г., Карпинского Ю.И. [20, 21, 22,23], Волошина В.П., ПоздееваВ.В.[24] и других авторов.

В связи с тем, что большая часть судов Дальневосточного бассейна оборудована отечественными сепарационными установками типа СКМ, в настоящей работе рассматриваются особенности этого оборудования с целью повышения его эффективности в соответствии с новыми требованиями МАРПОЛа, оговоренными Резолюцией ИМО МЕРС 60(33).

За последние годы экологическая обстановка в мире значительно ухудшилась. Загрязнение воздуха и воды принимает катастрофические размеры. В числе основных источников загрязнения воздушного и водного бассейнов находятся нефть и нефтепродукты. Плохая экологическая обстановка сложилась на нефтетранспортных и береговых предприятиях морского флота, которые в большинстве своем не оснащены эффективными очистными сооружениями. Эта проблема состоит в том, что в технике фильтрования нет материалов одинаково пригодных для очистки нефтеводяных смесей, нефтепродукты в которых имеют существенное отличие в относительной плотности и вязкости, содержащих ПАВы и механические примеси.

Ресурс любого фильтрующего материала ограничен во времени из-за явления кольматации его пористой структуры асфальтенами и парафинами жидкого топлива, а также ограниченной нефтеемкости. С другой стороны, если материал пригоден для фильтрования сточной воды, содержащей легкое топливо, то он абсолютно не пригоден для разделения смесей, содержащих тяжелые сорта НП и наоборот.

Отсутствие береговых очистных сооружений в портах Дальнего Востока привело к тому, что в настоящее время концентрация НП, например, во Владивостоке превышает ПДК более чем в 200 раз. То же имеет место и в

Находке, хотя производительность судоремонтных и других береговых предприятий по сравнению с прошлым остается на низком уровне.

Положительный опыт применения судового ФО в стационарных условиях [10, 25, 26] свидетельствует о том, что при соответствующей доработке оно может быть вполне пригодным для локальной очистки нефтесодержащих сточных вод в стационарных условиях небольших нефтетранспортных и промышленных предприятий, где количество стоков не превышает 5-40 м3/ч.

В технике очистки сточных вод, как в.судовой, так и стационарной, не существует универсальной технологии, которая позволяла бы сравнительно дешево и эффективно разделять нефтеводяные эмульгированные смеси. Поэтому исследование и разработка безреагентных технологий деэмульгирова-ния очищаемых НСВ является весьма актуальной, т. к. позволяет повысить эффективность ФО без значительных капитальных затрат.

Диссертационная работа посвящена актуальной проблеме - повышению эффективности технической эксплуатации судового ФО для очистки сточных нефтесодержащих вод. В результате экспериментальных и теоретических исследований автором разработаны и внедрены научно обоснованные технические и технологические решения, которые позволили внести значительный вклад в развитие техники очистки сточных нефтесодержащих вод. Так, типовые испытания модернизированной установки типа СК-4М (т/к «Степан Вострецов», ОАО ПМП), выполненные автором по программе Резолюции ИМО А 393(Х), показали очистную способность ФО менее 15 млн"1. По результатам этих испытаний на установки типа СКМ производительностью 1,6; 2,5 и 4,0 м3/ч Регистром выданы свидетельства о типовом испытании, как на фильтрующее оборудование очистной способностью 15 млн"1. Поэтому на вышеуказанных установках Тихоокеанского бассейна России получили внедрение регенеративные конструкции коалесцентных фильтроэле-ментов на основе зернистой загрузки из анионита марки АВ 17-8 и технология модернизации нефтеводяных сепарационных установок типа СКМ, разработанные автором на основании результатов исследований, описанных в настоящей работе.

В 1997-98 гг. (на момент вступления в силу новых требований МАР-ПОЛа и при полном отсутствии в России современного отечественного оборудования для очистки судовых льяльных вод) более 120-и сепарационных установок типа СКМ морских судов различного назначения были модернизированы по технологии, разработанной автором, под надзором Тихоокеанской бассейновой инспекции Регистра. Это позволило отечественным судовладельцам без вывода судов из эксплуатации обеспечить выполнение новых требований МАРПОЛа и сэкономить более 3,5 млн. долларов США на закупку необходимого импортного фильтрующего оборудования для предотвращения загрязнения моря сточными нефтесодержащими водами.

Результаты исследований использованы при создании промышленных очистных комплексов на базе танкеров водоизмещением 20000 рег.т. и судовых нефтеводяных сепараторов типа ККС-50 (производительностью 50 м /ч, японской фирмы «Taiho Industries Co., LTD») для ОАО ДВМП, а также для нефтетранспортных и судоремонтных предприятий.

Впервые установлено, что для разделения нефтеводяных эмульгированных смесей в СЭУ могут быть использованы анионит марки АВ 17-8 или сополимер стирола с дивинилбензолом. Последний является более технологичным и экономически целесообразным, т. к. обладает гидрофобными свойствами, а также не набухает в воде и имеет в два раза меньшую стоимость по сравнению с анионитом.

