На правах рукописи

ГОГЛАЧЕВ СЕРГЕЙ НИКОЛАЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕСПЕРЕБОЙНОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ СИСТЕМЫ ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Специальность 05.02.13. - «Машины, агрегаты и процессы»

(Машиностроение в нефтеперерабатывающей промышленности)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа-2009

Работа выполнена на кафедре «Машины и аппараты химических производств» Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

;

доктор технических наук

.

Ведущая организация ГУП «Институт нефтехимпереработки РБ».

Защита состоится «19» июня 2009 года в 14-00 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете Республика Башкортостан, .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан «18» мая 2009 года.

Ученый секретарь совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ

Нефтеперерабатывающие заводы относятся к отрасли промышленности, потребляющей большое количество воды, которая расходуется в основном для промывки нефти при ее обессоливании на установках ЭЛОУ, для конденсации и охлаждения нефтепродуктов, охлаждения машин, а также для иных технологических целей (приготовления растворов реагентов, промывки топлива после защелачивания и других). Одним из важнейших элементов технологического комплекса многих предприятий является система водяного охлаждения, в состав которой входит оборотное водоснабжение.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

От качества и эффективности работы систем оборотного водоснабжения зависят производительность технологического оборудования, качество и себестоимость продукта, удельный расход сырья и электроэнергии.

При эксплуатации систем оборотного водоснабжения нередко возникают большие затруднения, обусловленные возникновением коррозии, образованием различных отложений и обрастаний в теплообменных аппаратах, трубопроводах и градирнях, что наносит большой ущерб промышленным предприятиям.

Одним из источников попадания загрязнителей в систему оборотного водоснабжения являются пруды-отстойники. В процессе отстаивания в прудах-отстойниках образуются большие массы ила, которые, накопившись выше некоторого критического значения, резко повышают вероятность его взмучивания и тем самым способствуют загрязнению технологического оборудования.

В связи с этим становится актуальной разработка мероприятий, предотвращающих попадание загрязнителей в систему оборотного водоснабжения.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - разработать оборудование, позволяющее без остановки процесса отстаивания ила осуществлять очистку прудов-отстойников очистных сооружений нефтеперерабатывающих предприятий с учетом исключения его взмучивания при максимальной концентрации, и тем самым свести к минимуму попадание загрязнений в теплообменные аппараты, использующие воду системы оборотного водоснабжения, и рассчитать для разработанного устройства основные параметры.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1 Разработка, проектирование и изготовление устройства забора и транспортировки донного ила из прудов-отстойников очистных сооружений нефтеперерабатывающих предприятий.

2 Изготовление экспериментальной установки исследования процесса извлечения донного ила и разработка методики проведения экспериментов.

3 Осуществление подбора модельной среды подобной смеси донного ила с водой, используя метод анализа размерностей («p-теорема»).

4 Получение зависимости концентрации осадка от параметров установки исследования процесса извлечения донного ила для оптимизации процесса его извлечения со дна емкости, используя метод планирования полного факторного эксперимента по минимизации числа опытов.

5 Проведение верификации экспериментальных данных и численных результатов, полученных на основе моделирования процесса извлечения осадка со дна емкости, используя программный комплекс (ПК) Flow Vision, и разработка алгоритма получения оптимальных параметров процесса извлечения донного ила из прудов-отстойников очистных сооружений.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

1 Впервые получено уравнение, определяющее зависимость концентрации удаляемого осадка со дна емкости от параметров извлекающего устройства путем проведения многофакторного моделирования процесса извлечения по критериям Рейнольдса, Фруда и гомохронности, которое удовлетворяет условиям Пи-теоремы.

2 Впервые для оборудования, извлекающего донный осадок из прудов-отстойников при условии исключения его взмучивания, на основе математического моделирования гидродинамического процесса извлечения осадка со дна емкости получены зависимости концентрации смеси от параметров извлекающего устройства, результаты которых коррелируют с экспериментальными данными.

