Разработка мероприятий по переработке нефтешламов и очистки сточных вод предприятия

Содержание

Введение

1. Объект защиты окружающей среды при деятельности НГДУ "Чекмагушнефть"

2. Методы утилизации и переработки нефтешламов

2.1 Анализ методов переработки отходов применяемых на нефтедобывающих предприятиях

2.1.1 Химические методы

2.1.2 Биологические методы

2.1.3 Термические методы

2.1.4 Физические методы

2.1.5 Физико-химические методы

2.1.6 Химическая переработка нефтешламов

2.1.7 Обоснование выбора метода переработки нефтешламов

2.2 Принципиальная схема технологического процесса переработки жидкого нефтешлама

2.2.1 Расчет предлагаемых и внедряемых аппаратов для переработки нефтешлама

2.2.2 Метод утилизации шлама

3. Анализ методов очистки сточных вод, применяемых на нефтедобывающих предприятиях

3.1 Аппараты и сооружения механической очистки.

3.1.1 Физико-химические методы очистки нефтесодержащих сточных вод

3.1.2 Химические методы очистки нефтесодержащих сточных вод

3.2 Обоснование выбора метода очистки сточных вод

3.2.1 Расчет образования ливневых сток с площадки производства

3.3 Проектирование системы защиты гидросферы

3.3.1 Принципиальная схема очистки сточных вод НГДУ "Чекмагушнефть"

3.3.2 Расчет предлагаемых и внедряемых аппаратов для очистки сточных вод

4. Оценивание экоэффективности разработанной системы защиты окружающей среды

4.1 Расчет платы за размещение отходов

4.2 Расчет экономических результатов реализации мероприятия

4.3 Эффективность очистки сточных вод

Вывод

Список используемой литературы

Введение

Все стадии нефтепользования, начиная с разведки и добычи нефти и заканчивая использованием нефтепродуктов, приводят к сильному загрязнению окружающей среды. При этом самую большую концентрацию загрязнителя получает человек, т.к находится на последнем трофическом уровне экологической пирамиды биомасс и потребляет вещество и энергию со всех других уровней. То есть, человек, оказывая антропогенное давление на окружающую среду, сам оказывается обладателем самого высокого уровня загрязнения и сталкивается с законом "бумеранга"; так часто и совершенно справедливо называют закон распределения загрязнителей в зоне жизни.

Существенные загрязнения окружающей среды происходят от разливов нефти, сброса сточных вод, сжигания или захоронения нефтяных отходов. Нефтешламы нефтеперерабатывающих и нефтедобывающих предприятий, образующихся в процессе добычи, переработки нефти и очистки сточных вод, представляют собой смесь осадков и эмульсий, задержанных на очистных сооружениях, которые собираются и накапливаются в прудах - шламонакопителях и при хранении разделяются на три слоя: верхний - трудноразделимая эмульсия, средний - загрязненная вода, донный - собственно осадок с большим содержанием механических примесей [11].

Разлив нефти и накопление шламов приводят к нарушению почвенно - растительного покрова, размыву почвы (эрозия), опустыниванию (образование песчаных дюн) и, как следствие, к уменьшению земельного фонда и упрощению, а также снижению численности экосистем. Нефтешлам является крупнотоннажным отходом производства, и разработка экологически чистой технологии ликвидации нефтешламов является очень актуальной проблемой [7].

Экономические аспекты. Потребность экономики страны в увеличении добычи нефти и в то же время возрастающие требования к чистоте окружающей среды выдвигают целый комплекс задач в области рационального использования этого природного ресурса и охраны окружающей среды от загрязнения. Современное положение таково, что разработка экономических методов охраны окружающей среды может стать одним из важных направлений рационализации использования природных ресурсов.

Нефтешлам из-за значительного содержания в нем нефтепродуктов можно отнести к вторичным материальным ресурсам. Использование его в качестве сырья является одним из рациональных способов его утилизации, так как при этом достигается определенный экологический и экономический эффект. Одна из областей применения нефтешлама - дорожное строительство, где он используется как добавка к связующим, повышающая качество асфальтобетонной смеси за счет повышения прочности, снижения водопоглощения и уменьшения стоимости дорожного покрытия. Другой областью по объему использования нефтешлама в качестве сырья является изготовление строительных материалов. Так, предлагается применять нефтешлам для производства гидроизоляционного материала. Также нефтешлам можно использовать в качестве компонента котельного топлива и товарной нефти [9].

Экологические аспекты. Производственная деятельность нефтеперерабатывающих и нефтегазодобывающих предприятий неизбежно оказывает техногенное воздействие на объекты природной среды, поэтому вопросы охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов имеют важное значение. Одним из наиболее опасных загрязнителей практически всех компонентов природной среды - поверхностных и подземных вод, почвенно-растительного покрова, атмосферного воздуха является нефтесодержащие отходы - нефтяные шламы.

За десятилетияэксплуатациина территории современных нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих заводов накопилось значительное количество нефтеотходов в виде нефтешлама. В связи сростом производства количество вновь образующихся отходов растет. Ежегодно их накопление в соответствии с технологическими нормами может составлять до 0,1% объема перерабатываемой нефти. Это в свою очередь приводит к росту занимаемых ими площадей, дополнительными капиталовложениями, обостряет экологическую обстановку.

Этические аспекты. Любое действие, которое способно нанести вред природе, опосредствованно наносит вред всем другим природопользователям. В этом случае этический аспект - согласование своих личных интересов с интересами других людей - становится особенно важно.

Сегодня, когда человечество стало на грани глобального экологического кризиса, приоритетной становится именно "глобальная нравственность", так как использование ресурсов конкретными участниками мирового сообщества и целыми государствами не должно лишать возможности нормально жить поколениям наших потомков. Именно повышения уровня "коллективной нравственности" должно обеспечить построения того же стиля жизни мирового сообщества.

В современном мире возрастает роль воспитания нравственного отношения к природе на всех уровнях социальной иерархии - в семье, школе, трудовом коллективе, селе или городе, республике. Успех этого воспитания во многом зависит от системы экологического образования. Образование всегда отражает социальный заказ и обеспечивает тех знаний, которые полезны для жизни в тех или иных конкретных исторических и географических условий.

Социальные аспекты. Развитие и рост промышленности - поставило перед человечеством глобальные социально-экологические проблемы, связанные с промышленной безопасностью, защитой окружающей среды и, в первую очередь, самого человека как субъекта экосистемы, взаимодействующего с природой.

Повышение эффективности мер по охране окружающей среды связано, прежде всего, с широким внедрением ресурсосберегающих, малоотходных технологических процессов, уменьшением загрязнения воздушной среды и водоемов.

Переработка промышленных отходов в готовую продукцию решает задачи не только сокращения потребления природных ресурсов, но и охраны окружающей среды.

Цель дипломной работы: Разработка мероприятий по переработке нефтешламов и очистки сточных вод предприятия (на примере ООО НГДУ "Чекмагушнефть").

Для осуществления целей были поставлены следующие задачи:

проанализировать состояние окружающей среды исследуемого объекта, определить объемы и характеристики загрязняющих веществ образующиеся на предприятии;

проанализировать воздействие предприятия на окружающую среду, с целью определения объекта защиты;

исследовать основные способы переработки отходов и очистки сточных вод;

произвести расчет внедряемых аппаратов;

рассчитать материальный баланс разработанной системы защиты окружающей среды.

1. Объект защиты окружающей среды при деятельности НГДУ "Чекмагушнефть"

Чекмагушевское управление добычи нефти и газа филиала "Башнефть-Уфа" ОАО "АНК "Башнефть" имеет в качестве основной задачи своей деятельности - добычу и сбор, хранение и подготовку, транспортировку и переработку нефти и попутного газа.

Добыча нефти ведется механизированным способом с поддержанием пластового давления посредством нагнетания воды в продуктивные горизонты. Все добывающие скважины подключены выкидными трубопроводами к автоматизированным групповым замерным установкам АГЗУ и через них со сборными трубопроводами.

Рисунок 1.1 - Расположение Чекмагушнефть НГДУ на карте РБ

В состав предприятия входят следующие цеха и участки, являющиеся источником выбросов загрязняющих веществ:

1. Добывающие скважины,

2. Автоматические групповые замерные установки (АГЗУ),

3. Оборудование ТВО-20,4. Оборудование БКНС-20, БКНС-26,5. Вспомогательное производство:

передвижной сварочный пост,

покрасочные работы,

автотранспорт,

лаборатория,

производственная база.

Схема материальных потоков воздействия "Чекмагушнефть" на окружающую среду представлена на рисунке 1.2.

Рисунок - 1.2 Схема материальных потоков предприятия "Чекмагушнефть"

Из схемы материальных потоков (рис.1.1) видно, что деятельность "Чекмагушнефть" оказывает негативное воздействие на все виды объектов биосферы: литосферу, гидросферу, атмосферу.

В процессе добычи нефти, при промысловой эксплуатации месторождений, при очистке технологического оборудования, сточных вод и подготовке нефти происходит образование нефтесодержащих отходов, не нашедших рентабельной технологии их использования или переработки. Эти отходы носят общее название "нефтешламы". Они являются одними из наиболее опасных загрязнителей практически всех компонентов природной среды - поверхностных и подземных вод, почвенно-растительного покрова, атмосферного воздуха. На предприятиях АНК "Башнефть" накоплено около 180 тыс м3 нефтешламов и ежегодно образуется около 6,5 тыс. м3 с тенденцией увеличения на 10% в год. (рисунок 1.3). Образующиеся нефтешламы собираются в амбарах.