Автором разработана и прошла промышленные испытания портовая плавучая установка (ООО «Транс Эко») очистной способностью до 3,0 млн'1 на базе модернизированного ФО типа СК-4М для локальной очистки СНВ в бухте «Золотой Рог» во Владивостоке.

Диссертация состоит из введения, девяти глав, заключения, списка литературы и приложения.

ВЫВОДЫ

1. Расширены физические представления о природе явления коалесценции нефтепродуктов в судовом очистном оборудовании отстойно-коалесцентного типа с зернистой загрузкой из полимерных материалов в широком диапазоне изменения физических и химических свойств очищаемой дисперсионной среды (пресной воды, морской и их смесей).

2. Определена область режимов процесса очистки нефтесодержащих вод в коалесцентных ступенях на основе зернистых полимерных материалов, полученных из нефти, в диапазоне изменения скорости фильтрао ции (0,645-2,58) -Ю" м/с, а также изменения исходного нефтесодержа-ния в пределах 1000-10000 млн"1.

3. Установлены физические закономерности процесса разделения нефтеводяных смесей в коалесцентных ступенях очистки на основе зернистой загрузки из полимерных материалов, матрицей которых являются частицы круглой формы размером 0,5-1,2 мм из сополимера стирола с 7,8%-м содержанием дивинилбензола.

4. Разработана технология модернизации судового фильтрующего оборудования типа СКМ с целью повышения его очистной способности, которая одобрена Российским Морским Регистром судоходства и внедрена более чем на 120 морских судах различного назначения.

5. Установлено, что эффективность разделения нефтеводяной смеси в зернистом слое из полимерных материалов зависит от его толщины и геометрии порометрической структуры, от вязкости дисперсной фазы и режима ее течения в поровых каналах; магнитная обработка потока нефтеводяной смеси повышает эффективность её разделения.

6. Экспериментально установлено, что при фильтрации нефтеводяной смеси через зернистую загрузку из ионообменных материалов их ионообменная емкость не влияет на смачиваемость нефтепродуктом.

7. Установлено, что все исследованные зернистые материалы, полученные из нефти, характеризуются близкими значениями краевых углов смачивания мазутом, поэтому могут быть использованы в качестве коалесцентных для очистки судовых сточных нефтесодержащих вод.

8. Разработана и внедрена технология очистки питательной воды судовых вспомогательных котельных установок, реализованная в оптимальной конструкции теплого ящика, совмещающего в одном корпусе механический фильтр, коалесцентный деэмульгатор на основе зернистой загрузки из сополимера стирола с дивинилбензолом и сборник чистого конденсата с деаэратором смесительного типа и пароводяным поверхностным подогревателем.

9. Разработана и внедрена технология глубокой очистки сточных нефтесодержащих вод на базе модернизированной судовой сепарационной установки типа СК-4М, оборудованной регенеративными коалесцент-ными фильтроэлементами на основе зернистой загрузки из стандартных гранул сополимера стирола с дивинилбензолом, и доочистным напорным фильтром на основе природного цеолитизированного туфа Чугуевского месторождения Приморского края.

10. Эффективность разделения нефтеводяной смеси в коалесцентном аппарате увеличивается с увеличением толщины зернистого слоя загрузки. Это является следствием изменения гидродинамики потока обрабатываемой жидкости, где основную роль играет контактный механизм взаимодействия дисперсной среды с поверхностью гранул коалесцент-ной загрузки.

11. Оптимальным техническим средством судовой системы фильтрующего оборудования является предвключенный механический фильтр, совмещающий в одном корпусе низкоскоростной цилиндрический гидроциклон с нефтесборником для грубодисперсных нефтепродуктов, коалесцентный аппарат-деэмульгатор на основе плавающего слоя зернистой загрузки из естественного полипропилена (толщиной 0,3-0,5 м) и фильтрующие цилиндрические сборки из листового эластичного пенополиуретана.

1. Guidelines and specifications for pollution prevention equipment for machinery space bilge of ships / 1.ternational Maritime Organization.- 1992 - MERC 33(20)/ Circ. 262: London. - 33 p.

2. Правила по предотвращению загрязнения с судов. СПб.: Регистр, -1993. -86 с.

3. Правила по предотвращению загрязнения с судов 1993 г., // Бюллетень №1. СПб.: Регистр, 1994. - 17 с.

4. Брусельницкий Ю.М. Судовые устройства очистки трюмно-балластных вод от нефтепродуктов. JL: Судостроение, 1966. - 200с.

5. Роев Г.А., Юфин В.А. Очистка сточных вод и вторичное использование нефтепродуктов. -М.: Недра, 1987. 224 с.

6. Брусельницкий Ю.М. Судовые нефтеводяные сепараторы. М.: Транспорт, 1966.-224 с.

7. Нунупаров С.М. Предотвращение загрязнения моря с судов. М.: Транспорт, 1985.-288 с.

