автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Моделирование процессов и разработка установок очистки нефтесодержащих сточных вод на основе использования закрученных потоков

На правах рукописи

Лдельшин Алмаз Азатович

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ И РАЗРАБОТКА УСТАНОВОК ОЧИСТКИ ИЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗАКРУЧЕННЫХ ПОТОКОВ

Специальность 05.23.04 - Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

003488231

Пенза - 2009

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Казанский государственный архитектурно-строительный университет» и ГОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Гришин Борис Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Стрелков Александр Кузьмич

кандидат технических наук, доцент Безбородова Оксана Евгеньевна

Ведущая организации: ОАО «ТатНИИнефтемаш» (г. Казань)

Защита состоится « 25 » декабря 2009 года в 11.00 час. па заседании диссертационного совета по защите докторских и кандидатских диссертаций ДМ 212.184.02 в ГОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства» но адресу: 440028, г. Пенза, ул. Титова, 28, ПГУАС, 1 корпус, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства».

Автореферат разослан « 2$ » нОЯ&ря 2009 года.

Совет направляет Вам для ознакомления данный автореферат и просит Ваши отзывы и замечания в 2-х экземплярах, заверенные печатью, направлять по адресу; 440028, Пенза, ул. Титова, 28, ГОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», диссертационный совет ДМ 212.184.02.

Ученый секретарь

диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Крупным водопотребителем и объектом образования нефтесодержащих (нефтепромысловых) сточных вод (НСВ) является нефтяная промышленность, в которой около 90% нефти добывается на месторождениях, разрабатываемых с использованием методов заводнения продуктивных нефтяных пластов с целью поддержания пластового давления. Утилизация НСВ в системах заводнения позволяет увеличить нефтеотдачу пластов в 1,5-2 раза, сократить потребление пресных вод, решить проблемы ликвидации НСВ и защиты окружающей среды от загрязнений на промыслах.

Внедрение индустриальных методов обустройства нефтяных месторождений предусматривает широкое применение установок, аппаратов для очистки НСВ в блочном исполнении с высоким, стабильным эффектом очистки. Основным направлением в решении проблем интенсификации и совершенствования процессов очистки НСВ является создание новых аппаратов и установок, обеспечивающих наиболее полное и быстрое снижение агрегативной и кинетической устойчивости НСВ путем, главным образом, разрушения бронирующих оболочек из механических примесей на каплях нефти, их коалесценции с последующим отстаиванием.

К настоящему времени созданы технологии очистки НСВ, которые предусматривают предварительное разрушение бронирующих оболочек на каплях нефти, укрупнение и уменьшение полидисперсности капель нефти за счет гидродинамической обработки исходной НСВ в коалесцирующих фильтрах (насадках), гидроциклонах, струйных и трубчатых каплеобразователях.

Применение трубчатых каплеобразователей в качестве коаксиально расположенных в горизонтальной плоскости цилиндрических сливных камер гидроциклонов позволяет более полно использовать энергию закрученных потоков НСВ на сливах гидроциклонов для дополнительной коалесценции капель нефти-

Таким образом, разработка и исследование технологий и установок с применением гидроциклонов, имеющих трубчатые (цилиндрические) сливные камеры для интенсификации процессов коалесценции капель нефти и улучшения очистки НСВ является актуальной задачей. В работе показано, что исследование и моделирование процессов разрушения и очистки НСВ с использованием закрученных потоков на сливах гидроциклонов в нашей стране и за рубежом не проводились.

Работа выполнена в соответствии государственной «Программой развития инновационной деятельности в Республике Татарстан на 2004-2010 гг.» утвержденной Постановлением Кабинета Министров Республики Татарстан (РТ)№12 от 12.03.2004 г.

Цель работы. Целью диссертации является исследование и моделирование процессов, а также разработка технологических схем и установок очистки нефтесодержащих промысловых сточных вод (НСВ) с применением гидроциклонов, имеющих коаксиальные цилиндрические сливные камеры.

Задачи исследования. В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи:

- теоретическое обоснование направления повышения эффективности очистки НСВ на основе использования энергии закрученных потоков на сливах гидроциклона;

- выявление и исследование параметров, влияющих на эффективность процесса коалесценции при гидродинамической обработке НСВ с использованием закрученных потоков в сливных камерах гидроциклона;

- разработка и экспериментальное апробирование математических моделей гидродинамики установок для разрушения и очистки НСВ с использованием энергии закрученных потоков в сливных камерах гидроциклона;

- разработка и экспериментальное апробирование математической модели процесса коалесценции капель нефти в закрученных потоках на сливах гидро циклона;

- экспериментальные исследования процессов отстаивания сточных вод, предварительно обработанных по схеме «гидроциклон - камеры сливов (ГКС)»;

- разработка технологических схем и установок «блок гидроциклон -камеры сливов - отстойник (БГКО)» для разрушения и очистки НСВ;

- оценка технико-экономической эффективности промышленного применения новых установок, разработанных на основе результатов настоящих исследований.

Научная новизна диссертации.

1) Построена физическая модель закрученного течения в цилиндрических камерах сливов гидроциклона и определены основные факторы, обуславливающие величину универсального параметра закрутки потоков НСВ в сливах.

2) Разработаны структурные и матемагические модели процессов гидродинамики в аппарате типа БГКО, представляющем собой блох «гидроциклон - цилиндрические камеры нижнего и верхнего сливов гидроциклона - отстойник». Разработана математическая модель процесса коалесценции капель нефти в закрученных потоках сливов гидроциклона.

3) Получена математическая зависимость, адекватно описывающая кинетику отстаивания НСВ, предварительно обработанной в гидроциклоне с верхней и нижней камерами сливов.

4) Разработана новая технология очистки НСВ, заключающаяся в снижении агрегативной устойчивости капель нефти за счет обработки сточной воды в гидроциклоне, оборудованном камерами сливов, обеспечивающими наиболее полное использование энергии закрученных потоков для коалесценции нефтяных потоков и увеличения эффекта последующего отстаивания НСВ.

Практическая значимость работы.

1) Создана новая технология очистки НСВ с использованием гидроциклонов, оборудованных сливными камерами, и отстойников для целей заводнения нефтяных пластов.

2) Даны новые технические и технологические решения установок (аппаратов) типа ГКС и БГКО для очистки НСВ, разработана проектная и конструкторская документация предлагаемых установок.

3) Обоснованы инвестиции на реализацию аппаратов типа БГКО-900 производительностью 900 м3/сут для очистки НСВ с целью заводнения нефтяных пластов в условиях Республики Татарстан.

Практическая реализация.

- изготовлена, смонтирована и внедрена на Бирючевском центральном сборном пункте (ДСП) НГДУ «Азнакаевскнефть» опытно-промышленная установка БГКО производительностью 900 м3/сут (по схемам гидроциклон -камеры сливов - отстойник). Годовой экономический эффект от внедрения установки БГКО-9СО составил 874 тыс. руб. (в ценах 2008 г.);

- результаты проведенных НИОКР могут быть использованы при разработке, совершенствовании техники и технологий очистки НСВ для целей заводнения пластов во всех нефтедобывающих регионах России.

Апробация работы н публикации. Основные положения работы доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях КГ АСУ в 20002008 гг.; на заседаниях научного совета АН РТ (Казань, 2003-2005 гг.); на Международном научно-промышленном форуме «Великие реки» (Нижний Новгород, 2003, 2004 гг.); наVI Республиканской научной конференции «Актуальные экологические проблемы РТ» (Казань, 2004); на Международном форуме по проблемам науки, техники и образования (Москва, 2004); на Межвузовской научно-практической конференции «Вузовская наука - России» (Набережные Челны, 2005); на техническом совете НГДУ «Азнакаевскнефть» (2005); на семинаре главных инженеров ОАО «Татнефть» (Азнакаево, 2007); на Международной научно-практической конференции «Проблемы инновационной деятельности в образовательном процессе» (Казань, 2007).

Результаты работы экспонировались на первом республиканском конкурсе 2005 г. в Казани «50 лучших инновационных идей РТ» (Казань, 2005 г., получены диплом и премия за лучшую инновационную идею); на 7-ой Международной специализированной выставке «Энергетик, гм-фсссбереже-

ние» (Казань, 2005 г. получен серебряный диплом); на 54-м Всемирном салоне инноваций, научных исследований и новых технологий (Брюссель - Eureka, Бельгия, 2005 г., получены диплом и золотая медаль); на VI Московском международном салонз инноваций и инвестиций (Москва, ВВЦ, 2006 г., получены диплом и серебряная медаль).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 27 научных работ, в том числе 3 статьи в периодических изданиях из перечня ВАК РФ и 8 патентов РФ.

Методы исследований. Теоретические и экспериментальные исследования проводились с применением общенаучных методов на физически достоверных моделях аппаратов (установок) для исследования процессов разрушения и очистки НСВ, а также с применением стандартных методов измерения и точного измерительного оборудования.

Достоверность полученных результатов оценена с помощью современных математических методов обработки данных; экспериментальные данные, полученные на лабораторных установках с реальными НСВ, соответствуют результатам расчета и данным, полученным на производственных установках.

На защиту выносятся:

- обоснование выбранного способа повышения эффективности очистки НСВ и направления исследований;

- технология очистки НСВ с использованием энергии закрученных потоков на сливах гидроциклонов;

- структурные и математические модели гидродинамики и результаты их экспериментального апробирования для аппарата БГКО;

математическая модель и результаты экспериментального апробирования процессов коалесценции в закрученных потоках сливов гидроциклона;

- математическая модель процесса отстаивания НСВ, предварительно обработанной в гидроциклоне и камерах сливов (ПСС);

- обоснование различных конструктивных решений и технологических параметров аппарата БГКО (блок гидроциклон - камеры сливов - отстойник);

- разработка и результаты реализации промышленного аппарата (установки) типа БГКО-900.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы 181 страница текста, включая 55 рисунков, 5 таблиц, библиографический список из 131 наименования и 3 приложения.

Автор выражает благодарность за научную, консультативную и практическую помощь профессорам д.ф-м.н. Каюмову Р.А., д.т.н. Ибятову Р.И и д.т.н. Андрееву С.Ю.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи, отмечены научная новизна и практическая значимость диссертации. Приведены данные о внедрении, полученном экономическом эффекте и апробации результатов работы.

В первой главе дан аналитический обзор современного состояния очистки НСВ для заводнения нефтяных пластов, даны сведения о составе и свойствах НСВ и требования к их очистке.

НСВ образуются на объектах добычи и промысловой подготовки нефти, представляют смесь пластовых (80-90%), промышленных (12-15%) и ливневых (1-3%) вод, имеют суспензионно-эмульсионный характер, относятся к минерализованным, полидисперсным, микрогетерогенным системам. Концентрация нефти в НСВ может достигать десятков граммов на литр, а в эмульгированном состоянии до 500-600 мг/л, представленном, в основном, частицами нефти размером менее 10 мкм.