Рисунок - 1.3 Объем накопления нефтешламов предприятия "Чекмагушнефть"

По происхождению нефтешламы подразделяются на группы, различающиеся по физико-химическим свойствам (таблица 1.1):

сбросы при зачистке нефтяных резервуаров;

сбросы при испытании скважин, КРС, ПРС;

аварийные разливы при добыче и транспортировке нефти;

амбарные деградированные нефти;

нефтешламы транспортного цеха.

К наиболее опасным загрязнителям относят нефтешламы, которые образуются на всех этапах добычи, транспортировки и переработки нефти. Количество нефтешламов постоянно растет: на 1 тыс. т. сырой нефти образуется 1 - 5 т. нефтешламов.

Нефтешламы образуются и при бурении скважин. Как правило, это вызвано сильным загрязнением почвы и воды выбуренной горной породой, сточными водами и отработанными буровыми растворами, содержащими углеводороды, тяжелые металлы, полимеры.

Нефтяные шламы нефтегазодобывающих предприятий и магистрального транспорта формируются в результате сброса в специальные амбары стойких эмульсий, отходов, образующихся в процессе подготовки нефти, продуктов зачистки резервуаров и трубопроводов. Значительная часть отходов улавливается из канализационных линий, с площадок обслуживания оборудования, насосов, а также с мест аварий. На нефтеперерабатывающих предприятиях нефтешламы образуются в процессе переработки нефти и очистки сточных вод и представляют собой смесь осадков и эмульсий, задержанных на очистных сооружениях [12].

Таблица 1.1 - Физико-химические свойства и состав плавающих нефтешламов

Атмосфера подвергается негативному воздействию при выделении вредных веществ в процессе эксплуатации технологического оборудования при сборе, подготовке и транспортировки нефти происходит вследствие утечек и испарения в уплотнениях и соединениях технологических аппаратов и агрегатов, трубопроводов, запорно-регулирующей арматуры, при стабилизации давления в резервуарах товарно-сырьевых парков и выполнении слива - налива, при хранении и переработки нефти.

В НГДУ применяется герметичная система сброса и транспортировки нефти. Выделения вредных веществ происходит из-за износа сальниковых и торцевых уплотнений, недостатков фланцевых соединений.

Загрязнение атмосферы происходит также через дымовые трубы при сжигании топлива и технологических печах, в котельных.

На рисунке 1.4 представлена диаграмма, отображающая данные о выбросе загрязняющих веществ в атмосферу. Основными веществами загрязняющие атмосферу, являются метан, оксид углерода, оксид азота, углеводороды предельные С1-С5.

Рисунок - 1.4 Загрязняющие вещества, выбрасываемые в атмосферу НГДУ "Чекмагушнефть".

Загрязнение гидросферы происходит в результате неочищенные или недостаточно очищенные производственные и бытовые сточные воды, поверхностный сток площадки, осадки, выпадающие на поверхность водных объектов и содержащих пыль загрязняющие вещества.

Схема входных и выходных материальных потоков воздействия нефтедобывающего предприятия на гидросферу представлена на рисунке 1.5.

Рисунок - 1.5. Схема материальных потоков воздействия нефтедобывающего предприятия на гидросферу

Сточные воды предприятия образуются в результате деятельности основного вспомогательного. Вода поступает на промышленные нужды (очистке технологического оборудования, охлаждения подшипников и др.), хозяйственно-бытовые (цеха водоснабжения и канализации и др.). Отработанная вода отстаивается в отстойнике и заливается в поглощающую скважину.

2. Методы утилизации и переработки нефтешламов

При длительном хранении ловушечные (резервуарные) и амбарные нефтешламы со временем разделяются на несколько слоев с характерными для каждого из них свойствами:

верхний слой - трудноразделимая эмульсия нефтепродуктов с водой и механическими примесями, с глубиной слоя количество нефтепродуктов и примесей снижается,

средний слой - осветленная вода, загрязненная нефтепродуктами и взвешенными частицами,

нижний слой - донный осадок, состоящий из твердой фазы, пропитанной нефтепродуктами и водой; содержание нефтепродуктов относительно постоянное, количество механических примесей растет с глубиной.

Состав и свойства разных типов нефтешламов резервуарного и амбарного происхождения показывают, что в процессе зачистки и переработки шламов могут быть применены различные технологические приемы в зависимости от их физико-механических характеристик. В большинстве случаев основная часть резервуарных нефтешламов состоит из жидковязких продуктов с высоким содержанием органики и воды и небольшими добавками механических примесей. Такие шламы легко эвакуируются из резервуаров и отстойников в сборные емкости с помощью разнообразных насосов. Гелеобразные системы, как правило, образуются по стенкам емкостей. Естественно, что наиболее легко образуются нефтешламы, когда внутренние покрытия резервуаров не обладают топливо - и коррозионностойкой защитой [1].

Зачастую предприятия вынуждены накапливать и хранить на своей территории нефтешламы из-за недостаточного количества полигонов промышленных отходов, их принимающих, или из-за отсутствия установок по переработке нефтесодержащих отходов, соответственно платя за их хранение. Скапливание нефтеотходов на производственных территориях может привести к интенсивному загрязнению почвы, воздуха и грунтовых вод. Нередко нефтесодержащие отходы уничтожаются на промплощадках путем сжигания без очистки отходящих газов, загрязняющих атмосферу, что является нарушением законодательства по охране атмосферного воздуха и влечет плату за указанные выбросы в 25-кратном размере.

Нефтешлам из-за значительного содержания в нем нефтепродуктов можно отнести к вторичным материальным ресурсам. Использование его в качестве сырья является одним из рациональных способов его утилизации, так как при этом достигается определенный экологический и экономический эффект.

2.1 Анализ методов переработки отходов применяемых на нефтедобывающих предприятиях

Выбор метода переработки и обезвреживания нефтяных шламов, в основном, зависит от количества содержащихся в шламе нефтепродуктов. В качестве основных методов обезвреживания и утилизации нефтеотходов практически используются:

химические методы обезвреживания (затвердение путем диспергирования с гидрофобными реагентами на основе негашеной извести или других материалов);

методы биологической переработки (биоразложение путем внесения нефтесодержащих отходов в пахотный слой земли; биоразложение с применением специальных штаммов бактерий, биогенных добавок и подачи воздуха);

термические методы переработки (сжигание в открытых амбарах; сжигание в печах различного типа и конструкций; обезвоживание или сушка нефтяных шламов с возвратом нефтепродуктов в производство, а сточных вод в оборотную циркуляцию и последующим захоронением твердых остатков; пиролиз; газификация);

физические методы переработки (гравитационное отстаивание; разделение в центробежном поле; фильтрование; экстракция);

физико-химические методы переработки (разделение нефтяного шлама с применением специально подобранных ПАВ, деэмульгаторов, смачивателей, растворители и др. на составляющие фазы с последующим использованием);

использование нефтешлама как сырье (компоненты других отраслей народного хозяйства) [12].

Все методы очистки имеют достоинства и недостатки которые приведены в таблице 2.1

Таблица 2.1 - Характеристики основных методов утилизации и переработки нефтесодержащих отходов [12].

2.1.1 Химические методы

Одним из перспективных методов утилизации нефтесодержащих отходов является химический метод, предполагающий капсулирование и нейтрализацию реагентом на основе оксидов щелочно-земельных металлов (Эконафт, Ризол, Бизол и т.д.). Сущность метода химического капсулирования заключается в химико-механическом преобразовании нефтесодержащих отходов в порошкообразный нейтральный для внешней среды материал, каждая частица которого покрыта гидрофобной, водонепроницаемой оболочкой. Содержащиеся в капсуле углеводороды не могут загрязнять окружающую среду благодаря высокой прочности и герметичности капсулы. Заполненные жидкими углеводородами микропоры оболочки капсулы способствуют гидрофобизации ее поверхности и многократно снижают смачиваемость частиц, воздействие на них водной среды, в том числе грунтовых вод, кислотных дождей, повышают стойкость к циклическому промерзанию. Возможность перехода содержимого капсулы в водный раствор снижается на несколько порядков. Со временем (в течение 1-3 месяцев) вследствие продолжающейся карбонизации поверхности капсулы прочность оболочки существенно возрастает. Капсулированный материал выдерживает объемное давление до 5,0 МПа без заметного разрушения, многократное циклическое замораживание, воздействие слабокислой среды. Способ основан на свойствах оксида минеральных сорбентов (CaO, MgO и др.) при гашении увеличивать удельную поверхность в 15-30 раз и превращаться в объемное вяжущее вещество с высокой способностью абсорбировать углеводороды нефти. Реакция гашения сопровождается выделением большого количества тепла:

CaO + H2O = Ca (OH) 2 + 1164 кДж/кг СаО

Существуют следующие способы применения данной технологии:

в специализированной установке; целесообразен для утилизации больших объемов нефтесодержащих отходов на объектах добычи нефти с системами электроснабжения;

использование перемешивающих устройств; актуален для небольших объемов нефтесодержащих отходов, утилизация которых экономически целесообразна на месте образования;

в земляных амбарах; наиболее удобен для утилизации пастообразных закоксовавшихся нефтепродуктов на месте "старых" порывов промысловых нефтепроводов [12].