8. Тубаренко В.И. Технический надзор за выполнением за выполнением требований конвенции МАРПОЛ 73/78 одно из направлений деятельности Регистра СССР: Там же. - С. 16 - 17.

9. Тихомиров Г.И., Герасимов А.П. Комплексные мероприятия по повышению эффективности теплотехнического оборудования и охране окружающей среды нефтебазы Владторгпорта: Там же. С. 27- 28.

10. Скрипник В.Н., Мацокин JI.B., Лавриненко М.И. Результаты экспериментального исследования очистки промывочных вод рудовозов в тонкослойном отстойнике: Там же. С. 51 - 53.

11. Коваленко В.Ф., Скрипник В.Н., Яковлев Е.А. Исследование процесса очистки судовых нефтесодержащих вод во флотационных аппаратах со струйным диспергированием воздуха: Там же. С. 125 - 127.

12. Хапаев В.М., Артемьев А.А., Соколов Ю.Н. Исследование процесса разделения водонефтяной смеси в объеме пористых фильтрующих материалов: Там же. С. 242 - 243.

13. Тув И.А. Судовые технические средства предотвращения загрязнения водоемов нефтепродуктами. М.: Транспорт, 1976. 129 с.

14. Косовский В.И., Решняк В.И. Предотвращение загрязнения водоемов нефтесодержащими водами М.: ЦБНТИ Минречфлота, 1987 - 25 с.

15. Решняк В.И. Судовые устройства для глубокой очистки подсланевой воды.: Сб. науч. трудов ЛИВТа. Л., 1986. - С. 82 - 84.

16. Решняк В.И. Автономные плавучие и береговые сооружения для очистки нефтесодержащей подсланевой воды.: Сб. науч. трудов СПб ГУВК. -СПб., 1996.-С. 271-285.

17. Грановский М.Г., Карпинский Ю.И. Очистка нефтесодержащих вод в гидроциклоне и электрическом сепараторе. Л.: Судостроение, 1980, №5. С. 14-15.

18. Грановский М.Г. Исследование физико-химических свойств и механизма разделения прямых нестабилизированных эмульсий во внешних силовых полях: Автореф. дис. канд. тех. наук Л., 1969. - 23 с.

19. Грановский М.Г. Универсальная электроустановка для очистки жидкостей на судах. М.: Химия, 1987. - 92 с.

20. Карпинский Ю.И. Использование гидроциклонов для очистки нефтесодержащих вод // Рыбное хозяйство: Экспресс-информация. Сер. Эксплуатация флота и портов рыбной промышленности / ЦНИИТЭИРХ, МРХ. -М., 1982. Вып. 11 (1525).-С. 6-10.

21. Волошин В.П., Поздеев В.В. Неэмульгирующий гидроциклон: Тез. докл. / Науч.-техн. конф. «Защита водного и воздушного бассейнов от загрязнений при постройке и эксплуатации судов». Л.: ЦП ВНТО им. акад. А.Н. Крылова: Судостроение, 1990. - С. 24 - 28.

22. Тихомиров Г.И. Опыт применения судового оборудования по предотвращению загрязнения моря в условиях промышленных предприятий: Материалы междунар. конф. «Нетрадиционная энергетика и технология», Часть 1. Владивосток: ДВО РАН, 1995. - 80 с.

23. Монин А.С., Войтов В.И. Черные приливы М.: М. Гвардия, 1984.-159 с.

24. Якубовский В.Ю. Статистическая модель физико-химических свойств судовых нефтесодержащих вод // Судовые энергет. установки: Сб. науч. тр. / Николаевск, кораблестроит. ин-т. Николаев, 1993. С. 51 - 58.

25. Средства очистки жидкостей на судах: Справочник / Под ред. И.А. Иванова. JL: Судостроение, 1984. - 272 с.

26. Дерягин Б.В. Теория устойчивости коллоидов и тонких пленок. М.: Наука, 1986.-216 с.

27. Проскуряков В.А., Смирнов О.В. Очистка нефтепродуктов и нефтесодержащих вод электрообработкой. СПб.: Химия, 1992. - 112 с.

28. Исследование состава судовых льяльных, балластных вод и нефтеостат-ков: Клайпедское отд. Гипрорыбфлота. Клайпеда, 1981. - 48 с.

29. Карпинский Ю.И. Очистка нефтесодержащих вод морских судов в аппаратах со сложным силовым полем: Автореф. дис. канд. тех. наук. Владивосток, 1976. - 28 с.

30. Справочник по теории вероятностей и математической статистике / B.C. Королюк, Н.И. Портенко, А.В. Скороход, А.Ф. Турбин. М.: Наука, 1985.- 640 с.

31. Романков П.Г., Курочкина М.И. Гидромеханические процессы химической технологии. JL: Химия, 1982. - 287 с.

32. Терновский И.Г., Кутепов A.M. Гидроциклонирование / РАН, отделение физикохимии и технологии неорганических материалов. М.: Наука, 1994.-350 с.

