На правах рукописи

ГОГЛАЧЕВ СЕРГЕЙ НИКОЛАЕВИЧ

КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВА

ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРУДОВ-ОТСТОЙНИКОВ НПЗ

Специальность 05.02.13. - Машины, агрегаты и процессы

(машиностроение в нефтеперерабатывающей промышленности)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа-2008

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

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

Наумкин Евгений Анатольевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кузнецов Владимир Александрович;

кандидат технических наук

Туманова Елена Юрьевна.

Ведущая организация: ГУП Институт нефтехимпереработки РБ.

Защита состоится л23 декабря 2008 года в 15-30 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

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

Автореферат разослан л22 ноября 2008 года.

Ученый секретарь совета Лягов А.В.

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.

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 устройство, 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 теплообменное оборудование, использующее воду системы оборотного водоснабжения, и рассчитать для разработанного устройства основные эксплуатационные 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 (л-теорема).

4 Получение зависимости концентрации осадка от эксплуатационных 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 Flow Fision, и разработка алгоритма получения оптимальных эксплуатационных 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 эксплуатационных параметров извлекающего устройства путем проведения полномасштабного моделирования процесса извлечения по критериям Рейнольдса, Фруда и гомохронности, которое удовлетворяет условиям Пи-теоремы.

2 Разработана модель процесса извлечения осадка со дна емкости в ПК Flow Fision и получены зависимости его концентрации при условии исключения взмучивания от эксплуатационных параметров извлекающего устройства, результаты которых отличаются от экспериментальных не более чем на 7%.

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

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ

Результаты, полученные в процессе работы, 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 одиннадцать работ, в том числе 1 статья помещена в издании, включенном 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 прудыЦотстойники. Исследованиями работы отстойников в XX в. занимались многие ученые: А.И.Жуков, И.В.Скирдов, С.М.Шифрин, Ю.В.Вейцер, З.А.Колобова, В.А.Барабаш, Н.М.Попова, А.А.Карпинский, Т.А.Кирюха, М.Лева, И.Н.Качан, Д.М.Минц, С.А.Шуберт, Б.В.Кизевальтер, С.Ф.Ричардсон, В.Н.Заки, А.М.Гаспарян, Н.С.Искарян, А.А.Денисов, П.С.Белов. 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. Известна озерная установка для разработки илистых грунтов, включающая: 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 (патент 1797640 РФ). Недостатком известного устройства является необходимость контроля уровня ила в шахте для обеспечения работоспособности погружного моноблочного электронасоса, а также большая металлоемкость конструкции.

Известен также землесосный снаряд, включающий: плавучий корпус, сочлененный из двух понтонов; установленные на одном из них грунтовый насос с всасывающим и напорным патрубками и насос гидроразмыва; всасывающую трубу с наконечником; аппарат напорного хода и механизм рабочих перемещений с приводом (патент 2013497 РФ). Недостатком этого устройства является сильное взмучивание ила при использовании аппарата напорного хода, необходимость использования двух насосов, необходимость 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 № 2183705. 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 2-4 человека для перемещения устройства на следующую фундаментную плиту и 1-2 часа 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 прудовЦотстойников 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 прикреплена система 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 7 к приемному резервуару (на рисунке не показан); механизм рабочих перемещений, состоящий из кольцевого троса 8, прикрепленного к плавучему корпусу и снабженного кольцевыми автоматическими переключателями 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 двигатель 12 с редуктором 13 (привод для перемещения кольцевого троса); направляющий ролик 14 для перемещения кольцевого троса 8, установленный на валу редуктора 13; ролик 15 натяжения кольцевого троса 8, установленный на стойке 16. На левой платформе размещен направляющий ролик 17 для передвижения кольцевого троса 8, 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 26, 27 и 28, 29, редуктора 30 и 31 и цепной передачи 32 и 33, синхронно приводящих в движение эти платформы 10 и 11.

Устройство работает следующим образом.