3 Установлена зависимость ширины полосы извлечения донного ила от уровня всасывания при условии его максимальной концентрации и исключения взмучивания, на основе математического моделирования гидродинамического процесса извлечения ила со дна пруда-отстойника очистного сооружения, которая изменяется по параболическому закону.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ

Результаты, полученные в работе, используются в учебном процессе Уфимского государственного нефтяного технического университета при выполнении лабораторных занятий по гидромеханическим процессам дисциплины «Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии» специальности 130603 «Оборудование нефтегазопереработки» направления 150400 «Технологические машины и оборудование» на кафедре МАХП УГНТУ.

АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены: на 55, 56, 57-й научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (Уфа, УГНТУ, 2005, 2006, 2007 гг.), III Всероссийской научной ИНТЕРНЕТ-конференции «Интеграция науки и высшего образования в области био - и органической химии и механики многофазных систем» (Уфа, УГНТУ, 2004 г.), IX Международной научно-технической конференции «Проблемы строительного комплекса России» (Уфа, УГНТУ, 2005 г.), Всероссийской студенческой научно-технической конференции «Интенсификация тепло-массообменных процессов, промышленная безопасность и экология» (Уфа, УГНТУ, 2005 г.).

ПУБЛИКАЦИИ

По материалам диссертации опубликовано тринадцать работ, в том числе 2 статьи помещены в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ

Диссертационная работа состоит из четырех глав, основных выводов, списка использованных источников из 98 наименований, содержит 104 страницы машинописного текста, включая 20 рисунков, 6 таблиц и приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение раскрывает актуальность выбранной темы диссертационной работы, в нем сформулированы основные положения, выносимые на защиту, а также отражена научная новизна выполненных исследований и их практическая ценность.

В первой главе рассмотрены и проанализированы системы оборотного водоснабжения нефтеперерабатывающих заводов, факторы, влияющие на эффективность работы теплообменного оборудования.

Анализ системы оборотного водоснабжения показал, что некачественная очистка сточных вод негативно влияет на эффективность работы теплообменного оборудования. Одним из источников попадания загрязнителей в систему являются пруды–отстойники. Исследованиями работы отстойников занимались многие ученые: , , , М. Лева, , , . Отмечено, что в процессе отстаивания в прудах-отстойниках образуются большие массы осадков, которые, накопившись выше некоторого критического значения, резко повышают вероятность его взмучивания и тем самым способствуют загрязнению технологического оборудования, вследствие чего исследование процесса извлечения осадков со дна прудов-отстойников является актуальным.

В настоящее время процесс извлечения ила осуществляется после остановки прудов-отстойников и их высыхания, затем путем привлечения механизированных транспортных средств и рабочих осуществляется очистка, что является трудоемкой и длительной операцией, а существующие методы извлечения выкачиванием насосами являются трудоемкими и неэффективными. Кроме этого, пруд-отстойник на определенный промежуток времени должен быть исключен из технологической цепочки, что вызывает дополнительные нагрузки на другие пруды.

Приведены уже существующие способы извлечения осадков из прудов-отстойников. Например, озерная установка, которая предназначена для разработки илистых грунтов. Она представляет собой смонтированный на плавучем основании корпус в виде открытой шахты со свободным уровнем ила с илоприемником на нижнем конце; приспособление для перемещения установки по водоему; механизм для погрузки ила в транспортные емкости (в частности, представляющий собой погружной моноблочный электронасос) и сигнализатор с поплавком. Недостатком устройства является необходимость контроля уровня ила в шахте для обеспечения работоспособности погружного моноблочного электронасоса, а также большая металлоемкость конструкции.