В целом технология реагентной нейтрализации нефтесодержащих отходов может использоваться для решения следующих задач:

нейтрализации отходов производства, загрязненных жидкими углеводородами, в технологическом процессе и по окончании работ, в том числе при строительстве скважин, добыче, транспорте, хранении и распределении углеводородных материалов;

санации почв и грунтов производственных площадок с разливами углеводородных материалов (масел, топлива и т.п.) при любых видах производства, в том числе на автотранспортных предприятиях, на трансформаторных подстанциях, на нефтебазах, железной дороге;

ликвидации последствий аварийных разливов жидких углеводородов путем переработки загрязненных почв, грунтов, илов;

предотвращения загрязнения окружающей среды и ликвидации накопленного загрязняющего материала (нефтешламов) при переработке углеводородного сырья;

ликвидации промышленных накоплений загрязненных отходов производства [11].

Преимуществом такого метода является высокая эффективность процесса переработки нефтесодержащих отходов в порошкообразный гидрофобный материал, который может быть использован в дорожном строительстве. Однако, данный метод требует применения специального оборудования, значительного количества негашеной извести высокого качества, проведения дополнительных исследований воздействия на окружающую среду образующихся гидрофобных продуктов.

Продукт, образующийся в результате обезвреживания нефтешламов химическим методом, пригоден для использования в строительстве, при прокладке дорог, отсыпке земляных насыпей и может быть реализован сторонним потребителям. По некоторым данным с экономической точки зрения химическое обезвреживание нефтеотходов имеет более низкую стоимость обезвреживания отходов, чем термическое. По условиям эксплуатации технология химического обезвреживания нефтешламов также имеет ряд преимуществ по сравнению с термическим методом, вплоть до возможности организации передвижных участков, не требующих строительства специальных зданий [11].

2.1.2 Биологические методы

Биологический метод обезвреживания является наиболее экологически чистым, но область его применения ограничивается конкретными условиями применения: диапазоном активности биопрепаратов, температурой, кислотностью, толщиной нефтезагрязнения, аэробными условиями. Перспективно использование биотехнологии для обезвреживания нефтешламов, образующихся при очистке емкостей и резервуаров от нефтепродуктов, нефтезагрязненной земли и поверхности воды. В последние годы как за рубежом, так и в РФ разработана серия биопрепаратов для обезвреживания нефтезагрязнителей различного состава [12].

Биологический метод основан на способности микроорганизмов превращать нефть в простые соединения, накапливать органическое вещество и включать его в круговорот углерода. Преимуществами биоочистки являются экологическая безопасность, возможность деградации загрязняющих веществ до безвредных промежуточных продуктов при полностью сохраняющейся структуре почвы и без дополнительного загрязнения окружающей среды.

Биоразложение осуществляется в основном аэробной микрофлорой, использующей для своего развития энергию окисления составных компонентов нефти. Решающее значение в процессе имеют микроорганизмы, осуществляющие внутриклеточное окисление углеводородов. Следовательно, для ускорения биодеградации нефти необходимо создать оптимальные условия углеводородокисляющей микрофлоре, как аборигенной, так и в специально вносимой культуре. Биопрепараты целесообразно применять после завершения физико-химического этапа деградации нефти, обусловленного действием природных факторов. Использование данной технологии ограничивается длительностью процесса и зависимостью от природно-климатических факторов [12].

С целью эффективной переработки и утилизации нефтешламов разработан метод биологического расслоения с утилизацией остатков. В этом методе нефтешлам, осевший на дно резервуара, откачивается не на шламонакопитель, а насосом подается в анаэробный реактор, оборудованный системой подогрева и специальной насадкой для закрепления анаэробной ассоциации микроорганизмов. Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов одновременно с закачкой нефтешлама в анаэробный реактор насосом из емкости подается питательная смесь. После закачки нефтешлама и питательной среды в анаэробном реакторе происходит процесс микробиологического расслоения. При этом вырабатываются продукты жизнедеятельности микроорганизмов - газ, поверхностно - активные вещества, которые способствуют отделению продукта от механических примесей. Нефтепродукты собираются в верхней части реактора, а вода опускается вниз. По мере накопления нефтепродукт из верхней части биореактора самотеком сливается в резервуар, а вода сбрасывается в канализацию. Процесс биологического расслоения в реакторе происходит в течение 10-15 дней. Затем закачивается новая порция нефтешлама.

После сброса воды и слива нефтепродукта обработанный в анаэробном реакторе остаточный нефтешлам с содержанием нефтепродукта в шламе до 2-8% откачивается в биологический стабилизатор для обработки его в аэробных условиях. В стабилизаторе постоянно поддерживается культура аэробных бактерий, которые утилизируют оставшийся нефтепродукт, образуя при этом липиды и другие продукты жизнедеятельности. После завершения процесса стабилизации нефтешлам с содержанием нефтепродукта не более 0,5% насосом подается на площадки для сушки или в жидком виде вывозится автотранспортом на площадки для подсушивания. Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов в стабилизатор подается воздух и питательные добавки азота и фосфора (при необходимости).

Проектная мощность установки биологической утилизации нефтешлама - до 3500 м3/год. Время работы установки - круглосуточно. На установку принимаются отходы в виде нефтешлама, представляющего собой темную вязкую жидкость с запахом нефтепродуктов, который относится к 3 классу опасности. Предложенный метод биологической утилизации нефтешламов позволяет утилизировать нефтеотходы в две стадии переработки без значительных затрат. В результате эффективной переработки нефтеотходы переводятся с 3 класса опасности в 4 без нанесения ущерба окружающей среде. Отходы такого качества можно использовать в дорожном и промышленном строительстве, а выделенные в результате процессов нефтепродукты дополнительно отправляют на нефтепереработку [2].

В России биологическая обработка нефтесодержащих отходов, в основном, используется для ликвидации локальных загрязнений земляных участков нефтепродуктами и широкого промышленного использования не получила. Основными причинами, сдерживающими использование биологического способа обезвреживания нефтесодержащих отходов, являются:

высокая стоимость реагентов;

отвод значительных земельных участков для обустройства полигонов для обезвреживания нефтесодержащих отходов;

ограниченность применения метода теплым временем года;

трудность использования или размещения обработанных отходов из-за наличия высокой концентрации тяжелых металлов;

опасность загрязнения почвы вредными неорганическими соединениями.

2.1.3 Термические методы

Как в зарубежной, так и отечественной практике наибольшее распространение находит метод термического обезвреживания нефтешлама.

Этот метод позволяет обезвреживать следующие виды нефтесодержащих отходов:

образующиеся в результате очистки сточных вод нефтесодержащие осадки и жидкие нефтеотходы из очистных сооружений;

нефтешламы, образующиеся при зачистке резервуаров и технологического оборудования; замазученные грунты;

нефтешламы, представляющие собой сложные многокомпонентные дисперсные системы, образующиеся в результате поршневания продуктопроводов или формирующиеся с течением времени в амбарах;

продукты от продувки пылеуловителей, масляных сепараторов и разделителей, отличающиеся достаточно однородным составом и высоким содержанием углеводородов, а также отработанные компрессорные и индустриальные масла [12].

Для сжигания нефтешламов широко применяются печи различных типов и конструкций: камерные, барботажные, многоподовые, вращающиеся и печи с кипящим слоем. Термический метод позволяет совместно с нефтешламами сжигать загрязненные фильтры, промасленную ветошь, твердые бытовые отходы. Образующиеся при этом вторичные отходы относятся к 4 классу опасности и подлежат вывозу на полигоны захоронения. Объем вторичных отходов по сравнению с первоначальным уменьшается до 10 раз [1].

Одним из перспективных направлений термического обезвреживания твердых нефтесодержащих отходов является использование принципа "кипящего слоя". В печах "кипящего слоя" изменение кинетической энергии транспортирующего газового потока происходит в результате преодоления сопротивления газораспределительной решетки и слоя материала (песок), который переходит из спокойного состояния в состояние "кипения". На печах с "кипящим" слоем легче решаются вопросы контроля загрязнения окружающей среды от вредных веществ, имеющихся в нефтесодержащих отходах.

Рисунок 2.1 - Схема реактора с псевдоожиженным слоем: 1 - воздух для псевдоожижения; 2 - твердый продукт; 3 - слой инертного носителя (песок) в твердой фазе; 4 - граница псевдоожиженного слоя; 5 - корпус; 6 - унос золы; 7 - поток загружаемых отходов; 8 - загрузка отходов; 9 - отходящие газы; 10 - сепаратор; 11 - возврат пыли; 12 - решетка.

Наибольшее распространение при утилизации нефтесодержащих отходов имеют установки для термической обработки с вращающейся барабанной печью. Такие печи требуют высокого качества сборки и монтажа футеровки. При этом не допускаются частые пуск и остановка печи, колебания температурного режима. Они требуют высоких капитальных и эксплуатационных затрат. Возможен выход из строя печи в результате резкой смены температуры при внезапной ее остановке. Принимаемые меры по устранению выявленных конструктивных недостатков вращающихся печей не решают задачу устойчивой, достаточно долговременной и безаварийной их работы. Исследования ВНИИнефтехима показали, что нефтяной шлам перед подачей во вращающуюся барабанную печь на термическое обезвреживание может быть глубоко обезвожен с утилизацией более 90% нефтепродуктов. При оборудовании узлов обезвоживания (гидроциклон, центрифуги) можно увеличить производительность установки в 9 раз [13].

Рисунок 2.2 - Вращающаяся барабанная печь для обезвреживания насыщенных влагой отходов: 1 - барабан; 2 - камера термической обработки; 3 - камера дожигания; 4, 5 - устройства для загрузки отходов.