Очистка НСВ для систем заводнения в условиях РТ заключается в удалении из них загрязнений до заданных норм (нефти до 60 мг/л, механических примесей до 50 мг/л). Очистку НСВ осложняют наличие на частицах нефти адсорбционных («бронирующих») оболочек и стабилизированных агрегатов из частиц компонентов нефти и мехпримесей, плотность которых близка к плотности воды. Свойства НСВ, особенно состояние «бронирующих» оболочек, определяют методы разрушения и очистки НСВ. Предварительная подготовка НСВ к очистке заключается в снижении агрегативной и кинетической устойчивости НСВ, путем главным образом, разрушения бронирующих оболочек на каплях нефти, препятствующих их коалесценции.

В работе дан анализ эффективности очистки НСВ методами тонкослойного отстаивания, фильтрования, флотации, отстаивания с предварительной жидкостной фильтрацией, коалесценцией в насадках, обработкой в гидродинамических трубчатых и струйных каплеобразователях, гидроциклонах.

Установлено, что весьма перспективным направлением является применение методов очистки, имеющих наиболее полное количество факторов, интенсифицирующих процесс очистки. Сравнительный анализ показал, что наибольшее количество интенсифицирующих очистку факторов имеет технологическая схема «гидроциклон - отстойник». В гидроциклоне происходят процессы разрушения бронирующих оболочек, коалесценции, уменьшения полидисперсности частиц нефти и разделения НСВ, за счет чего увеличивается глубина и время последующей очистки отстаиванием в 1,5-2

раза. Режим движения в полости гидроциклона характеризуется числами Рейнольдса Re = 30000-40000, благоприятная с технологической точки зрения последовательность действия гидродинамических сил в гидроциклоне способствует наиболее полной реализации механизма разрушения в объеме турбулентного потока. Недостатком гидроциклона является малое время обработки НСВ (не более 1,5-Зс) и, как следствие, недостаточно полное использование энергии закрученного потока для коалесценции капель нефти. Наряду с гидроциклопамн для интенсификации процессов разрушения нефтяных эмульсий промыслов нашли широкое применение трубчатые гидродинамические каплеобразователи, при этом наиболее эффективно работают конструкции, расположенные в горизонтальной плоскости. Такие каплеобразователи могут быть использованы одновременно в качестве коалесцнрующих аппаратов и коммуникационных трубопроводов, обеспечивающих достаточно длительное время коалесценции капель нефти. Они имеют высокую удельную производительность, небольшие размеры, низкую металлоемкость, возможность использования в стесненных условиях. Применение трубчатых камлеобразователей в качестве коаксиально расположенных в горизонтальной плоскости цилиндрических сливных камер гидроциклонов позволяет совместить преимущества данных конструкций для интенсификации процессов коалесценции нефтяных капель в НСВ.

Установлено, что закрученные потоки на сливах гидроциклона обладают большим запасом остаточной энергии, что может быть использовано для достижения высокого уровня разрушения НСВ в сливных камерах. Это обуславливает необходимость в проведении исследований по совершенствованию и созданию новой технологии и оборудования для очистки НСВ. В первой главе также даны формулировки цели работы и задач исследований.

Вторая глава посвящена теоретическим исследованиям закрученных потоков в сливных камерах гндроциклона

Разработана физическая модель закрученного потока в сливном трубопроводе гидроциклона, имеющего области полного закрученного потока, расширения закрученной струи, стабильного закрученного течения, затухания закрученного течения, тороидальные зоны обратных токов, рециркуляционные зоны, переходную зону и область осевого потенциального течения. При этом определены основные факторы, определяющие эффективность закрутки в сливах — геометрия гидроциклона и его сливов, диаметр и длина камер сливов, технологические параметры гидроциклона и камер сливов, а также интегральные характеристики потока, такие как момент количества движения, количество движения и универсальный параметр закрутки, определяемый для случая вращения потока с постоянной циркуляцией г = const по формуле

0=

(О-сР 2 О V

(1)

где о - угловая скорость потока на выходе из сливного патрубка, с"1; V«. -средняя осевая скорость течения закрученной струи, м/с; с1 - диаметр сливного патрубха, м; Д.=2г- диаметр закрученной струи, м, с{< Ос< О0; £>0 - диаметр сливного трубопровода, м; окружная скорость потока, м/с.

Для увеличения времени гидродинамической обработки НСВ в закрученных потоках на сливах гидроциклона разработаны различные технологические схемы, в которых используются цилиндрические сливные камеры, расположенные в горизонтальной плоскости и представляющие в сущности, гидродинамические трубчатые каплеобразователи, которые выполняют транспортные и технологические функции по разрушению НСВ в поле течений потока по физической модели, описанной выше.

Для эффективной коалесценции нефтяных капель и последующей очистки НСВ предложен аппарат типа БГКО (блок гидроциклон - камеры сливов - отстойник), схема которого представлена на рис. I.

исходная НСВ

дГ

1 А \ 1У »

к!

—РР

10/

Исходная НСВ поступает в гидроциклон I, в котором подвергается гидродинамической обработке и разделению на потоки верхнего и нижнего сливов гидроциклона. Потоки далее поступают в камеру 2 нижнего слива и 3 верхнего слива, в которых продолжается гидродинамическая обработка НСВ за счет остаточной энергии закрученных потоков. Далее обработанная НСВ через распределители 5 верхнего слива и 6 нижнего слива поступает в отстойник 4, в котором происходит перемешивание поступающих потоков и последующее отстаивание воды, нефти и мехпримесей.

Отстойник 4 перегородками 7 разделен на отсеки предварительного I и дополнительного II отстаивания. Очищенная вода 8 отводится через сборное устройство 9, осадок 10 удаляется через сборное устройство 11, уловленная нефть отводится по трубопроводу 12.

В сливных камерах НСВ подвергается комплексной гидродинамической обработке, обеспечивающей эффективную коалесценцию частиц нефти. Частично разрушенная НСВ вводится в слой высококонцецтрированной

Рис. 1 Принципиальная схема БГКО ( блок гидроциклон - камеры сливов - отстойник) 1 - гидроциклон; 2, 3 - камеры нижнего и верхнего сливов; 4 - отстойник; 5, 6 -распределители; 7 - перегородки; 8 - очищенная вода; 9 - сборное устройство очищенной воды; 10 - осадок; 11 - сборное устройство осадка; 12 -трубопровод отвода нефти

нефтяной эмульсии в верхней зоне отстойника в виде затопленных струй, вытекающих через отверстия распределителей, при этом разделение (контактная очистка) НСВ происходит за счет всплывания и перехода укрупнившихся капель нефти в слое жидкой контактной массы (ЖКМ) уловленной нефти. Осаждаясь в нижнюю часть отстойника, капли воды переходят в сплошной слой воды, откуда выделяются тяжелые мехпримееи и накапливаются на дне отстойника, а частично осветленная вода направляется в отсек дополнительного осветления и выводится из него.

Для получения дифференциальных функций С(т) распределения времени пребывания жидкости для схем «гидроциклон - камеры сливов» (ГКС) и в целом для БГКО были составлены комбинированные модели, состоящие соответственно из трех и четырех ячеек идеального перемешивания.

Для схемы БГКО (гидроциклон - цилиндрические камеры нижнего и верхнего сливов - отстойник) получено следующие выражение для функции С(г), учитывающей время пребывания НСВ в каждой из ячеек:

С(т)=К

В

+ а

+ Ь

Л4 А4

- + с

В С

1 1,1

— + а--ьЬ — + с

А. А. А.

(2)

где СЬ, 0|, (?2 - расходы жидкости, поступающие соответственно в гидроциклон и в камеры нижнего и верхнего сливов в виде закрученных струй, м3/с; XV,, \У4 - объемы соответственно первой, второй, третьей и

четвертой ячеек (гидроциклона, камер нижнего и верхнего слива, отстойника), м3;

А, Л Ро ■А ; А3 =

А, ^ I аг"1 Я,

«V 4 <2о' А, А2 + А3 А2

00

01 Ро

Ql.iL _С>2.

А =

г + Г

-; В =

Ь+ {

с + Г

(а - Ь)(а - с) (Ь - а)(Ь - с) (с - а)(с - Ь)

/ =

~Аг + А3 ХТ

Для качественной оценки процесса коалесценции капель нефти рассматривалась теоретическая модель столкновения капель в турбулентном потоке. С использованием теории турбулентности Колмогорова-Обухова получена формула для определения диаметра капель, укрупнившихся за время т под действием турбулентных пульсаций:

(3)

4 = +

где 6°к- диаметр капель нефти в исходной воде, м; ф - относительная объемная концентрация капель нефти в НСВ; Вс - коэффициент эффективности столкновений капель; Ео - удельная диссипация энергии.

0-Др

£л = '

р-У

м2/с3

(4)

где () - расход, м3/с; р-н плотность НСВ, кг/м3; Ар- потери давления в коалесцирующем устройстве, Па; V- объем камеры смешения, м3.

С учетом уравнения (2) получены дифференциальные функции распределения капель нефти по крупности в потоке на выходе: - из камеры нижнего слива

0,0455

СЮ =

<4

1

1

(Ь - а){Ь - с) из камеры верхнего слива

„6г 1 е +

(а-Ь)(а-с) 1

(с-а){с-Ь)

„аг ,

■е +

(5)

1

I

■еь' +

(а - Ь)(а - с) 1

(6)

(Ь-а)(Ь-с) (с - а)(с - Ь) Уравнения (2-6) позволяют определить закономерности укрупнения капель нефти при инженерных расчетах установки БГКО. С использованием численного моделирования на ЭВМ процессов коалесценции капель нефти были построены графики теоретических функций С(4)=й(4) для сливных камер гидроциклона.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований процессов гидродинамики, коалесценции и очистки НСВ на лабораторных установках ГКС и БГКО.

Опытами по схеме «гидроциклон - камеры сливов» с визуализацией течения в камерах сливов, выполненных из стеклянных труб диаметром 50, 80 и 100 мм, длиной до 3 м были установлены закономерности распространения закрученных струй в камерах в зависимости от величин давления на входе в гидроциклон, соотношениях длин и диаметров сливных камер, а также при различных значениях параметра закрутки 0, который изменялся при проведении экспериментов в пределах от 13,2 до 27,0.

Экспериментальное апробирование теоретических моделей гидродинамики, коалесценции и процессов очистки НСВ проводились на опытной установке по схеме БГКО (рис. 2), состоящей из гидроциклона, камер

Рис. 2. Общий вид экспериментальной установки

нижнего и верхнего сливов, отстойника, емкости для воды, насоса, дозатора, устройства дисперсионного контроля, измерительных приборов и запорно-регулирующей арматуры. Принципиальная схема экспериментальной установки показана на рис. 3

В соответствии с теоретическими исследованиями процессов гидродинамики БГКО экспериментальные исследования проводились по схемам:

а) емкость исходной воды 4 - центробежный насос 5 - гидроциклон 1 -цилиндрическая камера нижнего слива 2;

б) емкость исходной воды 4 - центробежный насос 5 - гидроциклон I -цилиндрическая камера верхнего слива 3;

в) емкость исходной воды 4 - центробежный насос 5 - гидроциклон 1 -цилиндрические камеры нижнего 2 и верхнего слива 3 - отстойник 6. Распределение жидкости по времени пребывания в БГКО определялось по методике импульсного ввода индикатора - раствора №С1. При рекомендуемом оптимальном соотношении давления на входе в гидроциклон 0,4 МПа с противодавлением до 0,2 МПа получены опытные точки дифференциальных функций С(т) распределения жидкости на выходе из камер нижнего и верхнего сливов, а также БГКО, которые приведены на рис. 4. Сравнение опытных и теоретических данных свидетельствует о качественной справедливости разработанных математических моделей гидродинамики по принятым схемам 1 КС и БГКО.