Также используется землесосный снаряд, который состоит из плавучего корпуса, сочлененного из двух понтонов; установленных на одном из них грунтового насоса с всасывающим и напорным патрубками и насоса гидроразмыва; всасывающей трубы с наконечником; аппарата напорного хода и механизма рабочих перемещений с приводом. Недостатком этого устройства является сильное взмучивание ила при использовании аппарата напорного хода, необходимость использования двух насосов и применения двух систем передвижения, большая металлоемкость конструкции.

Наиболее близким к предлагаемой в данной работе конструкции является устройство забора и транспортировки донного ила, разработанное авторами патента РФ № 000. Данное устройство состоит из плавучего корпуса, сочлененного из двух понтонов с установленным на нем грунтового насоса с всасывающим и напорным патрубками, и механизма рабочих перемещений с приводом, закрепленным на фундаментных плитах, расположенных вдоль илового пруда-накопителя через равные интервалы, на которые его последовательно устанавливают по мере очистки дна отстойника. Недостатком устройства является нарушение плавности перемещения понтона, что приводит к взмучиванию ила; периодичность перемещения; необходимость остановки; отсутствие автоматизации труда, вследствие чего требуется четыре человека для перемещения устройства на следующую фундаментную плиту и около двух часов времени для проведения процесса пуско-наладочных работ.

Поэтому в данной работе предлагается устройство, позволяющее без остановки процесса отстаивания ила осуществлять очистку прудов-отстойников очистных сооружений с учетом исключения взмучивания.

Во второй главе предложено извлечение отработанного активного ила из прудов–отстойников осуществлять способом, принципиальная схема которого приведена на рисунке 1.

1 – распределительная гребенка; 2 – фильтры; 3 – пруд-отстойник;

4 – установка по извлечению отработанного активного ила

Рисунок 1 – Способ извлечения отработанного активного ила

из прудов-отстойников

Установка по извлечению отработанного активного ила (4) перемещаясь по пруду-отстойнику (3) извлекает отработанный активный ил и по трубопроводу направляет его на фильтры (2). Отфильтрованный активный ил подается на утилизацию, а вода через распределительные гребенки (3) возвращается в пруд-отстойник.

Реализация данного способа предлагается путем извлечения осадка высасыванием погружным насосом, закрепленным на плавающем понтоне.

Рисунок 2 - Устройство забора и транспортировки донного ила

На рисунке 2 представлен общий вид устройства забора и транспортировки донного ила. Устройство содержит плавучий корпус, сочлененный из двух понтонов 1, к раме 2 которого прикреплен узел регулировки глубины погружения 3 с гибкой муфтой 4 и погружным моноблочным грунтовым насосом 5 в нижней её части; гибкого напорного шланга 6, присоединенного через патрубок к приемному резервуару (на рисунке не показан); механизм рабочих перемещений, состоящий из кольцевого троса 7, прикрепленного к плавучему корпусу и снабженного концевыми переключателями 8, 9. Механизм рабочих перемещений установлен на двух передвижных платформах 10 и 11, расположенных на противоположных берегах пруда-отстойника. На одной из них (правой) установлены реверсивный двигас редуктором 13 (привод для перемещения кольцевого троса); приводной шкив 14 для перемещения кольцевого троса 7, установленный на валу редуктора 13; ролик 15 натяжения кольцевого троса 7, установленный на стойке 16. На левой платформе размещен направляющий ролик 17 для передвижения кольцевого троса 7, установленный на стойке 18. На обеих платформах, перемещаемых на колесах 19, размещены ролики 20, 21 и 22, 23, направляющие движение платформ 10 и 11 и перемещаемые по параллельно-противоположно расположенным уголкам 24, жестко закрепленным на опорах 25, и установлены приводы с цепной передачей, состоящие из двигателя 28, 29, редуктора 30 и 31 и цепной передачи 26 и 27, синхронно приводящих в движение эти платформы 10 и 11.