Основными преимуществами способа сжигания нефтесодержащих отходов в печах различного типа и конструкций являются:

значительное уменьшение количества отходов;

экономически приемлем;

объем образующейся золы в 10 раз меньше исходного продукта;

при использовании в качестве наполнителя до 10% глины возможно получение вместо золы пористого гранулированного строительного материала - керамзита;

высокая эффективность обезвреживания;

возможна утилизация тепла.

В качестве отрицательных факторов использования данного способа являются высокие энергозатраты на дополнительное топливо (газ, нефть); требуется больше капиталовложений в сооружения по очистке и нейтрализации дымовых газов [1].

Еще одним технологическим приемом термической переработки нефтешламов является процесс пиролиза, осуществляемый при 500-550 ˚C, в котором получаются горючие газы и твердый остаток. Данный процесс рекомендуется для переработки твердых нефтешламов, обладающих невысокой влажностью (не более 1-3%). Он наиболее приемлем в экономическом отношении, так как позволяет органическую часть отходов не превращать в токсичные продукты сгорания, а использовать как дополнительное топливо для сжигания отходов. Однако, данный способ требует высоких материальных и энергетических затрат [20].

Рисунок - 2.3 Схема реактора для сухого пиролиза твердых отходов:

1 - кирпичная шахта; 2 - металлическая реторта; 3 - газовые горелки; 4 - узел гашения и удаления твердого остатка.

Одна из разновидностей термического метода - сушка в сушилках различных конструкций. Положительными аспектами данного способа являются сохранение ценных компонентов; уменьшение объема в 2-3 раза; возможность комбинирования с другими природоохранными процессами. К отрицательным моментам можно отнести большие расходы топлива [23].

Рисунок - 2.4 Барабанная сушилка: 1 - горелка; 2 - топка; 3 - загрузочный желоб; 4 - уплотнение на входе; 5 - бандажи; 6 - зубчатый венец; 7 - уплотнение на выходе; 8 - разгрузочное отверстие; 9 - электродвигатель.

Эта сушилка имеет цилиндрический барабан, установленный с небольшим наклоном (1/15 - 1/50) и опирающийся с помощью бандажей на ролики. В отечественной практике используют сушилки диаметром 1 - 3,5 м и длиной 4 - 27 м. Барабан через зубчатый венец приводится во вращение, причем число оборотов барабана обычно не превышает 5 - 8 мин-1. Материал подается в барабан через загрузочный желоб. В этой сушилке газы, образующиеся при работе горелки, и высушиваемый осадок движутся прямотоком, что позволяет избежать перегрева материала. Высушенный осадок удаляется из аппарата через разгрузочное отверстие в виде сыпучего полидисперсного материала. Влажность осадков после обработки в барабанных сушилках составляет 30 - 40%.

2.1.4 Физические методы

Физический метод утилизации характеризуется низкой эффективностью и образованием неутилизируемых остатков. Данный метод можно разделить на следующие разновидности:

гравитационное отстаивание;

разделение в центробежном поле;

разделение фильтрованием;

экстракция.

Гравитационное остаивание. Достоинства - не требует больших капитальных и эксплуатационных затрат; может быть составной частью комбинированного метода. Недостатки - низкая эффективность разделения и длительность процесса; область применения ограничена; большой объем образуемых остатков.

Разделение в центробежном поле. В последние годы в Ярославле и Новокуйбышевске действуют установки фирмы "ALFA-LAVAL" (Швеция) по переработки нефтешламов, на которых путем центрифугирования шлам разделяется на три фазы: углеводородную, водную и механические примеси.

Первая зарубежная установка по переработке нефтешлама методом сепарации фирмы "Альфа-Лаваль" (Голландия) производительностью 15 м3/ч перерабатываемого нефтешлама была смонтирована и пущена в 1987г. на ПО "Ярославнефтеоргсинтез". Установка работает стабильно. На сегодняшний день переработано 68500 м3 нефтешлама и получено 14000 м3 нефтепродукта, при этом среднемесячная производительность составляет 10000 м3 [12].

В течение 1986-1993 годов установка фирмы "Альфа-Лаваль" были закуплены многими нефтеперерабатывающими и нефтедобывающими предприятиями.

Выделенные углеводороды направляют на вторичную переработку, воду - на очистку, механические же примеси, обогащенные углеводородами и содержащие воду, представляют собой новый отход, количество которого значительно меньше по сравнению с количеством первичного нефтешлама, но все еще велико [17].

Экологической программой ОАО "Татнефть" предусмотрена ликвидация всех шламовых амбаров, накопившихся за более чем полувековую историю добычи нефти в регионе. Первая установка по утилизации нефтесодержащих отходов, работающая по принципу разделения в центробежном поле, была разработана и введена в эксплуатацию в 1989 г. Нефтешламы в смеси с подогретой свежей нефтью подаются на трехфазные декандры, на которых за счет центробежной силы происходит разделение на три фазы: нефть, воду и механические примеси. Ввод в эксплуатацию второй установки позволил выполнять работы по утилизации во всем нефтедобывающем регионе [19].

Достоинства - возможность уменьшения количества отходов и повторное использование части отделившейся воды, нефти (нефтепродуктов); может быть составной частью комбинированного физико-химического метода. Недостатки - требуется специальное оборудование (гидроциклоны, сепараторы, центрифуги); проблему до конца не решает из-за неполноты отделения нефтепродуктов от образуемых осадков и сточных вод; область применения ограничена.

Рисунок - 2.5 Декантер.

Достоинства - сравнительно низкие затраты; высокая степень надежности метода; может быть составной частью комбинированного физико-химического метода; более высокое качество целевых продуктов; менее требователен к качеству сырья. Недостатки - необходимость смены и регенерации фильтрующих материалов; введение специальных структурообразующих наполнителей; проблему экологии до конца не решает из-за больших объемов образуемых остатков [12].

Рисунок 2.6 - Схема установки экстракции периодического действия

ЭПД-3 - качающийся экстрактор периодического действия; Т - термопара.

Экстрактор периодического действия ЭПД-3, изображенный на рис.2.6, представляет собой пустотелый аппарат, обогреваемый паром. Снабжен люком для загрузки сырья и растворителя, манометром и вентилем для выгрузки получаемых продуктов. В качестве растворителя использовался прямогонный бензин (НК 28 - 30 °С, КК 62 - 70 °С).

Экстракция. Недостатки - требуется специальное оборудование, растворители; необходимость регенерации экстрагента; неполнота извлечения нефтепродуктов из отходов [12].

2.1.5 Физико-химические методы

Сущность физико-химического метода заключается в применении специально подобранных поверхностно-активных веществ (деэмульгаторов, диспергаторов, смачивателей и т.д.), вспомогательных веществ, влияющих на изменение состояния (размер частиц) и коллоидно - дисперсной структуры взвешенных частиц в нефтяной и водной фазах. Достоинства - возможность интенсификации процесса при сравнительно небольших добавках вводимых веществ, хорошо сочетается с физическим и биологическим методами. Недостаток - высокая стоимость реагентов; требует применения специального дозирующего оборудования; перемешивающих устройств; может служить лишь частью другого метода [12].

Для разделения нефтесодержащих шламов применяют флокулянты - водорастворимые полимерные электролиты, вводимые перед центрифугированием или обработкой на фильтр-прессах. Эти реагенты вызывают десорбцию влаги с поверхности твердых частиц, усиливают коагуляционное взаимодействие между ними, способствуют быстрому и эффективному обезвоживанию шламов. Особенно эффективно их применение для очистки коммунальных стоков. Однако некоторые из флокулянтов практически не влияют на стабильность эмульсии нефти в воде. Положительный эффект зафиксирован при использовании флокулянтов одновременно с деэмульгаторами, традиционно используемыми в системах разделения водонефтяных эмульсий на стадиях добычи и транспорта нефти. Эффективность деэмульгаторов зависит от качественного и количественного состава природных стабилизаторов, технологических условий их применения: доз, места ввода, концентрации рабочего раствора, температуры, интенсивности перемешивания. Правильный выбор деэмульгаторов обеспечивает наиболее полное отделение нефти от воды с механическими примесями и солями. Сложный механизм стабилизации эмульсионных систем обусловливает применение не индивидуальных веществ, а деэмульгирующих композиций.

Как в отечественной, так и в зарубежной практике накоплен большой опыт физико-химической обработки нефтесодержащих отходов, на основе которого налажено производство необходимых установок. Одной из таких установок является установка по переработке нефтешламов фирмы "KHD HUMBOLDT VEDAG AG" (ФРГ). Особенность технологической схемы установки производительностью 15 м3/ч заключается в двухступенчатой сепарации водной фазы после декантора и дозировки деэмульгаторов в узле обезвоживания и извлечения нефти. На первой ступени сепарации получается водная фаза требуемой чистоты (0,5% нефтяной фазы). Если количество исходного нефтешлама не позволяет этого, предусмотрена возможность применения деэмульгаторов на первой ступени. Нефтяная фаза, поступающая с первой ступени сепарации воды, разделяется во второй с помощью деэмульгатора на фазы: нефтяную и шламовый осадок. Предварительная подготовка шлама, проводимая на узле извлечения и подачи, осуществляется путем перемешивания и нагрева шлама (с целью понижения его вязкости) для свободной воды и грубых мехпримесей в отстойнике. Для откачки нефтешламов из шламохранилищ в зависимости от их доступности и удаленности предлагаются двухцилиндровые поршневые насосы или эксцентриковые шнековые насосы. Установка размещается в двух сорокафутовых контейнерах, которые транспортируются на трейлере. Недостатком установки является отсутствие заборного устройства, позволяющего готовить сырье стабильного состава, что сказывалось на качестве конечных продуктов [23].