Рис. 3. Принципиальная схема экспериментальной установки 1 - гидроциклон; 2 - цилиндрическая камера нижнего слива; 3 - цилиндрическая камера верхнего слива; 4 - емкость исходной воды; 5 - центробежный насос; 6 - отстойник; 7 — дозируюшее устройство; 8 — водяная баня; 9 - цилиндры Спидьнера; 10 термостат; 11 - манометры; 12, 13 - распределители потоков верхнего и нижнего сливов; 14 - устройство для сбора всщы; 15 - патрубок для удаления воздуха и нефти; 16 - мерное стекло; 17 - водоотводащий трубопровод; 18,19 - подающий и отводящий патрубки; 20, 21,22 - вентили; 23,24 - трубопроводы опорожнения ГКС; 25 - электронагреватель; 26, 27 - трубопроводы подачи обработанной

НСВ в отстойник 12', 3', 4', 5', 6' - задвижки

в)

н;

20

б)

Рис. 4 Графики дифференциальных функций С(т) для схем: а - пшроциклон - нижний слив; б - гидроциклон -верхний слив; в-БГКО; --теория; • - эксперимент.

Экспериментальные исследования процессов коалесценции капель нефти и очистки НСВ проводились при указанных выше давлениях на опытной установке Ь'ГКО с использованием натурной относительно стойкой сероводородсодержашей НСВ, содержащей от 200 до 1000 мг/л нефти. Получены гистограммы дисперсного состава капель нефти в НСВ на входе и выходе камер сливов при различных значениях ©, а также отношениях длин и диаметров сливных камер (рис. 5).

Крупность частиц нефти в НСВ, обработанной по схеме ГКС в среднем увеличивалась в 2-2,5 раза в нижней и в 2-2,2 раза в верхней сливных камерах, что интенсифицировало процессы последующей очистки НСВ. Экспериментально найдены оптимальные соотношения длин и диаметров сливных камер (Ь/Т)=20-30), а также рекомендуемые значения параметра закрутки для камер нижнего (©„=16-18,5) и верхнего (©,=20-23) сливов. При ©й<20,0 и ©„ <16,0 эффект укрупнения капель нефти ухудшается вследствие того, что часть энергии закрученного потока, предназначенного для реализации процесса коалесценции капель нефти вследствие увеличивающегося стеснения струи расходуется на трение о стенку камеры. При ©й >23,0 и ©и >18,5 эффект укрупнения капель также ухудшается вследствие того, что часть энергии закрученного потока рассеивается в увеличенных объемах камер. При соотношении длин камер к их диаметрам менее 20 эффект укрупнения капель нефти ухудшается вследствие незавершенности процесса коалесценции, при увеличении соотношения ЦО более 30 эффект укрупнения капель нефти увеличивается незначительно (примерно на 5%), но вместе с тем увеличивается металлоемкость, энергоемкость и габаритные размеры установки очистки НСВ.

х £

ш

X

л

п

ф

с

<0

•X. ф

X

<о

5

С1 ф

а с о ш а.

о

% л

* VI, и 1 / Жл Г ^^ 8

/■; Ш ^ \ V ^ ^ \ \ \/ 6

к й._________

10

20

30

40

50 Я, мкм

Рис. 5. Эксперименгачыше графики процентного распределения капель нефти по крупности для - 8• 10"\6В = 20,0, ©„=16,0: 1 и 2 - соответственно на входе в цилиндрические камеры нижнего и верхнего слива гидроциклона (В, 4}„=100мм); 3, 4 и 5 - на выходе из цилиндрической камеры нижнего слива гидроциклона соответственно при !_.„ =2м, Зм и 1м; 6, 7, 8 - на выходе из камеры верхнего слива при 1.,=2м, Зм и 1м

0

20

40

60

80

100

120

Продолжительность отстаивания, мин Рис. 6. Кривые кинетики отпаивания исходной (1) и обработанной НСВ по схемам «гидроциклон - отстойник» (2) и «гидроциклон - камеры сливов - отстойник» (3-6) при: 1-р = 810^;2- (¡> = 8-10"4; 3 - 2,3-КГ1; 4 - <р = 4,3-КГ4; 5 - <» = 8,1-КГ"; 6 -

Построены графики кинетики отстаиванга исходной, а также обработанной НСВ по схемам: «гидроциклон - отстойник» и «гидроциклон камеры сливов - отстойник» (см. рис. 6).

Экспериментально установлено, что остаточное содержание нефти в воде на выходе из отстойника БГКО после двухчасового отстаивания составляет 45-55 мг/л при эффекте очистки до 94,5 %, что более чем на 8 % превышает эффективность очистки по схеме гидроциклон - отстойник и на 20 % превышает эффективность отстаивания не обработанной в центробежном поле НСВ.

Получена математическая зависимость, адекватно описывающая кинетику отстаивания НСВ, предварительно обработанных в гидроциклоне с верхней и нижней камерами сливов.

где К0, п.т.р- коэффициенты; А"0=21,234; »»=0,407; /7=0,067; /»=1,58; <р -относительная объемная концентрация нефти в НСВ; ^ - время отстаивания, мин, 0< 10тс < 120мин.

В четвертой главе даны технологические схемы и технические решения установок типа БГКО (в т.ч. ГКС) для очистки НСВ, разработанных на основе результатов настоящих исследований.

Предлагаемые технологии предусматривают последовательное осуществление всех стадий механизма очистки НСВ, включая предварительное разрушение бронирующих оболочек, укрупнение и уменьшение полидисперности капель нефти за счет гидродинамической обработки исходной НСВ в закрученных потоках гидроциклона и цилиндрических камер сливов с последующей предварительной очисткой в слое подвижной гидрофобной жидкой контактной массы (ЖКМ) из нефти и окончательным отстаиванием. В некоторых вариантах предусматривается дополнительная обработка НСВ в гидродинамических саморегенерирующихся фильтрах (насадках) с гидрофобной крупнозернистой загрузкой и ее последующая очистка отстаиванием. Технология реализована в новых установках типа БГКО по схемам: а) гидроциклон - камеры нижнего и верхнего сливов - отстойник; б) гидроциклон - камеры сливов - отстойник -коапесцирующая насадка - отстойник. Дано описание ряда новых технических решений установок типа БГКО, защищенных восемью патентами РФ.

Пятая глава посвящена разработке, реализации и оценке эффективности промышленной установки типа БГКО для очистки НСВ с использованием закрученных потоков.

На основе технического задания заказчика - НГДУ «Азяакаевскнефть» ОАО «Татнефть» была разработана промышленная установка БГКО-900 (про-

/

ю4-И'

(7)

изводнгельностыо 900 м3/сут) для очистки стойких еероводородсодержаших НСВ. внедренная на Бирючевском ЦСП. Установка БГКО-900 была реализована по технологической схеме «гидроциклон - камеры сливов - ЖКМ отстойник» с устройством между зонами I и II отстойника каолесцирующей насадки (рис. 7).

Рис. 7 Схема установки БГКО -900: I - подающий трубопровод; 2 гил-ропиклон; 3.4 - верхняя и нижняя спичные камеры. V. 4' верхний и нижним сливные патрубки; 5 - отешм-ннк; 6,7 распределители; Я персто-ролки, 9,10 секции отстойника: И, II' - нефтесборннки; 12. 12' - трубопроводы отвода нефти: 13 - трубопро-вол очищенной волы; 14- котырек: 15 - устройство отвода осадка: 16 - слой ЖКМ; 17 - фильтрующая коалесшт-руюшая насадка

9/ • мо '

Устанонка БГКО-900 разрабатывалась на базе стандартной емкости (отстойника) объемом 100 м3, 03000 мм, длиной 14560 мм. Общий вид установки БГКО -900 показан на рис. 8.

Рис. 8 Общий вид установки БГКО-900

В состав БГКО-90О входили также шесть комплектов ГКС-75, состоящих из шести гидроциклонов 075 мм и двенадцати камер сливов, каждая 0100 мм, длиной 2000 мм, а также гидродинамическая насадка из полиэтиленовой загрузки 03-5 мм.

Данные сравнительных производственных испытаний установки БГКО-900 и напорных горизонтальных отстойников ОВД-1 и ОВД-2, эксплуатировавшихся на промплощадке с 1985 года, приведены в табл. 1.

Таблица 1

Данные сравнительных производственных испытаний на Бирючевском ЦСП

Наименование установки Производительность м3/сут Фактическое среднее время отстаивания, час Показатели исходной НСВ, мг/л Показатели очищенной НСВ, мг/л

нефть мех. примеси нефть мех. примеси

1 2 3 4 5 6 7

Отстойники ОВД-1, ОВД-2 900 10,2-11,4 700-920 130-146 95-104 58-68

Установка БГКО-900 900 2,5-2,8 700-920 130-146 48-58 22-31

В результате промышленного внедрения установки БГКО-900 концентрация нефти в очищенной НОВ снизилась в 1,8-2,0 раза, а механических примесей в 2,6-3,0 раза при сокращении времени очистки в 4 раза по сравнению с традиционной технологией отстаивания НСВ.

Годовой экономический эффект от внедрения установки БГКО на Бирючевском ЦСП составил 874 тыс. руб. (в ценах 2008 года).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ собранного и систематизированного фактического материала показал, что сущность и эффективность процесса очистки нефтесодержащих сточных вод (НСВ) заключается в достаточно полном и быстром снижении агрегативной и кинетической устойчивости НСВ путем, главным образом, разрушения бронирующих оболочек на каплях нефти и их коалесценции с последующим отстаиванием. Эти процессы осуществляются в различных аппаратах, в т.ч. гидродинамических каплеобразователях. В качестве эффективных трубчатых каплеобразователей могут применяться цилиндрические сливные камеры гидроциклонов, которые позволяют более полно использовать энергию закрученного потока для коалесценции капель нефти.

2. Разработаны технологические схемы для разрушения и очистки НСВ, включающие гидроциклон, цилиндрические камеры нижнего и верхнего

сливов гидроциклова, отстойник. Построена физическая модель закрученного течения в цилиндрических камерах сливов гидроциклона и определены основные факторы, обуславливающие эффективность закрутки в сливах.

3. Разработаны структурные и математические модели процессов гидродинамики в аппарате типа БГКО, представляющем собой блок «гидроциклон - цилиндрические камеры нижнего и верхнего сливов гидроциклона - отстойник». Разработана математическая модель процесса коалесценции капель нефти в закрученных потоках сливов гидроциклона.

^Экспериментально выявлены основные закономерности распространения закрученных потоков в сливных камерах гидроциклона. Установлено качественное соответствие теоретических моделей и экспериментальных данных процессов гидродинамики и коалесценции капель нефти по схемам «гидроциклон - камеры верхнего и нижнего сливов» (ГКС); «гидроциклон - камеры нижнего и верхнего сливов - отстойник». Полученные зависимости позволяют определить эффективность предложенной технологии очистки НСВ.