Устройство работает следующим образом. Собранный плавучий корпус, присоединенный к кольцевому тросу 7, устанавливают на месте забора ила и производят регулировку требуемой глубины погружения насоса 5. При помощи ролика 15 натягивают кольцевой трос 7, присоединяют гибкий напорный шланг 6 через патрубок к приемному резервуару, одновременно включают питание реверсивного двигаи питание погружного электронасоса 5. При поступательном движении плавучего корпуса через всасывающее отверстие насоса иловая взвесь подается через гибкий шланг 6 и оттуда – в приемный резервуар. При достижении плавучим корпусом берега концевые переключатели 8, 9 автоматически изменяют направление поступательного движения плавучего корпуса на противоположное, перед этим включаются приводы цепных передач для перемещения платформ 10, 11 на заданное расстояние. Далее цикл повторяется.

Однако для внедрения данного способа на производстве требуются исследования по определению оптимальных эксплуатационных параметров установки.

Результаты исследований должны быть направлены на выявление параметров, позволяющих достичь максимальной концентрации извлечения осадка со дна пруда-отстойника и при этом исключить его взмучивание.

Решение данной задачи осуществлялось путем разработки модели и проведения расчетов в ПК Flow Vision и сравнительного анализа результатов расчета с экспериментальными данными, определяющими зависимость концентрации удаляемого осадка со дна емкости от технологических параметров извлечения и геометрических размеров извлекающего устройства.

1 – сосуд; 2 – понтон; 3 – погружная трубка; 4 – осадок; 5 – гибкий шланг;

6 – трос; 7 – электродвигатель; 8 – рама; 9 - направляющие

Рисунок 3 – Схема экспериментальной установки исследования

процесса извлечения донного осадка

Экспериментальное определение оптимальных параметров осуществлялось на специально разработанной и изготовленной установке исследования процесса извлечения донного осадка, схема которой представлена на рисунке 3. Установка состоит из сосуда прямоугольного сечения (1) и передвижного понтона (2), закрепленного на раме (8) с погружной трубкой (3). Принцип действия установки заключается в постепенном перемещении понтона (2) вдоль сосуда (1) с помощью электродвигаи троса (6) и постепенном извлечении через погружную трубку (3) донного осадка (4), откачиваемого далее по гибкому шлангу 5.

Для проведения исследований на данной установке расчетным путем с помощью метода анализа размерностей (Пи-теорема) была подобрана модельная среда, подобная среде «вода - ил», при содержании в сточной воде только взвешенных веществ.

Для того чтобы подобрать модель жидкости, подобной модели среды «вода – ил», необходимо учесть следующие параметры:

- диаметр трубки, dтр;

- кинематическую вязкость среды в реальном трубопроводе, ν1;

- кинематическую вязкость среды в моделируемой трубе, ν2;

- скорость среды в реальном трубопроводе, ω1;

- скорость среды в моделируемой трубе, ω2.

Формулы размерностей данных величин сведены в таблицу 1.

Таблица 1 – Формулы размерностей величин

Величины

Обозначение

Формула размерности

Критерий подобия

Обозначение критериев

Скорость

ω

L·Т-1

Но

Коэффициент кинематической вязкости

ν

L2·Т-1

Re

Число всех величин, по которым необходимо подобрать модельную среду, N = 5; их размерности выражены через две основные единицы – L, Т; n = 2. Тогда число критериев подобия определим из уравнения

r = N – n. (1)

r = 5 – 2 = 3.

Из них число параметрических критериев (П) равно двум, по числу пар одноименных величин

П1 = ; П2 = (2)

и один критерий подобия

Re = , (3)

где - характерная скорость в сечении;

L – внутренний диаметр трубки;

- кинематическая вязкость.

Уравнение (3) приводит к соотношению для коэффициентов подобия:

= 1 (4)

и для скоростей в реальном трубопроводе и в моделируемой трубе:

= . (5)

Условием пропорциональности сил инерции и сил тяжести является одинаковое значение числа Фруда Fr

Fr = , (6)

где g – ускорение свободного падения.