33. Красновекин В.Н. Особенности фильтрации нефтесодержащих вод через гидрофобные коалесцирующие насадки // Изв. Вузов. Строительство и архитектура. 1980. - №3. - С. 93 - 96.

34. Седлухо Ю.П., Юпошин А.А., Бавтот Д.П. О коалесценции нефтепродуктов при фильтрации сточных вод через гидрофобные полимерные материалы // Нефтяное хозяйство. 1982. - № 11. - С. 3 8 - 42.

35. Седлухо Ю.П., Линкевич А.Д. Некоторые вопросы теории коалесценции эмульсий в процессах очистки нефтесодержащих сточных вод // Охрана окружающей среды. Минск, 1985. - Вып. 4. - С. 56 - 63.

36. Тихомиров Г.И. Судовые технические средства очистки нефтесодержащих вод: Учеб. для вузов. Владивосток: ДВГМА, 2001. - 122. с.

37. Седлухо Ю.П., Бавтот Д.П., Юпошин А.А. Разработка и исследование технологических параметров коалесцирующих фильтров для очистки судовых нефтесодержащих сточных вод // ЭИ ВНИИОЭНГ. Сер. «Коррозия и защита окр. среды». М., 1985. - Вып. 6. - С. 13-17.

38. Toms A.W. Desighn and performance of oleophilic poms media coalescing oil / Water separators // Filtr. and separation, 1987.-V.24.- #3. P. 188 - 190.

39. Rybka J. Coalescence of emulsified oily wastewater by poleurethane foam beds // Environ. Prot. Eng., 1983. V.9. - #1. - P. 41 - 53.

40. Eur. Pat. Appl. EP 264877, CI. B01D 17/02. Device for separating and retaining undissolved hydrocarbons from water / Reinhard E. Chem. Abstr., 1988. -V.l08:226379г.

41. JP 62 97613 87 - 97613., С1/ B01D 17/022. Oil-water separation / Takaushi H., Ikeda J. - Chem. Abstr., 1987. - V.l07 : 25500d.

42. Dean J.H. Nonwoven wet-laid filter media // Filtr. and separation. 1972. V.9. -#6.-P. 669-672.

43. Carrol B.J. The equilibrium of liquid drops on smooth and rough circular cylinders // J. Colloid and interface sci. 1984. V.97. - #1. - P. 195 - 200.

44. Андреев А.К. Характеристики коалесцирующих фильтроэлементов для очистки судовых нефтесодержащих вод: Автореф. дис. канд. тех. наук / МГУ им. адм. Г.Н. Невельского. Владивосток, 2002. - 25 с.

45. Седлухо Ю.П., Линкевич А.Д., Линкевич Т.П., Митинов А.В-. Взаимодействие эмульгированных нефтепродуктов с загрузкой коалесцирующих фильтров при очистке нефтесодержащих стоков // Сооруж. и способы очистки природн. и сточн. вод. Л., 1990. - С. 27 - 32.

46. Поверхностные явления в дисперсных системах. Коллоидная химия. Избранные труды П.А. Ребиндер. М.: Наука, 1978. - 368 с.

47. Бильдюкевич А.В. Ультрафильтрация в процессах очистки воды // Ж. Всес. хим. о-ва им. Д.И. Менделеева. 1990. - Т.35 - №1. - С. 88 - 96.

48. Пилипенко А.Т., Шелекетина Т.Г., Мэн С.К. и др. Применение ультрафильтрации для очистки малоэмульсионных сточных вод // Химия и тех-нол. воды. 1990. - Т.9. - №5. - С. 433 - 440.

49. Кичик В.А., Дытнерский Ю.И., Свитцов А.А. Очистка сточных вод от эмульгированных загрязнений ультрафильтрацией // Ж. Всес. хим. о-ва им. Д.И. Менделеева. 1990. - Т. 35. - №1. - С. 97-101.

50. Цапюк Е.А., Брык М.Т., Кочкодан В.М., Твердый А.А. и др. Выбор условий ультрафильтрационной очистки маслосодержащих сточных вод автотранспортных предприятий // Химия и технол. воды. 1988. - Т. 10. - №3. -С. 250-254.

51. Кулешов Н.Ф. и др. О перспективе использования ультрафильтрации для очистки конденсата от масла на АЭС // Атомная энергия. 1987. - Т. 63. -Вып. 3. - С. 178-181.

52. Lipp P., Lee C.H., Fane A.G. et al./ A fundamental study of the ultrafiltration of oil-water emulsions // Journal of membrane science. 1988. - V. 36. - P. 161-177.

53. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.: Мир, 1984.-310 с.

54. Гиматудинов Ш.К., Ширковский А.И. Физика нефтяного и газового пласта. М.: Недра, 1982. - 311 с.

55. Шатов А.А., Любименко В.А., Бельков В.М. Математическая модель фильтрации эмульсии в волокнистых материалах // Коллоид, журн. 1992. -Т.54.-№5.-С. 175-181.