5. Экспериментально найдены оптимальные соотношения длин и диаметров сливных камер (1Л)=20-30), а также рекомендуемые значения универсального параметра закрутки потоков для верхней (в„=20-23) и нижней (©„=16-18,5) сливных камер, позволяющие эффективно осуществлять процесс коалесценции нефтяных капель. Количественная оценка дисперсного состава эмульгированной нефти в НСВ показала высокую степень коалесценции капель нефти при гидродинамической обработке эмульсии, обработанной в ГКС.

6. Экспериментально установлено, что эффект задержания частиц нефти после обработки НСВ в гидроциклоне с камерами сливов и двухчасового отстаивания достигает 94,5 %, что более чем на 8 % превышает эффективность очистки по схеме «гидроциклон - отстойник» и на 20 % превышает эффективность отстаивания не обработанной в центробежном поле НСВ. Получена математическая зависимость, адекватно описывающая кинетику отстаивания НСВ, предварительно обработанной в гидроциклоне с верхней и нижней камерами сливов.

7. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработаны новые аппараты для очистки НСВ на основе использования энергии закрученных потоков, новизна которых подтверждена восемью патентами РФ. Разработана, изготовлена и внедрена в производственный процесс на Бирючевском ЦСП НГДУ «Азнакаевскнефть» промышленная блочная установка БГКО-900 для очистки НСВ производительностью 900м3/сут. В результате промышленного внедрения установки БГКО-9О0 концентрация нефти в очищенных НСВ снизилась в 1,8-2,0 раза, а механических примесей в 2,6-3,0 раза при сокращении времени очистки в 4 раза по сравнению с традиционной технологией отстаивания НСВ. Годовой

¿•J

экономический эффект от внедрения установки БГКО-900 составил 874 тыс. руб. (в ценах 2008 года).

8. Разработки установок БГКО различной производительности приняты Академией наук Республики Татарстан (РТ) для включения в государственную программу развития инновационной деятельности РТ.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Адельшин, A.A. Параметры закрученных струй на сливах гидроциклона [Текст]/ А.Б. Адельшин, Н.И. Потехин, М.В. Лонцов, A.A. Адельшин// Исследование проблем водоснабжения, водоотведения и подготовки специалистов: межвуз. сб. научных трудов. - Казань: КГ АСА, 1999.-С. 137-142.

2. Адельшин, A.A. К вопросу исследования гидродинамики закрученных потоков на сливах гидроциклонов [Текст]/ A.A. Адельшин// Материалы 53-й Республиканской науч. конф.: сб. науч. трудов аспирантов. -Казань: КГ АСА, 2001. -С.29-31.

3. Адельшин, A.A. К проблеме интенсификации процессов гидродинамической очистки нефтесодержащих сточных вод [Текст]/ А.Б. Адельшин, A.B. Бусарев, Н.И. Потехин, A.C. Селюгин, A.A. Адельшин/'/ Известия КГ АСА,-Казань, 2003. -№1. -С. 91-96.

4. Адельшин, A.A. К моделированию процесса гидродинамики закрученных потоков на сливах гидроциклона [Текст]/А.А. Адельшин // Материалы 54/55-й Республиканской науч. конф.: сб. науч. трудов студентов. -Казань, КГАСА, 2003. -С. 28-29.

5. Адельшин, A.A. Дифференциальная функция распределения времени пребывания жидкости установки БГКО [Текст]/ A.A. Адельшин // Труды Международного Форума по проблемам науки, техники и образования: под ред. В.П. Савиных, В.В. Вишневского. -М: Академия наук о Земле, 2004. - Том 2. -С.104-105.

6. Адельшин, A.A. Исследования интенсификации очистки нефтесодержащих сточных вод с использованием закрученных потоков [Текст]/ A.A. Адельшин // Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан: тез. докл. VI Респуб. науч. конф./ -Казань: Отечество, 2004. -С. 5-6.

7. Адельшин, A.A. Экспериментальная установка для исследования процессов очистки нефтепромысловых сточных вод с применением закрученных потоков [Текст]/ A.A. Адельшин // Вузовская наука - России: сб. материалов межвуз. науч.-практ. конф. Часть 1. -Набережные Челны: Камский госуд. политехи, институт, 2005. -С. 300-302.

8. Адельшин, A.A. Установка очистки нефтесодержащих сточных вод на основе закрученных потоков (на рус. и англ. яз.) [Текст]/ A.A. Адельшин, А.Б. Адельшин// Россия и Мир: наука и технология: ежеквартальный журнал по проблемам научно-технического сотрудничества зарубежными странами. -

М. -Казань: Академия наук РТ, ООО фирма «ФиД», ООО «Информация - XXI век», 2005. №2-3, ISSN 1025-1820. -С. 17-19.

9. Адельшин, A.A. Принципы моделирования аппарата типа БГКО для очистки нефтесодержащих сточных вод [Текст]/ A.A. Адельшин// Материалы 56-й Республиканской науч. конф.: сб. научи, трудов студентов, аспирантов/ -Казань: КГАСУ, 2005. -С. 110-114.

10. Адельшин, A.A. Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод (на русском, английском и немецком языках) [Текст]/ А.Б. Адельшин, Н.И. Потехин, A.A. Адельшин// Каталог разработок и инновационных проектов предприятий и организаций Республики Татарстан. 54-й Всемирный салон инноваций, научных исследований и новых технологий: Бельгия, «Брюссель-Эврика», на фр., англ. и рус. яз. -Казань: Изд-во ЗАО НТЦ «Норматек», 2005. -С. 24-25 (рус.), 23-24 (англ.), 23-24 (фр.).

11. Адельшин, A.A. Разработка аппарата очистки нефтесодержащих сточных вод на основе применения закрученных потоков для целей заводнения нефтяных пластов [Текст]/ A.A. Адельшин// Отчет о выполнении научно-исследовательской работы по молодежному гранту Республики Татарстан: договор субвенции №20/2006 (Г), гос. регист. №0215 ГУП РТ. -Казань: КГАСУ, 2006.-151 с.

12. Адельшин, A.A. Блочная установка очистки нефтесодержащих сточных вод на основе применения закрученных потоков для целей поддержания пластового давления [Текст]/ A.A. Адельшин, А.Б. Адельшин, JI.P. Хисамеева, И.Г. Шешегова// -Казань: Известия КГАСУ №1(7)/2007. -С. 83-86.

13. Адельшин, A.A. Моделирование процессов коалесценции в закрученных потоках установки БГКО [Текст]/ A.A. Адельшин, А.Б. Адельшин, Р.И. Ибятов// -Казань: Известия КГАСУ №2(7) 2007. -С.70-79.

14. Адельшин, A.A. Интеграция результатов НИОКР в учебный процесс при подготовке специалистов строительного комплекса [Текст]/ А.Б. Адельшин, Н.С. Урмитова, A.A. Адельшин// Проблемы инновационной деятельности в образовательном процессе: сб. материалов Между нар. науч.-практ. конф.. - Казань: КГУ, 2007. -С.142-149.

15. Патент РФ №2189360. Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод [Текст]/ А.Б. Адельшин, Н.И. Потехин, A.A. Адельшин. - опубл. 20.09.2002 г., Бюл. №26.

16. Патент РФ №2227791. Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод [Текст] / А.Б. Адельшин, Н.И. Потехин, A.A. Адельшин, P.A. Каюмов. - опубл. 27.04.2004 г., Бюл. 12.

17. Патент РФ №2248327. Устройство для очистхн нефтесодержащих сточных вод [Текст]/ А.Б. Адельшин, Н.И. Потехин, А.А, Адельшин. - опубл. 20.03.2005 г., Бюл. №8.

18. Патент РФ N»2253623. Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод [Текст]/ А.Б. Адельшин, Н.И. Потехин, A.A. Адельшин. - опубл. 10.06.2005 г.. Бюл. №16.

19. Патент РФ №2255903. Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод [Текст]/ А.Б. Адельшин, Н.И. Потехин, A.A. Адельшин, P.A. Каюмов, Н.С. Урмитова. - опубл. 10.07.2005 г., Бюл. №19.

20. Патент РФ №2257352. Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод [Текст]/ А.Б. Адельшин, Н.И. Потехин, A.A. Адельшин. опубл. 27.07.2005 г., Бюл. №21

21. Патент РФ №2303002. Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод [Текст]/ A.A. Адельшин, А.Б. Адельшин. - опубл. 20.07.2007 г., Бюл. №20

22. Патент РФ № 2313493. Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод. [Текст]/ A.A. Адельшин, А.Б. Адельшин, P.M. Файзуллин, Н.М. Сахапов. - опубл. 27.12.2007 г., Бюл. №36.

23. Адельшин, A.A. К вопросу разработки структурной и математической моделей гидродинамики аппарата типа ГКСУ/Сб. научн. трудов докторантов и аспирантов. - Казань: КГ АСУ 2008 г. - С. 69-73

24. Аделыппн, A.A. Новые технические решения для очистки нефтесодержащих сточных вод с использованием закрученных потоков ¡Текст]/ A.A. Адельшин, А.Б. Адельшин, Б.М. Гришин, С.Ю. Андреев и др.//Известия вузов. Строительство. -2008 г. - №10. - С. 64-69.

25. Адельшин, A.A. Дифференциальные функции распределения капель нефти в закрученных потоках 1Тексгг]/А.А. Адельшин, А.Б. Адельшин, Р.И. Ибятов //Поволжский научный журнал. ННГАСУ. -2008 г. - №4.-С. 158-163

26. Адельшин, A.A. Факторы интенсификации процесса очистки нефтепромысловых сточных вод с использованием гидродинамических каплеобразователей [Текст]/А.А. Адельшин, А.Б. Адельшин, Н.С. Урмитова, A.B. Богданов//61-я Республиканская научная конференция. Тезисы докладов. -2009 г. - Казань. - С. 200-202

27. Адельшин, A.A. Технология очистки нефтесодержащих промышленных сточных вод [Текст]/А.А. Адельшин, А.Б.Адельшин, Б.М.Гришин, С.Ю. Андреев и др. // Известия вузов. Строительство. - 2009 г. - №9. -С. 64-69

* Жирным шрифтом выделены работы в журналах, рекомендованных ВАК

Моделирование процессов н разработка установок очистки нефтесодержатпх сточных вод на основе использования закрученных потоков

Лдельшин Алмаз Азптович

05.23.04 - Водоснабжение, канализация, ороительпыс системы охраны водных ресурсов

Автореферат

диссертации на соискание хченой степени кандидата технических наук

Подписано к печати_Формат 60x84 1/16_

Бумага офсетная №2. Печать офсетнач Объем 1 усл. печ. л. Тираж экз. Заказ № Бесплатно.

Издательство Пензенского государе.и>епного университета архитектуры и строи(ельства Отпечатано в цехе оперативной полиграфии ИГУАС 440028, г. Пенза, ул.ГЛ птова, 28.

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СПОСОБОВ ОЧИСТКИ НЕФТЕС О ДЕРЖАЩИХ ПРОМЫСЛОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД С ПРИМЕНЕНИЕМ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ КАПЛЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ.

1.1. Нефтепромысловые сточные воды и требования к их очистке для целей поддержания пластового давления.

1.2. Анализ факторов и эффективности различных методов очистки нефтепромысловых сточных вод.