Так как ускорение свободного падения g в реальном трубопроводе и в моделируемой трубе практически всегда одинаково (масштаб ускорений kg = 1), уравнение (6) приводит к соотношению для коэффициентов подобия

= 1, (7)

и для скоростей в реальном трубопроводе и в моделируемой трубе

= . (8)

Подобие потоков в реальном трубопроводе и в моделируемой трубе требует одновременно выполнения двух условий (3) и (6) для чисел Re и Fr или условий (4) и (7) для коэффициентов подобия. Последнее возможно только тогда, когда масштабы линейных размеров и вязкостей находятся в следующем соотношении:

=

Кинематическая вязкость требуемой модельной среды

ν2 = νмод. треб = . (10)

В трубе, размеры которой меньше по сравнению с реальным объектом, должна применяться менее вязкая жидкость

= . (11)

Динамическая вязкость и плотность сточных вод, содержащих только взвешенные твердые частицы, равна

, (12)

, (13)

где 0 – динамическая вязкость чистой воды, Па·с;

С0 – объемная концентрация взвешенных частиц, кг/м3;

и тв – плотность соответственно чистой воды и твердых частиц, кг/м3;

- объемная доля жидкой фазы.

Объемная доля жидкой фазы определяется по формуле

, (14)

где Vж и Vтв – объем жидкой и твердой фаз в сточной воде, м3.

В результате подбора модельной среды при плотности сточной воды, содержащей только взвешенные вещества ρст = 1448 кг/м3, концентрации взвешенных веществ С = 450 кг/м3 и кинематической вязкости сточной воды νст = 131·10-7 м2/с установлено, что можно применить среду «вода - мел», при концентрации мела С= 6 кг/м3, температуре воды 30 ºС и кинематической вязкости модельной среды νмод. = 130·10-7 м2/с.

В целях минимизации количества экспериментов по оптимизации технологического режима процесса извлечения суспензии со дна емкости и конструктивных параметров установки был спланирован полный факторный эксперимент.

Была сформулирована задача оптимизации: достижение максимальной концентрации извлеченного осадка (y); также были определены факторы, характеризующие процесс: расстояние от дна емкости до всасывающего патрубка x1, высота слоя осадка x2, скорость извлечения осадка x3, скорость передвижения понтона x4.

В третьей главе представлены результаты проведенных исследований.

Факторы, определяющие процесс, уровни и интервалы варьирования, сведены в таблицу 2.

Число опытов для полного факторного эксперимента определяется по формуле

N = рk, (15)

где р – число уровней, р = 2; k – число факторов.

Таблица 2 – Уровни факторов и интервалов варьирования

Факторы

Уровни

Размерность

-1

0

+1

x1

0,001

0,0305

0,06

м

x2

0,005

0,0325

0,06

м

x3

0,012

0,013

0,014

м/с

x4

0,077

0,1035

0,13

м/с

Матрица планирования и результаты экспериментов сведены в таблицу 3. Число экспериментов, рассчитанное по формуле (15), составило N = 24 = 16.

Таблица 3 – Матрица планирования и результаты опытов

Номер опыта

х1

х2

х3

х4

y1, кг/м3

y2, кг/м3

y3,

кг/м3

, кг/м3

1

-

-

-

+

200

500

250

316

2

+

-

-

-

0

0

0

0

3

-

+

-

-

384

400

500

428

4

-

-

+

-

37

38

115

63

5

+

+

+

+

294

200

250

248

6

-

-

-

-

166

222

125

171

7

+

-

+

+

6

77

111

64

8

+

+

-

+

130

142

111

128

9

+

+

+

-

263

308

200

257

10

-

+

+

+

0

0

0

0

11

+

+

-

-

90

454

333

292

12

+

-

-

+

0

0

0

0

13

-

+

+

-

0

0

0

0

14

-

-

+

+

6

34

97

25

15

+

-

+

-

66

34

97

66

16

-

+

-

+

333

500

333

389

Для движения к точке оптимума на основе планирования эксперимента была составлена математическая модель, связывающая максимальную концентрацию извлекаемого осадка с факторами, влияющими на эксперимент. В результате подстановки численных величин данных факторов получены следующие зависимости концентрации осадка от факторов, влияющих на эксперимент: влияние расстояния от дна емкости до трубки x1 (16); влияние высоты слоя осадка x2 (17); влияние скорости извлечения осадка x3 (18); влияние скорости передвижения понтона x4 (19).