56. Баренблатт Г.И., Ентов В.М., Рыжик В.М. Теория нестационарной фильтрации жидкости и газа. М.: Недра, 1972. - 288 с.

57. Тумасян А.Б., Пантелеев В.Г. Влияние поверхностно-активных веществ на фазовые проницаемости пористой среды для нефти и воды // Нефтяное хозяйство. 1973.- №Ю. - С. 37 - 39.

58. Kalpakci В., Klaus Е.Е., Duda J.L. et.al./ Flow characteristics of surfactant solutions in porous media and their role in permeability modification // Journal of Petroleum engineers society, 1981- V.21. #6. - P. 709 - 720.

59. Шейдеггер А.Э. Физика течения жидкостей через пористые среды. М.: Гостоптехиздат, 1960. - 249 с.

60. Аэров М.Э., Тодес О.М. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем. Л.: Химия, 1968. -512 с.

61. Тихомиров Г.И., Тихомиров С.Г. Технология модернизации судовых нефтеводяных сепарационных установок отстойно-коалесцирующего типа: Тез. докл. / Межвуз. науч. конф. «Морское образование на Дальнем востоке» Владивосток: ДВГМА, 1996. - С. 27 - 28.

62. Тихомиров Г.И. Коалесцирующий элемент. Свидетельство на Полезную модель № 472 от 08.07.1992 г. М.: РОСПАТЕНТ, 1995.

63. Гельферих Ф. Иониты. Основы ионного обмена. М.: Издательство иностранной литературы, 1962. - 487 с.

64. Салдадзе К.М., Пашков А.Б., Титов B.C. Ионообменные высокомолекулярные соединения. М.: Госхимиздат, 1960. - 365 с.

65. Брык М.Т., Атаманенко И.Д., Агеев И.А. Структура пористых сорбентов на основе сополимеров стирола с дивинилбензолом для извлечения органических веществ из воды // Химия и технол. воды. 1990. - Т. 12. - №7. -С. 597-599.

66. Бруцкус Т.К., Салдадзе К.М. и др. Исследование дисперсности конденсационных структур сополимеров стирола и дивинилбензола, полученных в присутствии неполимеризующихся растворителей // Коллоид, журн. -1972.- Вып. 34, № 4. с. 672 676.

67. Ергожин Е.Е. Высокопроницаемые иониты. Алма-Ата: Наука, 1979. -303 с.

68. Брык М.Т., Агеева И.А. Сополимеризация стирола с дивинилбензолом в гептановом растворе полидиметилсилоксана // Укр. хим. журн. 1987. -Вып. 53, №2.-С. 209-212.

69. Брык М.Т., Шлюгер Е.Е. и др. Пористые полимерные сорбенты для извлечения органических веществ из водных растворов // Там же. 1988. - Вып. 54,№9.-С. 999-1001.

70. Химмельблау Д. Анализ процессов статистическими методами. М.: Мир, 1973.-957 с.

71. Болыпев Л.Н., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики. М.: Наука, 1965.-464 с.

72. Славников А.Э. Глубокая очистка нефтесодержащих сточных вод // Энергетик, 1986. -№ 12.-С. 13-15.

73. Эттингер И.Л., Данелишвили Т.М. Возможность использования углей месторождения Ткибули для очистки промышленных сточных вод от нефтепродуктов // Химия и технол. воды, 1989. Т. 11, № 3. - С. 261 - 263.

74. Тарнопольская М.Г., Немцов В.А. и др. Глубокое извлечение углеводородов из смеси нефтепродуктов в мало концентрированных сточных водах // Химия и технол. воды, 1986. Т. 8, № 3. - С. 44 - 47.

75. Яцевская М.П., Загоровская А.А., Артемова Т.А. и др. Активные угли из отработанных автопокрышек для очистки сточных вод // Водоснабжение и санит. техника, 1985. № 11. - С. 7 - 8.

76. Шкавро З.Н., Медведев М.И. и др. Доочистка балластных вод от нефтепродуктов // Химия и технол. воды, 1989. Т. 11, № 9. - С. 840 - 843.

77. Ноздрина Т.А., Скорняков В.В. и др. Доочистка сточных вод заводов ОЦМ от нефтепродуктов с использованием буроугольного полукокса. В кн.: Коррозия цветных металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1986. - С. 71-76.

78. Ахмедова Г.Р., Переяслова Г.А. Очистка сточных вод от нефтепродуктов // Цветная металлургия, 1988. № 12. - С. 59 - 61.

79. Переяслова Г.А. Очистка сточных вод цинкового завода от нефтепродуктов // Цветная металлургия, 1988. № 8. - С. 41 - 49.

80. Кожевников А.В., Малявина Г.И., Лопаченок Б.Е. Очистка водных потоков от нефтепродуктов с помощью сорбента КСС // Изв. Вузов. Серия «Энергетика», 1988. -№ 6. С. 97 - 98.

81. Долголенко В.Я. Судовые паровые установки. Часть 1. Котлы. М.: Морской транспорт, 1940. - 512 с.