1.3. Аппараты и установки для очистки нефтепромысловых сточных вод.

1.4. Гидродинамические каплеобразователи в процессах очистки нефтепромысловых сточных вод.

1.5. Выводы.

Цель и задачи исследований.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ РАЗРУШЕНИЯ И ОЧИСТКИ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗАКРУЧЕННЫХ ПОТОКОВ.

2.1. Разработка физической модели закрученного потока с учетом механизма разрушения нефтесодержащих сточных вод на сливах гидроциклона.

2.2. Разработка технологических схем разрушения и очистки нефтесодержащих вод с использованием закрученных потоков на сливах гидроциклона.

2.3. Разработка структурных и математических моделей гидродинамики в блоке гидроциклон - цилиндрические камеры сливов гидроциклона - отстойник (БГКО).

2.4. Моделирование процесса коалесценции в закрученных потоках установки БГКО.

2.5. Численное моделирование на ЭВМ коалесценции капель нефти в закрученных потоках установки БГКО.

Выводы.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ГИДРОДИНАМИКИ, КОАЛЕСЦЕНЦИИ КАПЕЛЬ НЕФТИ И ОЧИСТКИ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД НА

УСТАНОВКЕ БГКО.

ЗЛ. Принципы моделирования БГКО.

3.2. Визуализация течения закрученных потоков в цилиндрических камерах на сливах гидроциклона, измерения давлений и расходов.

3.3. Описание экспериментальной установки очистки НСВ, оборудование и приборы для исследований.

3.4. Исследование структуры потоков по схемам гидроциклон камеры сливов и БГКО.

3.5. Исследование процессов коалесценции капель нефти и очистки нефтепромысловых сточных вод в БГКО.

Выводы.

4. РАЗРАБОТКА НОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ И УСТАНОВОК ДЛЯ ОЧИСТКИ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗАКРУЧЕННЫХ ПОТОКОВ.

4.1. Технологические схемы установки типа БГКО.

4.2. Новые технические решения установок типа БГКО для очистки нефтепромысловых сточных вод.

Выводы.

5. РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО АППАРАТА ТИПА БГКО ДЛЯ ОЧИСТКИ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД С ЦЕЛЬЮ ЗАВОДНЕНИЯ НЕФТЯНЫХ ПЛАСТОВ.

5.1. Краткая характеристика объекта освоения.

5.2. Условия образования, количественные и качественные параметры пластовых сточных вод на объекте внедрения.

5.3. Разработка промышленного аппарата БГКО-9СЮ.

5.3.1. Исходные данные для разработки.

5.3.2. Устройство, принцип работы и основные положения разработки аппарата БГКО

5.3.3. Обоснование инвестиций на изготовление аппарата БГКО-900, его внедрение и производственные испытания в составе

Бирючевского ЦСП. Расчет экономического эффекта от внедрения.

Крупным водопотребителем и объектом образования нефтесодержащих сточных вод является нефтяная промышленность, в которой около 90% нефти добывается на месторождениях, разрабатываемых с использованием методов заводнения продуктивных нефтяных пластов с целью поддержания пластового давления (ППД). На каждую тонну добываемой нефти закачивается более 2,5-3 м3 воды, что составляет более 2 млрд. м3 в год, в том числе около 30% - пресные воды и около 70% -очищенные сточные воды. В процессе добычи нефти вместе с ней извлекаются пластовые воды (обводненность добываемой нефти в нашей стране превышает 80%), которые отделяются от нефти на промысловых установках подготовки нефти (УПН) и образуют пластовые сточные воды (ПСВ). С каждой тонной добытой нефти извлекается более 1 м пластовых вод. ПСВ вместе с промышленными и ливневыми стоками образуют нефтесодержащие (нефтепромысловые) сточные воды (НСВ). Объем НСВ по стране достигает 1,2 млрд. м3-в год из которых более 90% используется в системах заводнения. Утилизация НСВ в системах заводнения позволяет увеличить нефтеотдачу пластов в 1,5-2 раза, сократить потребление пресных вод, решит проблемы ликвидации НСВ и защиты окружающей среды от загрязнений на промыслах [67, 79, 98, 99].

На промыслах Российской Федерации очистка НСВ от нефти и механических примесей преимущественно осуществляется отстаиванием в безнапорных вертикальных резервуарах-отстойниках, напорных горизонтальных и вертикальных отстойниках, фильтрованием через слой жидкой контактной массы из нефти.

Отстойники имеют относительно низкие удельную производительность и качество очистки, большие габариты, металлоемкость, конструктивные недостатки, не отвечают в полной мере требованиям индустриального строительства и охраны окружающей среды.

Внедрение индустриальных методов обустройства нефтяных месторождений предусматривает широкое применение установок, аппаратов для очистки НСВ в блочном исполнении, обладающих высоким эффектом очистки при ограниченном объеме, герметичностью, транспортабельностью и высокой индустриальностью в изготовлении и монтаже. Основным направлением в решении данных требований являются создание новых аппаратов и установок, а также интенсификация и совершенствование технологических процессов предварительного гидродинамического разрушения и очистки НСВ.

Сущность и эффективность процесса разрушения НСВ заключается в достаточно полном и быстром снижении агрегативной и кинетической устойчивости НСВ путем, главным образом, разрушения бронирующей оболочки на каплях нефти и их коалесценции. Эти процессы осуществляются наиболее полно и интенсивно при определенной степени турбулизации потока НСВ в полости различных аппаратов - гидродинамических каплеобразователей.

К настоящему времени создана технология очистки НСВ, которая предусматривает предварительное разрушение бронирующих оболочек на каплях нефти, укрупнение и уменьшение полидисперсности капель нефти за счет гидродинамической обработки исходной НСВ в крупнозернистых коалесцирующих фильтрах (насадках), гидроциклонах, гидроциклонах-каплеобразователях, струйных каплеобразователях. Технология реализована в установках очистки НСВ по схемам: гидроциклон - отстойник; гидроциклон - насадка — отстойник; струйный каплеобразователь - отстойник и др. [14, 15,18, 20, 23, 28, 43, 90].

Наряду с гидроциклонами для интенсификации процессов разрушения нефтяных эмульсий промыслов нашли широкое применение простые по конструкции и весьма эффективные в работе трубчатые гидродинамические каплеобразователи. Они имеют высокую удельную производительность, небольшие размеры, низкую металлоемкость, возможность использования в стесненных условиях. Наиболее эффективно работают горизонтальные трубчатые каплеобразователи, которые могут быть использованы одновременно в качестве коалесцирующих аппаратов и коммуникационных, трубопроводов, обеспечивающих достаточно длительное время коалесценции капель нефти.

Установлено, что закрученные потоки на сливах гидроциклона обладают большим запасом остаточной энергии, что может быть использовано для достижения высокого уровня разрушения НСВ. Применение трубчатых каплеобразователей в качестве коаксиально расположенных в горизонтальной плоскости цилиндрических сливных камер гидроциклонов позволит более полно использовать энергию закрученных потоков на сливах гидроциклона и совместить преимущества данных конструкций для интенсификации процессов коалесценции нефтяных капель в НСВ.

В трубопроводах обвязки гидроциклона, цилиндрических камерах на сливах гидроциклона образуется сложное закрученное турбулентное течение, о котором количественная и качественная информация практически отсутствует. Рассмотрение процессов течения и разрушения (очистки) НСВ, моделирование процессов гидродинамики и коалесценции в закрученных потоках НСВ осложняет ряд факторов, таких как закрутка потока, турбулентность, необходимость учета кинетики и трехмерности, прецессия вихревого ядра, распад вихря, отсутствие параметров турбулентного закрученного потока, перемешивание материальных потоков эмульсии в условиях взаимодействия нескольких фаз и т.д. Перенос известных математических моделей процессов гидродинамики и коалесценции для различных гидродинамических каплеобразователей применительно к закрученным потокам не представляется возможным.

Гидродинамика реальных потоков сложна и в настоящее время для многофазных потоков пока не удается составить уравнения гидродинамики даже в общем виде. Поэтому для составления математических описаний гидродинамики аппаратов разрушения НСВ возникает необходимость познавать процесс через модели структуры потока в аппарате. Приведенные выше обстоятельства показывают, что основным способом получения необходимой информации о структуре закрученного потока в трубопроводах обвязки (в камерах сливов) гидроциклона является физический эксперимент.

В работе показано, что исследования процессов разрушения, очистки НСВ с использованием закрученных потоков на сливах гидроциклонов в нашей стране и за рубежом не проводились.

Работа выполнена в 1999-2009 гг. в Казанском государственном архитектурно-строительном университете (КГ АСУ) на кафедре «Водоснабжение и водоотведение» (ВиВ) в соответствии с" планом госбюджетных НИОКР по теме «Очистка природных и сточных вод, рациональное использование водных ресурсов» (код темы 40.04-02; код научного направления 70.2517, 87.19.03), а также в Пензенском государственном университете архитектуры и строительства на кафедре «Водоснабжение и водоотведение»

Ряд исследований был осуществлен по линии академии наук Республики Татарстан (АН РТ) и КГАСУ в рамках реализации республиканских программ (государственный заказчик - Кабинет Министров РТ).

Целью диссертации является исследование и моделирование процессов, а также разработка технологических схем и установок очистки нефтесодержащих промысловых сточных вод (НСВ) с применением гидроциклонов, имеющих коаксиальные цилиндрические сливные камеры.

Научная новизна диссертации: - разработана новая технология очистки НСВ, заключающаяся в снижении агрегативной устойчивости капель нефти за счет обработки сточной воды в гидроциклоне, оборудованном камерами сливов, обеспечивающими наиболее полное использование энергии закрученных потоков для коалесценции нефтяных потоков и увеличения эффекта последующего отстаивания НСВ; построена физическая модель закрученного течения в цилиндрических камерах сливов гидроциклона и определены основные факторы, обуславливающие эффективность закрутки в сливах;

- разработаны структурные и математические модели процессов гидродинамики в аппарате типа БГКО, представляющем собой блок «гидроциклон - цилиндрические камеры нижнего и верхнего сливов гидроциклона — отстойник». Разработана математическая модель процесса коалесценции капель нефти в закрученных потоках сливов гидроциклона;

- получена математическая зависимость, адекватно описывающая кинетику отстаивания НСВ, предварительно обработанных в гидроциклоне с верхней и нижней камерами сливов.

Практическая значимость работы.

1) Создана новая технология очистки НСВ с использованием гидроциклонов, оборудованных сливными камерами и отстойников для целей заводнения нефтяных пластов.

2) Даны новые технические и технологические решения установок (аппаратов) типа ГКС и БГКО для очистки НСВ, разработана проектная и конструкторская документация предлагаемых установок;

3) Обоснованы инвестиции на реализацию аппаратов типа о

БГКО-9СЮ производительностью 900 м /сут для очистки НСВ с целью заводнения нефтяных пластов в условиях Республики Татарстан.

Практическая реализация:

- изготовлена, смонтирована и внедрена на Бирючевском центральном сборном пункте (ДСП) НГДУ «Азнакаевскнефть» опытно-промышленная установка БГКО производительностью 900 м3/сут (по схемам гидроциклон камеры сливов - отстойник). Годовой экономический эффект от внедрения установки БГКО-900 составил 874 тыс. руб. (в ценах 2008 г.).