у =-18,45·х1+153,76, (16)

y = 63,3·х2+151,14, (17)

y = -60,55·х3+153,98, (18)

y = -7,2·х4+153,9. (19)

В результате экспериментов было установлено, что оптимальным сочетанием четырех факторов является максимальное значение концентрации извлеченного осадка (у3) 428 кг/м3, а факторы, влияющие на концентрацию, имеют следующие значения: расстояние от дна емкости до всасывающего патрубка х1 = 0,001м; высота слоя осадка х2 = 0,06 м; скорость извлечения осадка х3 = 0,012 м/с; скорость передвижения понтона х4 = 0,077 м/с.

С целью верификации расчетов, полученных расчетным и экспериментальным путем, были проведены расчеты концентрации суспензии в воде в процессе работы установки в программном комплексе Flow Vision. Для этого выполнялось моделирование движения среды ил - вода в трубе, которая погружена в бассейн с илом. Движение суспензии как в трубе, так и в окрестности трубы можно отнести к турбулентному несжимаемому течению, при этом имеют место изменения плотности (концентрации) среды в окрестности трубы, обусловленные постепенным удалением ила вокруг трубы. Турбулентное течение несжимаемой жидкости в таких моделях описывается уравнениями Навье – Стокса.

Поскольку одной из задач расчета было установление режимов движения жидкости и трубки, не приводящих к взмучиванию суспензии, режим течения должен быть ламинарным. При этом возникает задача смоделировать данный процесс для адекватности решения таким образом, чтобы одновременно использовался ряд моделей. Модель свободной поверхности жидкости использовалась в связи с тем, что присутствует граница раздела «вода-воздух»; модель несжимаемой жидкости – так как часть трубы находится внутри жидкой среды; модель частиц – поскольку выкачивается ил с водой. Причем поток, выходящий из трубы, отводится вне объема занимаемой жидкостью в бассейне, т. е. он не должен смешиваться с первоначальным объемом несжимаемой жидкости и фильтром подвижного тела.

В данном примере заданы основные параметры расчетной области: бассейн 380×200×310 мм, труба имеет диаметр d=8 мм и длину L=150 мм. Определены следующие граничные условия: на стенках бака (sim), (st) и (tr) соответственно – граничные условия симметрии и стенки; на выходе из трубы (out) – граничное условие свободного выхода; на входе в трубу (in) – граничное условие входа с нормальной скоростью 0,5 м/c и концентрацией второго вещества, равном 0. Расчетная сетка состоит из 67500 расчетных ячеек. При задании глобальных параметров размер области в направлении течения равен 0,15 метрам, скорость - 0,5 м/с, пролетное время - 0,3 секундам, а шаг принят равным 0,03 секундам.

На рисунке 4 представлен фрагмент расчета процесса извлечения модельной суспензии со дна емкости при стационарно установленной трубке.

Рисунок 4 – Фрагмент расчета режима всасывания суспензии в трубку

со дна емкости, используя ПК Flow Vision

Результаты расчетов в сравнении с экспериментальными данными представлены на рисунках 5, 6, 7, 8.

Рисунок 5 - Зависимость концентрации извлеченного осадка

от расстояния между дном емкости и трубкой

Рисунок 6 - Зависимость концентрации извлеченного осадка

от высоты его слоя

Рисунок 7 - Зависимость концентрации извлеченного осадка

от скорости его извлечения

Рисунок 8 - Зависимость концентрации извлеченного осадка

от скорости передвижения понтона

Вышеприведенные результаты показали достаточную сходимость расчетных и экспериментальных данных, расхождение которых не превысило 3 %. В связи с чем все последующие определения оптимальных параметров были выполнены в ПК Flow Vision.