82. Белькевич П.И., Чистова JI.P. и др. Гранулированный торф для очистки сточных вод от нефтепродуктов // Торфяная промышленность, 1984 № 10.-С. 15-17.

83. Чистова JI.P., Рогач JI.M. и др. Удаление нефтепродуктов из сточных вод // Водоснабжение и санит. техника, 1988. № 8. - С. 22 - 23.

84. Гимбутис Р. Очистка верховым фрезерным торфом воды, загрязненной нефтепродктами. Тр./ Всесоюз. научн.-иссл. ин-та торф, промышл. Л., 1984.-Вып. 53.-С. 130- 133.

85. Тарасевич Ю.И. Угольно-минеральные сорбенты: их получение, свойства и применение в водоочистке // Химия и технол. воды, 1989. Т. 11, № 9. -С.789 - 804.

86. Кульский Л.А., Тарасевич Ю.И., Шевчук Е.А. и др. Интенсификация двухступенчатого фильтрования с применением угольно-минерального сорбента // Химия и технол. воды, 1990. Т. 12, № 1. - С. 15 - 18.

87. Крупеня С.И., Родионов А.И., Клушин Н.В. и др. Использование АБС-сополимеров для сорбционной очистки сточных вод // Химич. промышл., 1988.-№5.-С. 60-62.

88. JP 59-166215 84-166215., CI. B01D 17/10. Waste Emulsion Treatment / Fel-ton International K.K. Chem. Abstr.,1985. - V. 102: 83929 h.

89. Кузнецова Г.В., Соловьева E.B., Андреев П.П. и др. Удаление нефтепродуктов из промышленных сточных вод // Цветная металлургия, 1987. -№8.-С. 34-36.

90. А.С. СССР № 1433901, МКИ С 02 1/28. Способ очистки сточных вод от нефтепродуктов / Кузнецова Г.В., Соловьева Е.В., Андреев П.П. и др. -1988.

91. Алексеева В.А., Перевалов В.Г. Очистка промысловой сточной воды фильтрацией // Нефтяное хозяйство, 1985. № 7. - С. 41 - 42.

92. Ю2.Сенина Т.Д., Мороз С.И., Винников В.А. Очистка сточных вод на установках открытого типа с синтетической волокнистой загрузкой // Про-мышл. Энергетика, 1988. № 1. - С. 25 - 27.

93. ЮЗ.Мельцер В.З., Казарян В.А., Залетова Н.А. и др. Доочистка поверхностных сточных вод фильтрованием через листовой пенополиуретан // Водоснабжение и санит. техника, 1986. № 1. - С. 21 - 23.

94. А.С. СССР № 1452550, МКИ В 01D 35/06. Очистка сточных вод / Бели-ченко Ю.П., Береза А.И., Рудик Т.Г. и др. 1986.

95. А.С. СССР № 1255197, МКИ B01J 20/00. Фильтрующий материал для очистки сточных вод / Мясников И.Н и др.- 1986.

96. А.С. СССР № 1421373, МКИ В 01D 39/00. Фильтрующий материал / Васильев В.И., Долотов А.И., Казилов Р.В. и др. 1988.

97. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Механика сплошных сред. М.: Гостехиздат, 1954.-795 с.

98. Ю8.Кочин Н.Е., Розе Н.В. Теоретическая гидромеханика, т. 1. М.: Гостехиздат, 1958.- 583 с.

99. Slichter С. U.S. Geol. Surv. Rept., 17,11, 295 (1897/8).

100. Wentz Ch. A., Thodos G. Am. Inst. Chem. Eng. J, 9, 81, 358 (1963).

101. Коллинз P.E. Течения жидкостей через пористые материалы / Пер. с англ. Р.Л. Салганика под ред. Г.И. Баренблатта. М.: Мир, 1964. - 350 с.

102. Средства очистки жидкостей на судах: Справочник / Под общей ред. И.А. Иванова. Л.: Судостроение, 1984. - 272 с.

103. Chatenever A., Calhoun J.C. Jr., Trans. AIME, 195,149 (1952).

104. Баранов Д.А., Кутепов A.M., Терновский И.Г. Разделение масляных эмульсий в гидроциклонных аппаратах // Химия и технология топлив и масел. 1986. - №3. - С. 16 -18,

105. Баранов Д.А., Кутепов A.M., Пирогова О.В. Устойчивость дисперсной фазы эмульсий при разделении в гидроциклонах // Журнал прикладной химии. 1995. - Т. 68. - №3. - С. 474 - 477.

106. Баранов ДА., Кутепов A.M., Циганов Л.Д. Оценка эффективности се-парационных процессов в аппаратах гидроциклонного типа // Химическая промышленность. 1994. - №8. - С. 20 - 24.

107. Поздеев В.В. Эффективность разделения судовых нефтесодержащих вод в низкоскоростном гидроциклоне. Автореф. дисс. на соиск. ученой степени канд. техн. наук. Николаев, 1991. - 25 с.