На рисунке 2.8 представлена установки для переработки нефтешламов.

Рисунок - 2.8 Схема установки для обработки нефтешлама конструкции Гипровостокнефти. 1 - шламонакопитель; 2 - заборное устройство; 3,9,12 - насос; 4 - сборная емкость; 5 - реагентное хозяйство; 6 - диспергатор; 7 - барботажный контактор; 8 - отстойник; 10 - блок приготовления битума; 11 - выпарной блок; 13 - отстойник; 14 - газосепаратор.

Нефтешлам из шламонакопителя 1 после узла извлечения и откачки нефтешлама, включающего заборное устройство 2, насос 3, сборную емкость 4, в которой отделяется и сбрасывается свободная вода, подается в узел обезвоживания. Затем перемешанный в диспер-гаторе 6 с поступающим из реагентного хозяйства 5 промывным раствором реагента-деэмульгатора поступает в барботажный контактор 7, где при организованном воздействии газобензинового конденсата, поступающего из газосепаратора 14, разрушается и разделяется на нефть и воду с образованием промежуточного слоя и осадка, сбрасываемого с выделившейся водой.

Промежуточный слой дополнительно обезвоживается в отстойнике 8 и подается насосом 9 на блок приготовления битума 10, слой выделенный в водном отстойнике 13, подается насосом 2 на выпаривание в блок 11 с образованием сухого осадка и последующим его захоронением.

На рисунке - изображена технологическая схема установки извлечения и обработки амбарных нефтешламов. Технология предполагает нагрев шлама в амбаре до 35-50°С за счет подачи парогаза из парогазогенератора с температурой 180…250°С.

Регулирование соотношения вода нефть осуществляется за счет частичного сброса нефти или воды в амбар по реологическим характеристикам потока. Удаление свободной воды и мехпримесей может осуществляться в две ступени - сначала в двухпродуктовом гидроциклоне и затем за счет кратковременного отстоя в отстойнике О-2 или в одну ступень - кратковременным отстаиванием в отстойнике О-2. Для эффективного разделения предполагается подача в поток нефтешлама пара с температурой 180-200°С и затем реагента. После предварительного обезвоживания нефтешлам подается в отстойник О-1 на длительное отстаивание 5…10 часов.

На рисунке 2.9 представлена схема установки извлечения и обработки амбарных нефтешламов.

Рисунок - 2.9 Принципиальная технологическая схема установки извлечения и обработки амбарных нефтешламов.

I - блок извлечения и предварительной обработки нефтешлама; II - блок окончательной обработки нефтешлама; Н-1, Н-2 - насосы откачки нефтешлама и подачи воды; Н-3 - насос подачи нефти; Н-4 насо подачи нефти и воды; ГЦ - двухпродуктовый гидроциклон; БР - блок подачи реагента - деэмульгатора; О-1, О-2 - отстойник обезвоживании нефтешлама и осаждения мехпримесей; РВС - резервуар накопления нефти; ДК - двухпродуктовый декантатор; НН - накопитель нефти и воды; НМП - накопитель мехпримесей.

Содержание воды в обезвоженной нефти не должно превышать 1%, твердых примесей - не более 0,3%.

На рисунке 2.10 представлена Схема блочной установки переработки нефтешлама (фирма KHD Humboldt vedag AG). Производительность установки 15 м3/час.

Рисунок - 2.10 Схема блочной установки переработки нефтешлама (фирма KHD Humboldt vedag AG)

1 - Устройство забора; 2 - сито - решетка; 3,6,10,14 - насосы; 4 - резервуар; 5 - мешалка; 7,11,16 - теплообменники; 8 - декантаторная центрифуга; 9 - транспортер; 12,15 - сепаратор I и II степени; 13 - блок подачи реагента.

Нефтешлам из шламонакопителя после узла извлечения и подачи, включающего устройство забора 1, сито-решетку 2, насос 3, резервуар 4, мешалку 5, подается в узел обезвоживания Насосом 6. Там после подогрева в теплообменнике 7 происходит разделение шлама в трехфазной центрифуге 8 на нефть требуемого качества, воду и шламовый осадок, отводимый транспортером 9, который затем может быть складирован или сожжен. Вода с остатками нефти, подаваемая насосом 10, после подогрева в теплообменниках 11 поступает в сепараторы 12 первой ступени, где очищается от нефти до требуемой чистоты. В случае, если этого достичь не удается, предусмотрена возможность применения деэмульгаторов. Отделившаяся нефть с остатками мехпримеси и воды подается насосом 14 на окончательное разделение в сепаратор 15 второй ступени, при этом предусматривается и применение деэмульгаторов, расход которых определяется качеством исходного шлама.

Такая установка обеспечивает разделение шлама следующего массового состава: нефтяная часть - 15 .70%, водная часть - 25 .70%, механические примеси - 20%.

Извлекают нефть следующего качества: нефтяная часть - 92. .95%, водная часть - менее 3%, мехпримеси - менее 3%. Отделившаяся водная фаза содержит 0,05 .0,1% нефтепродуктов и менее 2% механических примесей. Отделившаяся твердая фаза содержит воды не более 40% и нефтепродуктов не более 10%.

2.1.6 Химическая переработка нефтешламов

Химические методы позволяют полностью обезвреживать отходы, а полученные продукты в ряде случаев использовать повторно.

Препарат "Эконафт" - гидрофобизированная диспергирующая смесь, приготавливаемая на базе оксида минерального сорбента (негашеной строительной извести ГОСТ 9179-77) с добавкой специального модификатора.

Препарат "Эконафт" предназначен для химического обезвреживания, герметизации и утилизации нефтемаслоотходов и санации нефтезагрязненных почв.

Препарат может быть использован для обезвреживания пастообразных и жидких нефтесодержащих отходов: отработанных масел, эмульсий, масло и нефтесодержащих шламов, кислых гудронов, отходов лаков, красок и др., а также для очистки и рекультивации площадей разлива нефтепродуктов, ликвидации нефтяных загрязнений при авариях нефтепродуктопроводов, нефтезагрязненных почв и др.

Препарат выпускается Институтом по ТУ 2123-002-11085815-94. или приготавливается на месте производства работ. При необходимости поставляется расфасованным, в крафтмешках или полиэтиленовых мешках любым видом транспорта, в готовом к применению виде. Может применяться на открытом воздухе и в закрытых, специально предназначенных для этого пунктах утилизации [34].

Препарат "Эконафт" - гидрофобизированная диспергирующая смесь, приготавливаемая на базе оксида минерального сорбента (негашеной строительной извести ГОСТ 9179-77) с добавкой специального модификатора.

Таблица - 2.2 Техническая характеристика препарата

Сущность действия препарата "Эконафт" заключается в том, что при смешении нефтемаслотходов или нефтезагрязненной земли с препаратом в соотношении 1: 1-2 оксид щелочноземельного металла образует с водой гидроксид. При добавлении модификатора, нефтепродукты равномерно им адсорбируются с получением гидрофобного, морозоустойчивого, стойкого при хранении вещества, состоящего из мельчайших известковых гранул, в которых заключены частицы обезвреженных нефтемаслоотходов [34].

Продуктом утилизации нефтемаслоотходов, нефтешламов и санации нефтезагрязненных земель является материал, представляющий собой капсулированный, гидрофобный, практически нерастворимый в воде, морозостойкий, непроницаемый, порошок, по ТУ 5716-004-11085815-2000 “Порошок минеральный “ПУН”. Продукт утилизации нефтемаслоотходов" и заключению ГосНИИ “РосДорНИИ” может использоваться в качестве минеральной добавки для приготовления асфальтобетонных смесей по ГОСТ 9128, а также в качестве инертного и гидрофобного материала в конструкциях дорожных одежд (гидро - и теплоизоляционных слоев) для дорог не выше II категории и для устройства земляного полотна в качестве нижних слоев оснований местных дорог, а также устройства площадок для стоянок техник, строительства внутриплощадных дорог, очистных сооружений и др [34].

Рисунок 2.11 - Установка ПУ-01 (1 - перемешивающее устройство, 2 - скиповый подъемник, 3 - ковш для загрузки нефтемаслоотходов, 4 - ковш для загрузки препарата “Эконафт".

Таблица 2.3 - Техническая характеристика ПУ-01

2.1.7 Обоснование выбора метода переработки нефтешламов

Согласно материалам по инвентаризации нефтешламовых амбаров в ООО "НГДУ "Чекмагушнефть" на территории Чекмагушевского месторождения имеется 5 нефтешламовых амбаров. Все имеющиеся амбары строились в 50-60-е годы с соблюдением правил тех лет, то есть с применением глиняных двухслойных - 12 шт. и железобетонных - 2 шт. противофильтрационных экранов. Общая площадь ША составляет - 154689 м2.

Ежегодно на объектах нефтедобычи ООО "НГДУ "Чекмагушнефть" образуется до 4300 т нефтешламов. Шлам очистки емкостей и трубопроводов от нефти образующиеся отходы от мест образования откачивается и выводится бардовозами, на территории которого находится объект длительного хранения отходов - шламонакопитель.