- результаты проведенных НИОКР могут быть использованы при разработке, совершенствовании техники и технологий очистки НСВ для целей заводнения пластов во всех нефтедобывающих регионах России.

Апробация работы и публикации. Основные положения настоящей работы опубликованы в 27 печатных работах, доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях КГАСУ в 2000-2009 гг.; на заседаниях научного совета АН РТ по направлению «Экологическая безопасность» РТ (Казань, 2003, 2004, 2005); на Международном промышленном форуме «Великие реки» (Нижний Новгород, 2003, 2004); на VI Республиканской научной конференции «Актуальные экологические проблемы РТ» (Казань, 2004); на Международном форуме по проблемам науки, техники и - образования (Москва, 2004); на Межвузовской научно-практической конференции «Вузовская наука - России» (Набережные Челны, 2005); на техническом совете НГДУ «Азнакаевскнефть» (2005); на семинаре главных инженеров ОАО «Татнефть» (Азнакаево, 2007); на Международной научно-практической конференции «Проблемы инновационной деятельности в образовательном процессе» (Казань, 2007); на Всероссийской научно-практической конференции «Инновационный подход к естественно научным исследованиям и образованию» (Казань, 2009).

Результаты НИР включены в отчеты о выполнении НИОКР по хоздоговорам, госзаказам и грантам АН РТ за 2002, 2003, 2004, 2006 гг.

Результаты работы также экспонировались и были одобрены на следующих конкурсах и выставках:

- Первый республиканский конкурс «50 лучших инновационных идей РТ» (Казань, 2005) - Диплом и премия за лучшую инновационную идею «Разработка и внедрение блочного промышленного образца аппарата установки) очистки нефтесодержащих сточных вод на основе применения закрученных потоков для целей заводнения нефтяных пластов РТ»;

- 7-ая Международная специализированная выставка «Энергетика, ресурсосбережение» (Казань, 2005) - Серебряный Диплом за аналогичную разработку;

- 54-й Всемирный салон инноваций, научных исследований и новых технологий (Брюссель - Eureka, Бельгия, 2005) - Диплом и Золотая медаль за разработку «Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод»;

- VI Московский международный салон инноваций и инвестиций (Москва, ВВЦ, 2006) - Диплом и Серебряная медаль за разработку «Технология очистки нефтесодержащих сточных вод»;

- 13-ая Международная специализированная выставка «Нефть. Газ. Нефтехимия» (Казань, 2006) Экспонат «Технология очистки нефтепромысловых сточных вод».

Конструкции аппаратов (устройств) типа БГКО защищены восемью патентами РФ, представленными в списке литературы.

1. СОСТОЯНИЕ ОЧИСТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ПРОМЫСЛОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД С ПРИМЕНЕНИЕМ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ КАПЛЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ собранного и систематизированного фактического материала показал, что сущность и эффективность процесса очистки нефтесодержащих сточных вод (НСВ) заключается в достаточно полном и быстром снижении агрегативной и кинетической устойчивости НСВ путем, главным образом, разрушения бронирующих оболочек на каплях нефти и их коалесценции с последующим отстаиванием. Эти процессы осуществляются в различных аппаратах, в т.ч. гидродинамических каплеобразователях. В качестве эффективных трубчатых каплеобразователей могут применяться цилиндрические сливные камеры гидроциклонов, которые позволяют более полно использовать энергию закрученного потока для коалесценции капель нефти. 2. Разработаны технологические схемы для разрушения и очистки НСВ, включающие гидроциклон, цилиндрические камеры нижнего и верхнего сливов гидроциклона, отстойник. Построена физическая-модель закрученного. течения в цилиндрических камерах сливов гидроциклона и определены основные факторы, обуславливающие эффективность закрутки в сливах.

3. Разработаны структурные и математические модели процессов гидродинамики в аппарате типа БГКО, представляющем собой блок «гидроциклон - цилиндрические камеры нижнего и верхнего сливов гидроциклона - отстойник». Разработана математическая модель процесса коалесценции капель нефти в закрученных потоках сливов гидроциклона.

4. Экспериментально выявлены основные закономерности распространения закрученных потоков в сливных камерах гидроциклона. Установлено качественное соответствие теоретических моделей и экспериментальных данных процессов гидродинамики и коалесценции капель нефти по схемам «гидроциклон - камеры верхнего и нижнего сливов»

ГКС); «гидроциклон - камеры нижнего и верхнего сливов — отстойник». Полученные зависимости позволяют определить эффективность предложенной технологии очистки НСВ.

5. Экспериментально найдены оптимальные соотношения длин и диаметров сливных камер (L/D=20-30), а также рекомендуемые значения универсального параметра закрутки потоков для верхней (@в=20-23) и нижней (0„=16-18,5) сливных камер, позволяющие эффективно осуществлять процесс коалесценции нефтяных капель. Количественная оценка дисперсного состава эмульгированной нефти в НСВ показала высокую степень коалесценции капель нефти при гидродинамической обработке эмульсии, обработанной в ГКС.

6. Экспериментально установлено, что эффект задержания частиц нефти после обработки НСВ в гидроциклоне с камерами сливов и двухчасового отстаивания достигает 94,5 %, что более чем на 8 % превышает эффективность очистки по схеме «гидроциклон — отстойник» и на 20 % превышает эффективность отстаивания не обработанной в центробежном поле НСВ. Получена математическая зависимость, адекватно описывающая кинетику отстаивания НСВ, предварительно обработанной в гидроциклоне с верхней и нижней камерами сливов.

7. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработаны новые аппараты для очистки НСВ с использованием энергии закрученных потоков, новизна которых подтверждена восемью патентами РФ. Разработана, изготовлена и внедрена в производственный процесс на Бирючевском ЦСП НГДУ «Азнакаевскнефть» промышленная блочная установка БГК0900 для очистки НСВ производительностью 900м3/сут. В результате промышленного внедрения установки БГК0900 концентрация нефти в очищенных НСВ снизилась в 1,8-2,0 раза, а механических примесей в 2,6-3,0 раза при сокращении времени очистки в 4 раза по сравнению с традиционной технологией отстаивания НСВ. Годовой экономический эффект от внедрения установки БГКО-900 составил 874 тыс. руб. (в ценах 2008 года).

8. Разработки установок БГКО различной производительности приняты Академией наук Республики Татарстан (РТ) для включения в государственную программу развития инновационной деятельности РТ.

1. Абрамзон, А.А. Поверхностно-активные вещества. Свойства и их применение Текст./ А.А. Абрамзон. -Л.: Химия, 1975. 246 с.

2. Адельшин, А.А. К вопросу исследования гидродинамики закрученных потоков на сливах гидроциклонов Текст./А.А. Адельшин //сб. научн. трудов аспирантов. Материалы 53-й республиканской научной конференции.- Казань: КГАСА, 2001. -С.29-31.

3. Адельшин, А.А. К моделированию процесса гидродинамики закрученных потоков на сливах гидроциклона Текст./ А.А. Аделыпин//сб. научн. трудов студентов. Материалы 54/55-й республиканской научной конференции. Казань: КГАСА, 2003. -С. 28-29.

4. Адельшин, А.А. Исследования интенсификации очистки нефтесодержащих сточных вод с использованием закрученных потоков Текст. / А.А. Аделыпин//тезисы докладов VI республиканской научной конференции. Казань: Отечество, 2004. -С. 5-6.

5. Адельшин, А.А. Принципы моделирования аппарата типа БГКО для очистки нефтесодержащих водТекст./ А.А. Адельшин/ сб. научн. трудовапспирантов, студентов. Материалы 5 бой республиканской научной конференции. -Казань: КГ АСУ, 2005. -С. 110-114.

6. Аделыпин, А.А. Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод Текст./ А.А. Аделыпин, А.Б. Аделыпин, P.M. Файзуллин, Н.М. Сахапов // решение о выдаче патента от 27.06.2007 г. на изобретение по заявке №20006128565/15 (031031) от 24.07.2006 г.

7. Аделыпин, А.А. К основным положениям разработки блочных установок очистки нефтепромысловых сточных вод с использованиемзакрученных потоков Текст./ А.А. Аделынин, А.Б. Аделынин, JI.P. Хисамеева, И.Г. Шешегова. -М: Технология нефти и газа. 2007. -12 с.

8. Аделыиин, А.Б. Энергия потока в процессах интенсификации очистки нефтесодержащих сточных вод Текст./ А.Б. Аделыиин // Гидроциклоны. Ч. 1 -Казань, 1996.-200 с.

9. Аделынин, А.Б. Интенсификация процессов гидродинамической очистки нефтесодержащих сточных вод Текст. автореф. дисс. . .докт. техн. наук. /А.Б. Аделыиин. -Санкт-Петербург, 1998. -73 с.

10. Аделыпин А.Б., Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод Текст./ А.Б. Аделыпин, А.А. Аделыпин // Татарский ЦНТИ ГУЛ РТ. Инф. листок №71-011-05, 2004. 4 с.

11. Аделынин, А.Б. Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод Аделыпин А.А.// Татарский ЦНТИ ГУП РТ. Инф. листок №71-012-05, 2005. 4 с.

12. Аделынин А.Б. Аппарат для очистки нефтесодержащих сточных вод Текст./ А.Б. Аделыпин, Р.А. Каюмов, Н.И. Потехин, А.А. Аделынин// Татарский центр научно-технической информации, ГУП РТ. Информационный листок №71-030-03, 2003. 4 с.

13. Аделыпин, А.Б. Интенсификация очистки нефтесодержащих сточных (6) вод на основе применения струйно-отстойных аппаратов Текст./ А.Б. Аделыиин, Н.И. Потехин. Казань, КГАСА, 1997. -207 с.

14. Аделынин, А.Б. Параметры закрученных струй на сливах гидроциклона Текст./ А.Б. Аделынин, Н.И. Потехин, М.В. Лонцов, А.А. Аделыиин // Исследование проблем водоснабжения, водоотведения и подготовки специалистов. Казань: КГАСА, 1999. - С. 137-142.

15. Адельшин, А.Б. Использование гидродинамических насадок с крупнозернистой загрузкой для интенсификации очистки нефтесодержащих сточных вод Текст./ А.Б. Адельшин, Н.С. Урмитова. — Казань, КГАСА, 1997. -249 с.

16. Аксанов, P.P. Исследование процессов разделения многофазных полидисперсных систем в напорных гидроциклонах и мультигидроциклонах Текст.: дисс. канд. техн. наук. / P.P. Аксанов Уфа, Казань, 1980. -168 с.

17. Артюхин, Ю.П. Система Математика 4.0 и ее приложения в механике Текст.: учеб. пособие / Ю.П. Артюхин, Н.Г. Гурьянов, JI.M. Котляр. Казанское математическое общество.- - Казань-Набережные Челны: Изд-во КамПИ. 2002. -415 с.

18. Баширова, Н.М. Трехпродуктовые гидроциклоны для интенсификации процесса очистки нефтепромысловых сточных вод Текст./Н.М. Баширова, P.P. Ахсанов, В.Г. Пономарев// Машины и нефтяное оборудование: обзорн. инф. -М.: ВНИИОЭНГ, 1985. -56 с.