Для получения оптимальных параметров ширины полосы извлечения отработанного активного ила со дна пруда-отстойника от расстояния всасывающего патрубка (при диаметре 0,17 м) до дна путем моделирования в программном комплексе Flow Vision получена параболическая зависимость y = - 0,0305x2 + 13,397x + 68,485 (R2 = 0,9903).

Рисунок 9 – Зависимость ширины полосы извлечения осадка от расстояния всасывающего патрубка до дна пруда-отстойника

Из графика (рисунок 9) видно, что при увеличении расстояния всасывающего патрубка до дна наблюдается рост ширины полосы извлечения осадка до 1500 мм при экстремальном расстоянии всасывающего патрубка до дна 220 мм, после чего ширина полосы извлечения осадка уменьшается. Этот расчет позволяет определять оптимальный шаг передвижения платформ устройства забора и транспортировки донного ила при проведении очистных работ в прудах-отстойниках очистных сооружений.

В четвертой главе для получения оптимальных эксплуатационных параметров устройства забора и транспортировки донного ила со дна пруда-отстойника путем моделирования в программном комплексе Flow Vision описан алгоритм расчета, который сводится к определению пяти параметров: расстояния от дна емкости до всасывающего патрубка x1, высоты слоя осадка x2, скорости извлечения осадка x3, скорости передвижения понтона x4, ширины полосы извлеченного осадка.

На примере изготовленного устройства забора и транспортировки донного ила ниже представлены результаты вычислений основных параметров:

расход извлекаемого осадка, м3/час – 6;

внутренний диаметр всасывающего патрубка, м – 0,17;

скорость извлечения осадка, м/с – 0,076;

высота слоя осадка, м – 0,4;

расстояние от дна до всасывающего патрубка, м – 0,22;

скорость передвижения понтона, м/с – 0,0027;

ширина полосы извлечения осадка, м – 1,5;

концентрация извлекаемого осадка, кг/м3 – 700.

ОБЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1 Разработанное оборудование позволяет осуществлять бесперебойную очистку прудов-отстойников очистных сооружений нефтеперерабатывающих предприятий от накопившегося ила и тем самым свести к минимуму попадание загрязнений из системы оборотного водоснабжения в теплообменное оборудование.

2 Разработана и изготовлена экспериментальная установка исследования процесса извлечения донного ила, позволяющая регулировать расстояние всасывающего патрубка до дна емкости, высоту слоя осадка, скорость извлечения осадка, скорость передвижения трубки с понтоном и определять концентрацию извлеченного осадка.

3 Для проведения исследований по оптимизации эксплуатационных параметров процесса извлечения осадка со дна емкости подобрана с использованием метода анализа размерностей («p - теорема») модельная среда «вода - мел», при концентрации мела С = 6 кг/м3, температуре воды 30 ºС и кинематической вязкости модельной среды νмод. = 130·10-7 м2/с.

4 Спланирован полный факторный эксперимент по минимизации числа опытов и получено уравнение, решение которого показало, что при оптимальном сочетании исследуемых факторов максимальное значение концентрации извлеченного осадка (у3) составило 428 кг/м3, а факторы, влияющие на концентрацию, имеют следующие значения: расстояние от дна емкости до всасывающего патрубка х1 =0,001м; высота слоя осадка х2=0,06 м; скорость извлечения осадка х3 = 0,012 м/с; скорость передвижения понтона х4 = 0,077 м/с.