На оснований вышеизложенного предлагается опытно - промышленная установка "Альфа-Лаваль" для переработки нефтешламов различного происхождения от старонакопленных нефтешламов в амбарах до вновь образуемых при зачистке резервуаров, от аварийных разливов при добыче и транспортировке нефти, при проведении подземных и капитальных ремонтов скважин, с последующим обезвреживанием биологическим методом до полного разложения нефтепродуктов на полигоне.

В состав сооружений установки входят:

шламонакопитель;

установка переработки нефтешлама;

резервуары сырьевые нефтешлама;

резервуар товарный для продукта переработки нефтешлама (ППНШ);

отстойник для воды;

насосная станция;

дренажная емкость;

полигон обезвреживания осадка;

шламоприемник;

площадка для отмыва шлама;

площадка реагентного хозяйства;

площадка сырьевых насосов

отстойник умягченной воды

наливная эстакада

емкость утечек с наливного шланга.

Установка переработки нефтешламов производства фирмы "Альфа-Лаваль", имеющая производительность до 5,0 м3/час, рассчитана на переработку усредненного нефтешлама со следующими характеристиками:

температура на входе - 40…60 °С;

содержание нефтепродукта в нефтешламе - 10 - 45%;

плотность нефтешлама - до 950 кг/м3;

содержание механических примесей - до 20%.

2.2 Принципиальная схема технологического процесса переработки жидкого нефтешлама

Из шламонакопителя нефтешлам забирается специальным заборным устройством ЗУ и направляется в сырьевой резервуар (V=200 м³) РС - 1, где нефтешлам нагревается до 40ºС посредством паровых змеевиков, встроенных в РС-1.

Затем сырьевыми насосами нефтешлам подается на вибросито ВС-1, где происходит увеличение температуры потока до 60ºС, отделение грубых частиц и гомогенизация жидкости.

После вибросита нефтешлам питающими насосами подается на горизонтальную центрифугу, предварительно нагреваясь в теплообменниках до 80ºС, где происходит извлечение твердых примесей из жидкости.

Затем по технологической цепочке питающими насосами нефтешлам подается через теплообменники, нагреваясь до 98ºС, на трёхфазный тарельчатый сепаратор, где происходит отделение воды, мехпримесей и получение ППНШ (продукта переработки нефтешлама).

2.2.1 Расчет предлагаемых и внедряемых аппаратов для переработки нефтешлама

Динамический фильтр (вибросито) представляет собой бункер, верхняя часть которого обечайка диаметром 1 м и высотой 0,75м имеет 2 диаметрально расположенные отверстия в нижней части на жесткую коническую обрешетку натянута фильтровальная сетка.

Процесс фильтрования происходит следующим образом. На вибрационное сито в центр подают нефтешлам.

Жидкая фракция проходит сквозь сетку в нижний бункер и по лотку выходит в приемную воронку отводного трубопровода.

Твердая фракция под действием инерционных сползает к периферии верхнего бункера и через отверстия в обечайке по лоткам в приеный короб горизонтального транспортера.

Эффективность =30-40%.

Таблица 2.4 - материальный баланс приход в вибросито

Таблица 2.5 - материальный баланс после прохождения вибросито

Расчет Центрифуги:

Методика расчета центрифуги основана на использовании СНиП 2.04.03-85 "Канализация. Наружные сети и сооружения" [25].

Рассчитываем объем ванны ротора центрифуги:

(1)

Определяется объемная производительность центрифуги Qсf:

(2)

Wcf - объем ванны ротора центрифуги, м3

Кcf - коэффициент использования объема центрифуги, принимаемый равным 0,4-0,6.

Определяется количество рабочих центрифуг n:

(3)

где qω - максимальный часовой расход нефтешлама, м3/ч.

Данные для расчета:

qω=4,02 м3/час, требуется задержать примеси гидравлической крупностью свыше 0,1 мм/с.

Фактор разделения, при котором достигается необходимая степень разделения, составляет Fr=3140 (Приложение - 1, таблица - 1).

Требуемая продолжительность центрифугирования tсf= 40с.

Так как расход 4,02м3/час, принимаем непрерывно действующую центрифугу с противоточным движением типа ОГШ, исходя из данного фактора разделения по таблице находим центрифугу ОГШ - 352К-6 (Приложение - 1, таблица - 1), (диаметр ротора Dcf=0,35м, длина ротора Lсf=3,76· Dcf=3,76·0,35=1,316м) и рассчитываем объем ванны ротора центрифуги:

Затем определяем ее объемную производительность по формуле (2)

По формуле (3) рассчитываем количество рабочих центрифуг:

Таблица - 2.6 Материальный баланс до прохождения центрифуги

Таблица - 2.6 Материальный баланс после прохождения центрифуги

Рисунок - 2.12 Схема прохождения нефтешлама через центрифугу

Расчет сепаратора.

Расчет сепаратора произведен по книге "Процессы и аппараты химической технологии" Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. [15].

Находим угловую скорость вращения:

(4)

Определяем фактор разделения:

(5)

Находим рабочий объем барабана сепаратора:

(6)

Индекс производительности:

(7)

Показатель эффективности работы сепаратора:

(8)

Определяем производительность сепаратора:

(9)

Исходные данные:

Наружный радиус барабана R=270мм

Длина барабана L=220мм

Внутренний радиус кольцевого слоя суспензии в барабане ro=170 мм

Плотность твердой фазы ρтв. =1200кг/м3

Плотность жидкой фазы ρж. =1000 кг/м3

Вязкость жидкой фазы суспензии 9,71·10-4н·сек/м2.

Угловая скорость вращения составляет:

Фактор разделения

Находим рабочий объем барабана сепаратора

Индекс производительности:

Показатель эффективности работы сепаратора:

Определяем производительность сепаратора:

После прохождения нефтешлама через установку получается 3 отсепарированных продукта: - продукт переработки нефтешлама;

вода с содержанием нефтепродуктов;

шлам (кек) с содержанием нефтепродуктов.

Таблица - 2.8 Материальный баланс до прохождения сепаратора

Таблица - 2.9 Материальный баланс после прохождения сепаратора

Рисунок 2.13 - Схема прохождения нефтешлама через сепаратор

Рисунок 2.14 - Схема обобщенных материальных потоков

2.2.2 Метод утилизации шлама

Шлам, полученный в процессе переработки поступает в передвижную тележку и далее, на установку ПУ-01, там происходит перемешивание шлама с негашеной известью.

Рисунок - 2.14 Схема получения минерального порошка [34]

Выбор химического метода утилизации нефтешлама путем диспергирования с гидрофобными реагентами на основе негашеной извести или других материалов обусловлен следующим:

1. Высокая эффективность процесса переработки нефтесодержащих отходов в порошкообразный гидрофобный материал, который может быть использован в дорожном строительстве.

2. достаточно дешевый способ обезвреживания;

3. большие объемы обрабатываемого нефтешлама;

Способ основан на свойствах окиси минеральных сорбентов (негашеная известь - СаО, магния - MgO и хрома - Cr2O3) при гашении увеличивать удельную поверхность в 15-30 раз и тем самым превращаться в объемное вяжущее вещество с высокой абсорбционной способностью для высокомолекулярных веществ и, в частности, для углеводородов нефти.

Процесс гашения сопровождается выделением большого количества тепла, в результате чего происходит резкое увеличение удельной поверхности. Однако гашеная известь смачивается водой, что приводит к резкому сокращению или устранению ее абсорбционной способности.

Для придания гидрофобизирующих свойств в процессе гашения вводят специальные вещества - модификаторы - полный эфир глицерина и высших жирных кислот - триглицерид. При смешении с известью глицерид образует с поверхностью минерального сорбента прочную химическую связь, что приводит к образованию нового соединения - триглицерида кальция и активации поверхности для последующего гидрофобного взаимодействия с углеводородами нефти.

При взаимодействии с поверхностью сорбента образуется триглицерид кальция. Процесс солеобразования протекает практически полностью. Получаемые соли и придают гидрофобность и прочность гранул.

Таким образом, сущность химического способа обезвреживания нефтемаслоотходов заключается в том, что нефтемаслоотходы обрабатываются негашеной известью с добавкой модификатора путем перемешивания. При этом оксид щелочно-земельного металла образует с водой гидроксид, в результате чего нефтепродукты равномерно им адсорбируются с получением сухого, стойкого при хранении порошкообразного вещества, состоящего из мельчайших гранул, представляющих по химическому составу мельчайшие частицы обезвреженных нефтемаслоотходов, заключенные в известковые оболочки - капсулы, которые равномерно распределены в массе продукта.

Полученный продукт утилизации соответствует ГОСТу 16557-78 "Минеральная добавка в асфальтобетон" и относится к IV классу опасности.

Произведем расчет:

Состав нефтешлама:

46,41% нефти

53,59% воды.

В цехе подготовки и переработки нефти и газа образуется 15,88 т/сут нефтешлама. Следовательно:

6,9 т нефти; 8,99 т воды

CaO + H2 O = Ca (OH) 2

56 т 18т 74т;

Из расчета на 1 т негашеной 65% -ной извести следует:

CaO - Ca (OH) 2

0,65 кг 350 кг

;

Таблица 2.10 - Материальный баланс утилизации нефтешлама путем получения гидрофобного порошка

1. Допустим, что при восьмичасовом рабочем дне установка работает 6 часов. Следовательно, 15,88 т нефтешлама перерабатываем в течение шести часов.

Накопительная емкость для шлама:

Шлам потерял легкие фракции, поэтому его плотность можно принять 0,9 т/м3. Получим:

Следовательно, объем емкости при степени заполнения 0,9 равен:

Если принять высоту емкости h, равную радиусу емкости r, то:

(10)

2. Рассчитаем емкость для извести.