108. Волынский М.С. Необыкновенная жизнь обыкновенной капли- М.: Знание, 1986.-144 с.

109. Волошин В.П., Поздеев В.В. Неэмульгирующий гидроциклон: Тез. докл. / Науч. техн. конф. «Защита водного и воздушного бассейнов от загрязнений при постройке и эксплуатации судов». Л.: ЦП ВНТО им. акад. А.Н. Крылова: Судостроение, 1990. - С. 24 - 28.

110. Ребиндер П.А. К теории эмульсий // Поверхностные явления в дисперсных системах. Избранные труды. М.: Наука, 1978. - С. 249 - 267.

111. Кремнев Л.Я., Равдель А.А. О механизме эмульгирования // Коллоидный журнал. 1954. - Т.16. - №1. - С. 17 - 28.

112. Иванов М.И. Топливные эмульсии. М.: АН СССР, 1962. - 216 с.

113. А.С. СССР №1190144, M.K.4F 22 D 3/00, Бюл. №41,1985.

114. Хряпченков А.С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы: Учеб. пособие Л.: Судостроение, 1988. - С. 145 - 146.

115. Патент РФ № 2088841, МКИ С1 6 F 22 D 1/28. Способ докотловой обработки вод в теплом ящике котельной установки и устройство для его осуществления / Сень Л.И., Тихомиров Г.И. Заявл. 24.02.94; опубл. 27.08.97., бюл. №24: -М.: Роспатент, 1997.

116. Дерягин Б.В. Теория взаимодействия частиц в присутствии двойных электрических слоев и агрегативной устойчивости лиофобных коллоидов и дисперсных систем // Изв. АН СССР, сер. Хим., 1973.-№5.-С.1135-1164.

117. Грановский М.Г., Лавров И.С., Смирнов О.В. Электрообработка жидкостей. Л.: Химия, 1976. - 216 с.

118. Последние достижения в области жидкостной экстракции / Под редакцией К. Хансона. Пер. с англ. М.: Химия, 1974. - 447 с.

119. Григоров О.Н. Электрокинетические явления-Л.: Изд. ЛГУ,1973 198с.

120. Духин С.С., Дерягин Б.В. Электрофорез. -М.: Наука, 1976. 328 с.

121. Ширшов А.Н., Роев Г.А. Использование принципов электромагнитной гидродинамики для очистки сточных вод от диспергированного нефтепродукта: Сб. науч. тр. / МИНХ и ГП им. И.М. Губкина, вып. 153. М: Недра, 1980.-С. 166-172.

122. Активация водных систем электромагнитными и некоторыми другими физическими воздействиями: Обзор по отчетам о НИР / Отв. ред., д.т.н., проф. В.И. Классен. М.: ВНТИЦ, 1981. - С. 39 - 43.

123. Золотов Е.В., Сапогин Л.Г., Смыслов П.А. К механизму магнитной обработки воды: Материалы / Третий всесоюз. науч. семинар «Вопросы теории и практики магнитной обработки воды и водных систем». Новочеркасск: - НПИ, 1975. - С. 18 - 22.

124. Романовский С.Г., Бейнард Г.С., Ляшкевич И.М., Кладкевич В.Г. // Изв. АН БССР, сер. Физ.-энергетических наук. 1969. - №1. - С. 70.

125. Бибик Е.Е., Скобочкин В.Е., Лавров И.С. // Электронная обработка материалов. 1973. - №5. - С. 49.

126. Классен В.И. Вода и магнит. М.: Наука, 1973. - 111 с.

127. Розенталь О.М. О структурном действии магнитного поля: Материалы / Третий всесоюз. науч. сем. «Вопросы теории и практики магнитной обработки воды и водных систем».- Новочеркасск: НПИ, 1975 С. 82 - 86.

128. Тебенихин Е.Ф., Гусев Б.Т. Обработка воды магнитным полем в теплоэнергетике / Под ред. чл.-корр. АН СССР В.А. Голубцова. М.: Энергия, 1970.-177 с.

129. Классен В.И. Омагничивание водных систем. 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Химия, 1982.-296 с.

130. Полинг Л., Полинг П. Химия. М.: Мир, 1978. - 686 с.

131. Синюков В.В. Структура одноатомных жидкостей, воды и водных растворов. М.: Наука, 1976. - 232 с.

132. Water / Ed. By F. Frank. NY: Plenum, 1972. - V.l. - 596 p.

133. Vernon H.M. On the maximum density of water // Phil. Mag. 1981. - V. 31.-P. 387-392.

134. Hall L. The origin of ultrasonic absorption in water // Phys. Rev. 1948. - V. 73.-P. 775-781.

135. Хорн P. А. Морская химия. Структура воды и химия гидросферы. М.: Мир, 1972.-400 с.

136. Блох A.M. Структура воды и геологические процессы. М.: Недра, 1969.-216 с.