19. Бусарев, А.В. Интенсификация очистки нефтесодержащих сточных вод с применением гидроциклонов с противодавлением на сливах Текст./ А.В. Бусарев//дис. канд. техн. наук. Санкт-Петербург, 1997. -229 с.

20. Временное положение о закачке нефтепромысловых сточных вод в нагнетательные скважины системы ППД ОАО «Татнефть» Текст. -Бугульма: ТатНИПИнефть, 2004. -15 с.

21. Вода для заводнения нефтяных пластов. Определение размера частиц эмульгированной нефти Текст.: ОСТ 39-232-89. -21 с.

22. Вода для заводнения нефтяных пластов. Требования к качеству Текст./ ОСТ 39-225-88. -Альметьевск, 1988.

23. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Текст.: СНиП 2.04.02-84. -М.: 1985. -134 с.

24. Водоснабжение населенных и промышленных предприятий Текст.: справочник проектировщика. -М.: Стройиздат, 1977. -288 с.

25. Галанова, В.А. Подготовка сточных вод с помощью гидрофобного жидкостного фильтра Текст./В.А. Галанова. [ и др] // Труды института геологии и горных ископаемых АН СССР. М., 1978, №16. -С. 71-73.

26. Гольдштик, М.А. Вихревые потоки Текст. / М.А. Гольдштик. -Новосибирск: Сиб. отделение АН СССР. Наука, 1981.-368 с.

27. Гнедин, К.В. Режим работы и гидравлика горизонтальных отстой -ников Текст./К.В. Гнедин. Киев: Будивильник, 1974. -224 с.

28. Губайдуллин,Ф.Р. Разработка технологического регламента и рекомендаций по реконструкции Бирючевского ЦСП Текст. / Ф.Р.Губай-дуллин/Ютчет о научно-исследовательской работе по договору №840.-Бугульма, «ТатНИПИнефть», 2003. -33 с.

29. Гунта, А. Закрученные потоки Текст./А. Гунта, Ф. Лилли, Н. Сайред.-М.: Мир, 1987. -588 с.

30. Гухман, А.А. Применение теории подобия к исследованию процессов тепломассообмена. Текст./ А.А. Гухман. -М.: Высшая школа,1967.-303 с.

31. Егоров, А.И. Гидравлика напорных трубчатых систем в водопроводных очистных сооружениях Текст./А.И. Егоров. -М.:Стройиздат, 1984.-95с.

32. Жизняков, В.В. Исследование гидродинамики закрученного потока в трубопроводах технологических аппаратов систем очистки воды Текст.:дисс. канд. техн. наук. /В.В. Жизнякова. — Горький, 1980. -195 с.

33. Закгейм, А.Ю. Введение в моделирование химико-технологических процессов Текст./А.Ю. Закгейм. -М.: Химия, 1973. -224 с.

34. Иванов Н.В. Экспериментальные исследования очистки сточных вод нефтепромыслов Татарии в напорных гидроциклонах Текст.: дисс. канд. техн. наук. /Н.В. Иванов-Казань, 1978. -230 с.

35. Инструкция по применению технологии обработки продукции скважин с получением качественной воды в процессе подготовки нефти Текст.// РД 39-1-1160-84, ПО «Татнефть», «ТатНИПИнефть». -Альметьевск, 1984. -16 с.

36. Инструкция по применению технологии предварительного обезвоживания нефти и очистки нефтепромысловых сточных вод в условиях ДНС Текст.// РД 153-39.0-287-03, «ТатНИПИнефть», ОАО «Татнефть». -Альметьевск, 2003. -39 с.

37. Канализация населенных мест и промышленных предприятий Текст. / Справочник проектировщика// под. пед. А.Б. Самохина. М.: Стройиздат, 1981. -640 с.

38. Кафаров, В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии Текст./ В.В. Кафаров. М.: Химия, 1968. -380 с.

39. Клейтон, В. Эмульсии, их теория и техническое применение Текст. /В. Клейтон/. -М.: Изд. И.Л., 1950. С. 7-12.

40. Колмогоров, А.Н. ДАН СССР Текст. / А.Н. Колмогоров. М., 1949. -Т.68.-825 с.

41. Корн, Г. и Корн Т. Справочник по математике Текст./ Г. Корн, Т. Корн. -М.: Наука, 1977. -832 с.

42. Курганов, A.M. Гидравлические расчеты систем водоснабжения и водоотведения Текст./А.М. Курганов, Н.Ф. Федоров//Справочник. Л.: Стройиздат, 1986. -440 с.

43. Ландау, Л.Д. Механика сплошных сред Текст./ Л.Д. Ландау, Е.М. Лившин. ГИТ Л, 1979.-788 с.

44. Левич, В.Г. Физико-химическая гидродинамика Текст. / В.Г. Левич. М.: Физматгиз, 1959. -698 с.

45. Ли, А.Д. Разработка и внедрение высокопроизводительных аппаратов и сооружений для физико-химической очистки промысловых сточных водТекст./ А.Д. Ли// Отчет ТатНИПИнефть .Тема №51/76; №ГР76071300. -Бугульма, 1978. -С. 51-75.

46. Логинов, В.И. Обезвоживание и обессоливание нефтей Текст. / В .И. Логинов. -М.: Химия, 1979. -216 с.

47. Лутошкин, Г.С. Сбор и подготовка нефти, газа и воды Текст./ Г.С. Лутошкин. -М: Недра, 1979. -319 с.

48. Лысов, В.А. Разработка и исследование нового способа удаления осадка из горизонтальных водопроводных отстойников, осветляющих мутные воды Текст./В.А. Лысов, Е.Ф. Кургаев, В.А. Михайлов // Водоснабжение и санитарная техника. — М.: 1974, №10. -С. 15-18.

49. Лысов, В.А. Новая гидравлическая напорная система для удаления осадка из горизонтальных водопроводных отстойников Текст./ В.А. Лысов, Е.Ф. Кургаев//Проектирование водоснабжения и канализации: реферативный сборник. Вып. 6 (87). -М.: 1973. -С. 14-31.

50. Махбудбеков, Э.И. Очистка нефтепромысловых сточных вод Текст./Э.И. Махбудбеков. Нефтяник, 1978, №4. -С. 20-23.

51. Медников, Е.П. Поперечная миграция частиц, взвешенных в турбулентном потоке Текст./ Е.П. Медников// Докл. АН СССР. 1971, 203, №23. -С. 543-547.

52. Методика отбора проб и проведения анализа на содержание нефте -продуктов в промысловой сточной воде Текст. -Бугульма: ТатНИПИнефть, 2001.

53. Методика отбора проб, консервации и проведения анализа на содержание механических примесей в промысловых сточных водах Текст. — Бугульма: ТатНИПИнефть, 1997.

54. Методика отбора проб и проведения анализа на определение дисперсности загрязнений в нефтепромысловой сточной воде Текст. — Бугульма: ТатНИПИнефть, 2001.

55. Мингазимов, Н.С. Совершенствование технологии подготовки промысловых сточных вод, используемых для заводнения нефтяных месторождений Текст.: дисс. канд. техн. наук. /Н.С. Мингазимов-Уфа: БашНИПИнефть, 1983. -166 с.

56. Миронов, Е.А. Закачка сточных вод нефтяных месторождений в продуктивные и поглощающие горизонты Текст./ Е.А. Миронов. М.: Недра, 1976. -168 с.

57. Михайловский, М.К. Совершенствование работы жидкостных фильтров Текст./ М.К. Михайловский//Труды ТатНИПИнефть. — Бугульма, 1975, вып. XXXIII. -С. 146-150.

58. Монгайт, И.Л. Методы очистки сточных вод Текст./ И.Л. Монгайт, И.Д. Родзиллер. -М.: Гос. научно-техн. изд-во, 1958. -251 с.

59. Мутин, Ф.И. Разработка и моделирование аппаратов для очистки нефтесодержащих сточных вод с применением комбинированной контактной массыТекст.: дисс. канд. техн. наук. /Ф.И. Мутин -Казань, 1986. -224 с.

60. Найденко, В.В. Применение математических методов и ЭВМ для оптимизации и управления процессами разделения суспензий в гидроциклонах Текст. / В.В. Найденко. Горький: Волго-Вятское КН. Изд- во, 1976. -287 с.

61. Нейман, Р.А., Блочные автоматизированные установки для очистки нефтепромысловых сточных вод Текст./ Р.А. Нейман, Д.Г. Ермаков, Г.Ф. Шаихова Нефтяник, 1975, №6. -С. 9-10.

62. Основные требования и рекомендации к использованию блочного оборудования по подготовке нефти, газа и воды в различных вариантах тех -нологических схем центральных нефтесборных пунктов Текст. Уфа: ВНИИСПТнефть, 1976. -70 с.

63. Отстойник для очистки нефтесодержащих сточных вод от нефти и механических примесей Текст.: а. с, № 262837, СССР / Байков У.М. и др.// Открытия. Изобретения. 1970. - №7.

64. Отстойник с жидкостным гидрофобным фильтром. Описание и инструкция по эксплуатации Текст. Бугульма: ТатНИПИнефть, 1973. - 15 с.

65. Патент №1321556. (Канада) МКИ В 04 С9/00, В 04 С5/081, 1993.

66. Пергушев, Л.П. Влияние неоднородности дисперсионной фазы на процесс коалесценции и массообмена в жидкостных эмульсиях Текст./ Л.П. Пергушев, А.К. Розенцвайг. МТФ, 1980, №94. -С. 74-81.

67. Позднышев, Г.Н. Стабилизация и разрушение нефтяных эмульсий Текст./ Г.Н. Позднышев. -М.: Недра, 1982. -221 с.

68. Положение о закачке нефтепромысловых сточных вод в нагнетательные скважины системы ППД АО «Татнефть» Текст. / Руководящий документ. Введен в действие с мая 1999 г., срок действия до мая 2004 г.; приказ №243 от 1.05.99 АО «Татнефть».

69. Пономарев, В.Г. Очистка сточных вод нефтеперерабатывающих заводов Текст. /В.Г. Пономарев, Э.Г. Иоакимис, И.Л. Монгайт.-М.: Химия, 1985. -256 с.

70. Последние достижения в области жидкостной экстракции Текст./ Под ред.К. Хансана. -М.: Химия, 1974. -447 с.

71. Ребиндер, П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах Текст./ П.А. Ребиндер//. Избр. труды. -М.: Наука, 1978. -368 с.

72. Ребиндер, П.А. Современные представления об устойчивости, образование и разрушение эмульсий и методы их исследования (Эмуль -сии. Их теория и техническое применение) Текст. / П.А. Ребиндер, К.А. Поспелова Клейтон В. -М.: И.Л., 1950. -С. 7-102.

73. Резник, В.А. К вопросу очистки воды методом жидкостной фильтрации Текст. / В.А. Резник. М.: ВНИИОЭНГ, РНТС «Машины и нефтяное оборудование», 1977, №6.-С. 38-39.

74. Розенцвайг, А.К. Исследование коалесценции крупнодисперсных концентрированных эмульсий при турбулентном перемешивании Текст. / А.К. Розенцвайг. ИФЖ, 1982. -Т.42. -С. 27-33.