Недельный запас извести в таре поставщика хранится на складе. Одна погрузочная тара (из нетканых материалов) содержит 1 т негашеной извести.

Следовательно, необходимо использовать 43,03 упаковки для утилизации 43,03 т нефтешлама.

Расчет часовой производительности:

3. Пусть время пребывания шлама и извести в загрузочном бункере и работающем шнеке должно быть 10 минут. За 10 минут будет подано:

Примем длину шнека 5 м, насыпную массу получаемого продукта 0,7 т/м3.

Металлическая внутренняя часть элементов шнека с осью занимает 1/3 части объема и равна 0,78м3. Рассчитаем объем, радиус и диаметр шнека.

3. Анализ методов очистки сточных вод, применяемых на нефтедобывающих предприятиях

В процессе эксплуатации на нефтебазах образуются производственные и дождевые нефтесодержащие сточные воды.

Производственные сточные воды включают в себя следующие разновидности нефтесодержащих вод:

1) отстойные (подтоварные) - из продуктовых резервуаров, где они образуются в результате отстаивания обводненных нефтепродуктов;

2) обмывочные - после мытья бочек из-под нефтепродуктов, закрытых производственных площадей;

3) вода от уплотнения сальников и охлождения подшипников нефтяных насосов. Некоторое количество загрязненной нефтепродуктами воды поступает из лаборатории.

4) дождевые и талые воды. Та часть дождевых вод, которая поступает с загрязненных с поверхностей, помимо обычных механических примесей содержит нефтепродукты и поэтому подлежит отведению и очистке совместно с производственными водами. Сюда относятся сточные воды с обвалованных участков резервуарных парков. [18].

Дождевые и талые воды с территории хоззоны собираются посредством лотка в колодец дождевых и талых вод, общее количество составляет до 9500 м3/год. Стоки скапливающиеся в колодце Кл-1, по мере накопления вывозятся на полигон сброса воды.

На НШУ при переработке нефтешлама образуется вода загрязненная нефтепродуктами. Затем эта вода перекачивается в емкости, откуда часть в цех ППД (поддержание пластового давления), часть используется для охлаждения подшипников нефтяных насосов, промывки оборудования и емкостей и т.д.

Для противопожарного водоснабжения хоззоны рекультивируемого нефтешламового амбара предусмотрен один резервуар объемом 50 м3. Расход воды на один пожар принят 5 л/с, продолжительность тушения пожара - 2 часа.

Для очистки сточных вод от нефтепродуктов в настоящее время применяют:

механические;

физико-химические;

химические и биологические методы.

Из механических методов практическое значение имеют отстаивание, центрифугирование и фильтрование; из физико-химических - флотация, коагуляция и сорбция; из химических - окисление хлором (хлорирование), окисление озоном (озонирование). Биологические методы основаны на способности аэробных микроорганизмов - минерализаторов перерабатывать (окислять) некоторые органические соединения, входящие в состав нефтепродуктов, как правило, в смеси с бытовыми сточными водами.

3.1 Аппараты и сооружения механической очистки.

Сточные воды содержат взвешенные нефтепродукты, механические примеси, для их удаления можно применить горизонтальную нефтеловушку.

Отстаивание является наиболее простым и дешевым технологическим способом выделения дисперсных примесей из воды, в основе которого лежит разделение в поле гравитационных сил в условиях покоя или медленно движущегося потока жидкости. При этом взвешенные вещества с плотностью, большей плотности воды, осаждаются, вещества с меньшей плотностью - всплывают.

Основная масса нефтепродуктов в грубодиспергированном (капельном) и некоторая часть в эмульгированном состоянии из сточных вод удаляются в отстойных сооружениях, называемых нефтеловушками. Они применяются при содержании нефтепродуктов в сточных водах более 100 мг/л. По конструктивному исполнению нефтеловушки являются горизонтальными, вертикальными и радиальными отстойниками, дополнительно оборудованными для сбора и удаления всплывающих нефтепродуктов. На нефтебазах наибольшее распространение получили горизонтальные нефтеловушки.

Горизонтальная нефтеловушка представляет собой прямоугольный резервуар (рис.3.1), в котором из медленно движущегося потока сточных вод выделяются всплывающие нефтепродукты и оседающие механические примеси. Для удаления всплывающего слоя предусматриваются нефтесборные щелевые поворотные трубы, а для сбора осадка - приямок в начале сооружения и уклон днища по всей длине [18].

Рисунок 3.1 - Схема устройства нефтеловушки.

1 - подводящий трубопровод; 2 - входная камера; 3 - распределительная (дырчатая) стенка; 4 - приямок для осадка; 5 - скребковый механизм; 6 - нефтесборная щелевая поворотная труба; 7 - нефтеудерживающая стенка; 8 - отводящий трубопровод; 9 - подогреватель.

Отстаивание в песколовках.

Для обеспечения нормальной работы основных отстойных сооружений (нефтеловушек и т.п.) целесообразно из сточной воды предварительно удалять тяжелые минеральные примеси. Они снижают подвижность осадка, увеличивают нагрузку на скребковые механизмы, отлагаются в трубопроводах, лотках, водораспределительных устройствах, входных камерах, вызывают преждевременный износ оборудования. На очистных станциях эту задачу выполняют вспомогательные отстойные сооружения, называемые песколовками.

Рисунок - 3.2 Горизонтальная песколовка.

1 - решетка; 2 - шибер; 3 - гидроэлеватор; 4 - пульпопровод; 5 - напорный трубопровод рабочей воды.

Решетки применяются для задержания из городских сточных вод крупных и волокнистых материалов и являются сооружениями предварительной очистки.

Решетки устанавливаются в расширенных каналах, называемых камерами. Движение воды происходит самотеком. Решетки подразделяются на вертикальные и наклонные, а также на подвижные и неподвижные [16].

Решетки очищаются граблями (рис.3.3). Для удобства съема загрязнений решетки часто устанавливают под углом к горизонту а=60-70°. При большом количестве улавливаемых отбросов (более 0.1 м3/сут) их удаление и подъем из воды механизируется. Задержанные загрязнения подвергаются дроблению на специальных дробилках, а затем или сбрасываются, или транспортируются в метантенки на сбраживание.

Рисунок - 3.3 Решетка с ручной очисткой.

Горизонтальные отстойники.

Применяются на очистных сооружениях канализации производительностью 15-100 тыс. м3/сут. Представляют собой прямоугольные в плане резервуары, разделенные продольными перегородками на несколько отделений. Поток воды в них движется горизонтально.

Рисунок - 3.4 Горизонтальный отстойник

1 - подводящий лоток; 2 - полупогружная доска: 3 - скребковая тележка: 4 - отводящий лоток: 5 - жиросборный лоток: 6 - удаление осадка.

Выпадающий по длине отстойника осадок перемещается скребком в расположенные на входе приямки, откуда под гидростатическим давлением выдавливается в самотечный трубопровод. Всплывающие нефтепродукты и жировые вещества собираются в конце сооружения в жиросборный лоток, из которого также самотеком отводятся на перекачку.

К достоинствам горизонтальных отстойников относятся: высокий эффект осветления по взвешенным веществам - 50-60% и возможность их блокирования с аэротенками.

Недостатки - повышенный расход железобетона по сравнению с круглыми отстойниками и неудовлетворительная работа механизмов для сгребания осадка, особенно в зимний период [8].

3.1.1 Физико-химические методы очистки нефтесодержащих сточных вод

Методы механической очистки позволяют выделять из воды частицы нефтепродуктов размерами, как правило, от 10 мкм и более. Оставшиеся в воде чрезвычайно малые по размерам дисперсные примеси образуют весьма устойчивую коллоидную (эмульсионную) систему. Одним из распространенных методов нарушения агрегативной устойчивости таких систем является коагуляция, под которой понимается процесс образования в системе из мелких частиц более крупных агрегатов, легко удаляемых из воды механическими методами.

Для доочистки производственных сточных вод НГДУ "Чекагушнефть" возможно применение флотационных установок.

Рисунок 3.5 - Механическая флотационная машина (двухкамерная).

а - поперечный разрез; б - продольный разрез;

1 - электродвигатель; 2 - отверстия в статоре для внутренней циркуляции; 3 - флотационная камера; 4 - слой всплывшей массы (пены); 5 - лопастной иеноеннматель; 6 - лоток для приема и отвода пены; 7 - воздушная труба; 8 - отбойники (лопасти для гашения вращательного движения); 9 - статор; 10 - турбинка насосного типа (импеллер); 11 - сальниковое уплотнение; 12 - впускной карман; 13 - выпускной карман.

Механическая флотационная машина состоит из флотационной камеры, у дна которой расположена турбинка насосного типа (импеллер) со статором. В центре статора имеется воз: душная труба, соединенная с атмосферой. Сточная вода поступает в камеру через впускной карман [8]. При быстром вращении импеллера в центральной части камеры создается зона пониженного давления и через отверстия в верхней части статора на импеллер поступает сточная жидкость, которая затем выбрасывается лопастями турбинки через направляющие щели отбойника. Одновременно происходит засасывание воздуха из атмосферы через трубу. Диспергирование его на мелкие пузырьки происходит за пределами импеллера, в мелких вихревых потоках жидкости, так как статор гасит крупные вихри и вместе с отбойником успокаивает вращательное движение всей жидкости в камере. При продолжительности обработки 20-30 мин из них выделяется нефтепродуктов 60-70%.