137. Eucken A. Assoziation in Flussigkeiten // Z. Electrochem. 1948. - В.52. -S.255-269.

138. Frank H.S., Wen W.Y. Ion-solvent interaction in aqueous solutions: a suggested picture of water structure // Disc. Faraday Soc. 1957. - V.24. - P. 133 -140.

139. Скрышевский А.Ф. Структурный анализ жидкостей и аморфных тел. -М.: Высшая школа, 1980. 328 с.

140. Самойлов О .Я. Структура водных растворов электролитов и гидратация ионов.-М.: АН СССР, 1957.- 182 с.

141. Наберухин Ю.И. Что такое структура жидкости? // ЖСХ. 1981. - Т.22, № 6.-С.586-644.

142. Pople J.A. Molecular association in liquids. 2. A theory of the structure of water//Proc. Roy. Sos. 1951. - V.A205, N1081. - P. 163 - 175.

143. Тихомиров Г.И. Исследование механизма разрушения накипных отложений в паровых котлах и теплообменных аппаратах при магнитной обработке воды: Автореф. дис. канд. техн. наук / ДВ. политехи, ин-т. им. В.В. Куйбышева. Владивосток, 1973. - 43.с.

144. Бык С.Ш., Макогон Ю.Ф., Фомина В.И. Газовые гидраты. М.: Химия, 1980.-296 с.

145. Кисловский Л.Д., Пучков В.В. Метастабильные структуры в водных растворах: Сб. науч. тр. / ЦНИИ ИТИЦМ «Вопросы теории магнитной обработки воды и водных систем» / Под ред. проф., д.т.н. В.И. Классена. -М.: Цветметинформация, 1971- С.25-31.

146. Добржанский В.Г. Исследование магнитной обработки морской воды: Сб. науч. тр. / СахКНИИ № 4, Вып. 30, «Использование неорганических ресурсов океанической воды». / Под ред. проф., д.г-м.н. И.К. Туезова. -Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1975. С.26-31.

147. Кройт Г.Р. Наука о коллоидах.- М.: Изд. иностр. лит., 1955.-Т.1.-538 с.

148. Ефремов И.Ф. Периодические коллоидные структуры. Л.: Химия, 1971. -191 с.

149. Дерягин Б.В., Кротова Н.А. Адгезия. Исследования в области прилипания и клеящего действия. М - Л.: АН СССР, 1949. - 244 с.

150. Оно С., Кондо С. Молекулярная теория поверхностного натяжения в жидкостях. -М.: Изд. иностр. лит., 1963. -286 с.

151. Хаппель Дж., Бреннер Г. Гидродинамика при малых числах Рейнольдса.-М.: Мир, 1976.-630 с.

152. Reynolds О., Chem. News, 44, 211 (1881).

153. Smoluckowski J. Z. Phys. Chem., 92,129 (1917).

154. Gillespie Т., Rideal E.K., Trans. Faraday Soc., 52,173 (1956).

155. Jeffreys G.V, Hawksley J.L, J. Appl. Chem., 12, 329 (1962).

156. Cockbain E.G., Mc Roberts T.S., J. Coll. Sci., 8, 440 (1953).

157. Neilsen L.E., Wall R., Adams G., J. Coll. Sci, 13,441 (1958).

158. Lawson G, Ph. D. Thesis, Univ. of Manchester, 1967.

159. Sawistowski H, James B.R., Chem. Ing. Techn, 35,175 (1963).

160. Колмагоров A.H, ДАН СССР, 66, 825 (1949).

161. Van der Waals J.H., Platteeuw J.C. .(Clathrate solutions), Adv. in Chem. Phis, 2,41 (1959).

162. Медведев И.Н. Исследование процессов опреснения воды получением кристаллогидратов пропана: Автореф. дис. канд. техн. наук / ВНИИ ВО-ДГЕО.-М, 1965.-25 с.

163. Тихомиров Г.И. Исследование механизма разрушения накипных отложений в паровых котлах и теплообменных аппаратах при магнитной обработке воды: Дисс. канд. техн. наук / Дальневост. политехи, ин-т им. В.В. Куйбышева. Владивосток, 1973. - 278 с.

164. Тихомиров Г.И, Шишмарева О.Я. Исследование растворимости некоторых накипеобразующих солей в омагниченных водных системах: Материалы /Научн. конф. «Вопросы теории и практики судовых энергетических установок». Владивосток: ДВПИ, 1971. - С. 111 - 115.

165. Тихомиров Г.И, Добржанский В.Г. Исследование растворимости газов в воде методом рН-метрии при магнитной обработке исходного растворителя./Там же.-С. 115 118.

166. Тихомиров Г.И. Исследование магнитной обработки морской воды для судовых испарительных установок: Материалы / науч. техн. конф. ДВГМА. Владивосток: ДВГМА, 1994. - С. 7 - 8.

167. Тихомиров Г.И. Исследование эффективности эксплуатации водооп-реснительных установок типа «Д» судов ДВМП: Тез. докл. / Межвуз. науч. техн. конф. Владивосток: ДВГМА, 1996. - С. 28-29.