75. Розенцвайг, А.К. Коалесценция концентрированных мелкодисперсных эмульсий при турбулентном перемешивании Текст. / А.К. Розен -цвайг, Л.П. Пергушев. ИФЖ, 1981, т.40, №6. -С. 1013-1018.

76. Рулёв, Н.Н. Гидродинамическое разрушение дисперсных систем Текст. / Н.Н. Рулёв, С.В. Карасев //Химия и технология воды. 1990, т. 12,10.-С. 887-890.

77. Свиридов, В.П. Средство борьбы с накоплением парафиновых в нефтяных резервуарах Текст. / В.П. Свиридов, В.И. Толкачев // Пути борьбы с потерями нефти и газа при добыче, хранении и транспорте. -М.: ВНИИОЭНГ, 1971.-С. 100-117.

78. Селюгин, А.С. Разработка и моделирование гидроциклонных установок очистки нефтесодержащих сточных вод Текст.: дисс. канд. техн. наук / А.С. Селюгин. Санкт-Петербург, 1995. -180 с.

79. Смирнов, Б.И. Исследования методов очистки сточных вод с использованием гидродинамических эффектов Текст. / Б.И. Смирнов, А.К. Розенцвайг// Труды ТатНИПИнефть, 1977. вып.35. -С. 327-334.

80. Смирнов, В.И. Совершенствование конструкции гидрофобного жидкостного фильтра Текст. / В.И. Смирнов. -М.: ВНИИОЭНГ, РНТС «Нефтепромысловое дело», 1976, №9. -С. 47-48.

81. Смирнов, Ю.А., Теория и практика перемешивания в жидких средах Текст. / Ю.А. Смирнов, А.Д. Белопольский.-М.: НИИТЭХИМ, 1976. -256 с.

82. Способ очистки нефтепромысловых сточных вод Текст.: а.с. №371173, СССР/ Ли А.Д., Нурутдинов Р.Г., Тронов В.П. // Открытия. Изобретения. 1973. - №12.

83. Способ определения дисперсного состава водонефтяных эмульсий Текст.: а.с. №1133504, СССР/ Нуруллин Ж.С., Адельшин А.Б., Мутин Ф.И., Найденко В.В// Открытия. Изобретения. 1985. - №1.

84. Стахов, Е.А. Очистка нефтесодержащих сточных вод предприятий хранения и транспорта нефтепродуктов Текст. / Е.А. Стахов. —JL: Недра, 1983.-263 с.

85. Тронов, А.В. Научное обоснование и создание комплекса технологий очистки нефтепромысловых вод для повышения эффективности разработки нефтяных месторождений Текст.: дисс. докт. техн. наук / А.В. Тронов. -Бугульма, 2001. -320 с.

86. Тронов, В.П. Разрушение эмульсии при добыче нефти Текст. / В.П. Тронов. -М.: Недра, 1974. -272 с.

87. Тронов, В.П. Промысловая подготовка нефти Текст. / В.П. Тронов. -(2) М.: Недра, 1977. -270 с.

88. Тронов, В.П. Промысловая подготовка нефти за рубежом Текст. / В.П. Тронов. М.: Недра, 1983. -224 с.

89. Тронов, В.П., Очистка вод различных типов для использования в системе ППД Текст. / В.П. Тронов, А.В. Тронов. Казань: Фэн, 2001. - 560 с.

90. Турбулентное смещение газовых струй Текст. / Под ред. Г.Н. Абрамовича. -М.: Наука, 1974. -272 с.

91. Унифицированные технологические схемы комплексов сбора и подготовки нефти, газа и воды нефтедобывающих районов Текст. / /РД 39-1159-79. -Куйбышев: Гипровостокнефть, 1979. 46 с.

92. Урмитова, Н.С. Интенсификация процессов очистки нефтесодер -жащих сточных вод на основе применения гранулированных коалесци-рующих материалов Текст.: дисс. канд. техн. наук / Н.С. Умритова. -Казань: Каз.ИСИ, 1993. -251 с.

93. Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод Текст.: Патент РФ №2189360/ А.Б. Адельшин, Н.И. Потехин, А.А. Адельшин: Зарегистр. 20.09.2002 г.; Бюл. №26.

94. Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод Текст.:

95. Патент РФ №2227791 / А.Б. Аделынин, Н.И. Потехин, А.А. Аделынин, Р.А. Каюмов: Зарегистр. 27.04.2004 г.; Бюл. №12.

96. Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод Текст.: Патент РФ №2248327 / А.Б. Аделынин, Н.И. Потехин, А.А. Аделынин: Зарегистр. 20.03.2005 г.; Бюл. №8.

97. Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод Текст.: Патент РФ №2253623/ А.Б. Аделынин, Н.И. Потехин, А.А. Аделынин: Зарегистр. 10.06.2005 г.; Бюл. №16.

98. Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод Текст. Патент РФ №2255903 / А.Б. Аделынин, Н.И. Потехин, А.А. Аделынин, Р.А. Каюмов, Н.С. Урмитова: Зарегистр. 10.07.2005 г.; Бюл. №19.

99. Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод Текст. Патент РФ №2257352 / А.Б. Аделынин, Н.И. Потехин, А.А. Аделынин: Зарегистр. 27.07.2005 г.; Бюл. №21.

100. Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод Текст.: Патент РФ №2303002 / А.А. Аделынин, А.Б. Аделынин: Зарегистр. 20.07.2007 г.; Бюл. №20.

101. Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод Текст.: а.с. № 1699935, СССР / А.Б. Аделынин, Ф.И. Мутин, А.В. Бусарев // Открытия. Изобретения. 1991. - №47.

102. Устройство для очистки сточных вод Текст.: а.с. №1404464, СССР/ В.П. Тронов, А.Д. Ли, А.В. Тронов, А.И. Ширеев // Открытия. Изобретения. 1988.

103. Фортье, А. Механика суспензий Текст. / А. Фортье. -М.: Мир, 1971.-264 с.

104. Хаппель, Д.Ж. Гидродинамика при малых числах Рейнольдса/ Пер. с англ. Под ред. Буевича Ю.А. Текст. / Д.Ж. Хаппель, Г. Бреннер. -М.: Мир, 1976. -67с.

105. Шевелев, Ф.А. Таблица для гидравлического расчета водопроводных сетей Текст. / Ф.А. Шевелев, А.Ф. Шевелев.-М.: Стройиз-дат, 1984.-116 с.

106. Шифрин, С.М. Расчет сооружений биохимической очистки городских и промышленных сточных вод Текст. / С.М. Шифрин, Б.Г. Мишуков, Ю.А. Феофанов // Учебное пособие. -Д.: ЛИСИ, 1977. -74 с.

107. Adler P.M. Heterocoagulation in sherflom/ Ybid. 1981, v.83, p. 106115.

108. Allan R.S., Mason S.G. Trans. Farad. Soc., 1961, v.57, p. 20-27.

109. Allan R.S., Mason S.G.-T.of Col. Yutes. Sci., 1962, v.l7,p. 328.

110. Brown A.H., Hanson C. Chem., Eng. Sci., 23, 1968, p. 196.

111. Charles Y.E., Mason S.Y. J.Colloid Sci., 1960, v.15, p. 236.

112. Chiloch R., Sideman S., Resnik W. Coalescence and breakup in dilute polydispersions Canadian J. of chem. Endud. 1973, v.51, №5, p. 542-549.

113. Higashitani K., Ogawa R., Hosokowa G., Matsuno V. Kinetic theory of shear coagulation for particles in a viscous fluid/ J.Chem.End. 1982, v. 15, №4, p. 299-304.

114. Jeffreys G.V., Hawksley J.Z., AJchEJ, 1965, v.l 1, p. 413.

115. Meilsen Z.E., Wall R., Adams G.J. Coll. Sci, 1958, v.13, p. 441.

116. Sleicher Gr. C.A. -AJchEJ, 1962, v.8, p. 1042.

117. SyredN., Beer J.M., Astron, Acta 17, 4/5, p. 783 (1972).

118. Syred N., Beer J.M., Chigier N.A., Proceedings Conference on Internal Flows, held at salford University, 1971, organized by the Institute of Mechanical Engineers and Satford University, p. 827.

119. Ward Y.P., Kundsen J.C. Turbulent flow of unstable liquid liquid dispersion drop sizes. -AJchEJ, 1967, 13, №2, p. 336.

120. Wason Paper №62 International Solvent Extraction Conference Zyon, 14 September, 1974, p. 24.311. УТВЕРЖДАЮ инженеркаевкнефть»1. Р.Н. Файзуллин 2005 г.

121. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ на разработку технической документации блочной промышленной установки для очистки нефтепромысловых сточных вод с применением закрученных потоков1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

122. Разработать проектно-конструкторскую документацию установки для очистки нефтепромысловых сточных вод.2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ.

123. Производительность, м3/сут.900

124. Концентрация загрязнений в сточной воде, поступающей на очистку, мг/л не более:нефтепродуктов.1 ОООмеханических примесей.200температура стоков, °С.0-30

125. Концентрация загрязнений в очищенной воде, мг/л не более:нефтепродуктов.60механических примесей.50температура стоков, °С.0-30

126. УСЛОВИЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ И МЕСТО РАСПОЛОЖЕНИЯ.

127. Установка предназначена для очистки нефтепромысловых сточных вод для их использования в системе ППД.

128. Сточная вода подается на очистку под давлением, атм .3.5-4.0

129. Осадок с установки отводится в шламонакопитель.

130. Главный технолог НГДУ «Азнакаевскнефть»

131. Согласовано: Заведующий кафедрой «Водоснабжение и водоотведение» КГ АСУ1. Н.М. Сахапов1. А.Б. Аделыпинл^>вано:по НИР и1. Сулейманов 2008г.

132. Вице-президент АН РТ т.н., проф^1. A.JL Абдуллин I» " 2008г.ый технологкаевскнефть»1. Утверждаю: -.

133. Замруе^т$лйгецерального директоразавода точного мщщщо/щзотт» ччуЩ.И. Айнулов 2008г.1. Сахапов 2008г.1. АКТшуске опытно-серийной промышленной партии гидродинамического каплеобразователя»г.Казань

134. Настоящий акт составлен в том, что:

135. Разработчиками аппарата ГКС являются:- Казанский государственный архитектурно-строительный университет (КГ АСУ);- Академия наук Республики Татарстан.

136. Авторы разработки аппарата ГКС:

137. Адельшин А.Б. д.т.н., профессор КГАСУ - научный руководитель;

138. Адельшин А.А. аспирант, инженер КГАСУ - разработчик-исполнитель;

139. Урмитова Н.С. к.т.н., доцент КГАСУ - разработчик-исполнитель.

140. Аппарат ГКС разработан, изготовлен по техническому заданию заказчика и передан заказчику Нефтегазодобывающему управлению «Азнакаевскнефть» (НГДУ «Азнакаевскнефть») ОАО «Татнефть».

141. При внедрении использованы патенты РФ на «Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод»: №2189360 от 20.09.2002 г., №2227791 от 27.04.2004 г., №2253623 от 10.06.2005 г., №2313493 от 27.12.2007 г.

142. А.А. Адельшин Н.С. Урмитовао1. Согласовано1. Проректор по на'1. КзйбЙ&КЁАСУ1. A.iyT. 'Сулецманов^,