5 Проведенные расчеты с применением математического моделирования гидродинамических процессов (ПК Flow Vision) позволили получить зависимости концентрации смеси от параметров извлекающего устройства, показавшие достаточную сходимость с экспериментальными данными, расхождение которых составило не более 3 %, что позволяет данный способ использовать при оптимизации параметров процесса извлечения донного ила из пруда-отстойника очистного сооружения.

6 По результатам расчетов, полученных путем моделирования в ПК Flow Vision, установлено, что при извлечении ила со дна пруда-отстойника очистного сооружения ширина полосы извлечения осадка изменяется от расстояния всасывающего патрубка до дна по параболическому закону, при этом для высоты слоя осадка 0,4 м, диаметра всасывающего патрубка 0,17 м и расходе извлекаемой смеси 6 м3/час максимальное значение концентрации достигается при расстоянии всасывающего патрубка до дна, равном 0,22 м.

7 Результаты, полученные в работе, используются в учебном процессе Уфимского государственного нефтяного технического университета при выполнении лабораторных занятий по гидромеханическим процессам дисциплины «Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии» специальности 130603 «Оборудование нефтегазопереработки» направления 150400 «Технологические машины и оборудование» на кафедре МАХП УГНТУ.

8 На предложенное устройство забора и транспортировки донного ила получен патент на изобретение 2279509 РФ, бюл. №19 от 01.01.2001.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих научных трудах:

1 Гоглачев и обезвоживание отработанного активного ила очистных прудов-отстойников / , , // Севергеоэкотех-2004: материалы 5-й международной молодежной научной конференции. – Ухта: УГТУ, 2005.- Ч. Iс.

2 Наумкин процесса извлечения и обезвоживания отработанного активного ила / , , // Проблемы строительного комплекса России: материалы IX Международной научно-технической конференции. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 200с.

3 Гатин отработанного активного ила очистных прудов-отстойников / , , // Материалы 55-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2005. – С.329.

4 Наумкин прудов-отстойников от отработанного активного ила и подготовка его к утилизации / , , // Интенсификация тепло-массообменных процессов, промышленная безопасность и экология: материалы Всероссийской студенческой научно-технической конференции. – Казань, 2005. – 280 с.

5 Гатин качества очистки воды в прудах-отстойниках очистных сооружений НПЗ / , , // Материалы 56-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2005. – С.329.

6 Ямаева качества подготовки воды оборотного водоснабжения для снижения загрязнений оборудования / , , // Уралэкология. Природные ресурсы: материалы Всероссийской научно-практической конференции – 2005. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2005. – С. 29.

7 Ямаева степени загрязнения оборудования путем улучшения качества подготовки воды оборотного водоснабжения / , , С. Н Гоглачев // Проблемы строительного комплекса России: материалы X Международной научно-технической конференции. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2006. – Т.1. – 263 с.

8 Пат. 2279509 Российская Федерация, МКИ Е02 F 3/88. Устройство забора и транспортировки донного ила / , , . – № ; опубл. 10.07.06, Бюл. №19.

9 Гоглачев оборудования очистки воды системы оборотного водоснабжения / , , // Мировое сообщество: проблемы и пути решения: сб. научных статей.– Уфа: Изд-во УГНТУ, 2007. – № 21. – С. 25-32.

10 Снижение загрязнений оборудования путем улучшения качества подготовки воды оборотного водоснабжения / , , ; Уфимск. гос. нефт. техн. ун-т. – Уфа, 2007. – 12 с. – Библиогр.: 3 назв.- Деп. в ВИНИТИ 09.08.07, 2007.

11 Гоглачев качества очистки воды системы оборотного водоснабжения НПЗ / , // Нефтегазовое дело. – 2007. – Т.5, №2. – С.141-146.

12 Гоглачев прудов-отстойников от донного ила без остановки процесса отстаивания / , // Экология и промышленность России. – 2009. – №2. – С.13-15.

13 Гоглачев для извлечения осадка со дна прудов-отстойников очистных сооружений / , // Справочник. Инженерный журнал. – 2009. – №3. – С.56-60.