Рисунок - 3.6 Технологическая схема вертикальной напорной флотационной установки.

1 - приемный резервуар; 2 - центробежный насос; 3 - реагентное хозяйство; 4 - насос-дозатор; 5 - водовоздушный эжектор; 6 - напорный резервуар со струйной аэрацией; 7 - дросселирующая диафрагма; 8 - флотационная камера (колонна); 9 - выделительная камера; 10 - скребковое устройство; 11 - перелив; 12-сборник уловленного* нефтепродукта; 13 - резервуар очищенной воды; 14 - циркуляционная линия.

Для глубокой очистки воды от нефтепродуктов, находящихся в тонкоэмульгированном и растворенном состояниях, наряду с другими применяется сорбционный метод. В широком понимании сорбция представляет собой процесс поглощения веществ. из той или иной среды с помощью других веществ, называемых поглотителями или сорбентами. Различают три разновидности сорбции: адсорбцию, абсорбцию и хемосорбцию. При адсорбции поглощение осуществляется поверхностью твердого или жидкого сорбента, при абсорбции - всей массой жидкого сорбента, Сорбция (адсорбция, абсорбция), сопровождаемая химическим взаимодействием сорбента с поглощаемым веществом, называется хемосорбцией. Для очистки воды от нефтепродуктов основное практическое значение имеет адсорбция [18].

3.1.2 Химические методы очистки нефтесодержащих сточных вод

В практике обезвреживание производственных сточных вод в качестве окислителей используют хлор, гипохлорит кальция и натрия, хлорную известь, диоксид хлора, озон, технический кислород и кислород воздуха.

В процессе озонирования наряду с окислением органических веществ происходит обесцвечивание, дезодорация и обеззараживание сточной воды, а также насыщение ее кислородом [18]

Рисунок 3.6 - Технологическая схема озонирования сточных вод.

1 - воздухозаборное устройство; 2 - воздушная магистраль; 3 - фильтр для очистки" от пыли; 4-воздуходувка; 5 - теплообменник; 6 - отделитель капельной влаги; 7 - адсорбционные установки для осушки воздуха (активный глинозем, силикагель, хлористый кальций); 8 - подача воздуха на регенерацию адсорберов; 9 - фильтры для тонкой очистки воздуха от пыли; 70 - водопровод; 11 - генератор озона (озонатор); 12 - канализация; 13 - трубопровод озоповоздушной смеси; 14 - аппарат для контактирования озона с водой; 15 - подача сточных вод; 16 - пористые аэраторы; 17 - выпуск воды после озонирования; 18 - подача охлажденного рассола; 19 - емкость охлажденного рассола; 20 - трехходовой смесительный клапан; 21 - насос охлажденного рассола; 22 - насос нагретого рассола; 23 - емкость нагретого рассола; 24 - подача нагретого рассола; 25 - холодильная машина.

Производительность озонаторных установок и расход электроэнергии на получение озона зависят от влагосодержания поступающего в озонатор воздуха, его температуры и концентрации кислорода. Существенное значение при этом имеют конструкция озонатора и способ обеспечения контакта озоновоздушной смеси со сточной водой.

Технологическая схема озонирования сточных вод показана на рис.3.6. Она состоит из двух главных частей: узла получения озона и узла обработки сточных вод. В узле получения озона имеются четыре основных блока:

1) забора и охлаждения воздуха;

2) осушки воздуха;

3) фильтрации воздуха и 4) генерации озона. Осушка воздуха должна производиться до точки росы, не превышающей - 40 СС. Узел обработки сточной воды озоном представляет собой контактно-смесительное устройство различного типа: с барботированием газовой смеси через пористые или перфорированные аэраторы, со смешением с помощью эжекторов, механических мешалок и др. Перечисленные устройства не совершенны, так как потерн озона на них составляют от 10 до 40%.

Процесс хлорирования проводят в хлораторах периодического и непрерывного действия, напорных и вакуумных. Хлорирование проводится в емкости, включенной в систему циркуляции. В инжекторе газообразный хлор захватывается сточной водой, циркулирующей в системе до тех пор, пока не будет достигнута заданная степень окисления, после чего вода выводится для использования [18].

3.2 Обоснование выбора метода очистки сточных вод

Согласно СНиП 2.04.03-85, метод и степень очистки сточных вод должны определяться в зависимости от метсных условий с учетом возможного использования очищенных сточных вод для различных нужд.

Состав очистных сооружений должен выбираться в зависимости от требуемой степени очистки сточных вод, пропускной способности очистной станции, состава сточных вод, поступающих на очистную станцию, метода использования осадка и от других местных условий в соответствии с нормами проектирования отдельных очистных сооружений и технико-экономическими расчетами.

В НГДУ "Чекмагушнефть" используется вода для хозяйственно-бытовых нужд, часть используется для охлаждения подшипников нефтяных насосов, теплообменников, промывки оборудования и емкостей и т.д. Для этих целей используется привозная вода, чтобы сократить транспортные затраты предлагается установить очистные сооружения.

Для разрабатываемой схемы очистки сточных вод рекомендуется применение решетки с механическим удалением отбросов.

Аппараты механической очистки. Для очистки сточных вод, содержащие всплывающие примеси используется нефтеловушка.

Для глубокой очистки сточных вод используем сорбционный фильтр, в качестве сорбентов активированный уголь. Активированный уголь имеет широкий диапазон пор, сильную развитую общую пористость. Эффективно использовать для очистки жидкостей от широкого спектра примесей (от мелких, соизмеримых с молекулами йода, до молекул жиров, масел, нефтепродуктов, хлорорганических соединений и др.).

3.2.1 Расчет образования ливневых сток с площадки производства

Расчет объемов образования ливневых и талых вод проведен согласно "Временных рекомендаций по проектированию сооружений для очистки поверхностного стока с территории промышленных предприятий и расчету условий его выпуска в водные объекты", М. 1988 г. 47с.

Годовое количество дождевых WД и талых WТ вод в м3, стекающих с 1 га площади водосбора, определяется по формулам:

(11), (12)

Объем дождевых вод, стекающих с водонепроницаемых покрытий промплощадки:

(13)

Общий объем дождевых вод, с промплощадки:

(14)

Общий объем талых вод, с промплощадки производства:

(15)

где hД - слой осадков за теплый период года, мм;

hТ - слой осадков за холодный период года (определяет общее годовой количество талых вод) или запас воды в снежном покрове к началу снеготаяния (определяет количество талых вод в весеннее половодье), мм;

ΨД, ΨТ - общий коэффициент стока дождевых и талых вод соответственно.

Значение ΨТ принимается в пределах 0,5¸0,7, а ΨД определяется как средневзвешенная величина для всей площади водосбора с учетом средних значений коэффициентов стока для различного рода поверхности (последние могут приниматься для водонепроницаемых покрытий в пределах 0,6¸0,8, для грунтовых поверхностей - 0,2, для газонов - 0,1).

В табл.3 приведены данные по площадям, используемые для расчета талых и ливневых стоков.

Таблица - 3.1 данные по площадям

Общий коэффициент стока талых вод - 0,7.

Объем дождевых вод, стекающих с водонепроницаемых покрытий промплощадки:

=;

Объем дождевых вод, стекающих с газонов промплощадки производства:

=;

Объем дождевых вод, стекающих с грунтовых покрытий промплощадки:

=;

Объем дождевых вод, поступающих в ливневую канализацию:

Wk= 4423,68+ 280,32 +944,64=5648,64 м3/год;

Общий объем дождевых вод, с промплощадки:

=;

Общий объем дождевых вод, с промплощадки производства, поступающий в грунтовые воды:

Wгр=13056-5648,64= 7407,36 м3/год;

Общий объем талых вод, с промплощадки производства:

где yт - коэффициент стока талых вод-0,7;

Объем талых вод поступающих в ливневую канализацию:

k - коэффициент, учитывающий снегоуборку-0,65.

Объем талых вод, поступающих в грунтовые воды:

=5926,2-3852,03=2074,17 м3/год

Общий объем талых и дождевых вод, поступающих в ливневую канализацию составляет:

Wкан. =5648,64+3852,03=9500,67 м3/год;

Общий объем талых и дождевых вод, поступающий в грунтовые воды:

Wгр. =7407,36 + 2074,17=9481,53 м3/год.

Баланс водопотребления и водоотведения приведен в таблице 3.2

Таблица - 3.2 Баланс водопотребления и водоотведения

3.3 Проектирование системы защиты гидросферы

При использовании в технологических процессах вода загрязняется различными органическими и неорганическими веществами, т.е. образуются сточные воды. Сточная вода - это вода, бывшая в бытовом, производственном или сельскохозяйственном употреблении, а также прошедшая через какую-либо загрязненную территорию.

Одной из эффективных мер защиты водных источников является очистка сточных вод на очистных сооружениях. Состав очистных сооружений должен выбираться в зависимости от характеристики и количества поступающих на очистку сточных вод, требуемой их степени очистки.

3.3.1 Принципиальная схема очистки сточных вод НГДУ "Чекмагушнефть"

Сточные воды пройдя решетки (1), где удаляются крупные нерастворимые примеси. Из решетки загрязненная вода подается на очистные сооружения, где поток под напором поступает в нефтеловушку (2). После нефтеловушки часть сточной воды поступает в сорбционный фильтры (3) для доочистки, а часть идет в цех ППД (поддержания пластового давления). После фильтра вода собирается в приемный резервуар.

Технологическая схема очистки сточных вод НГДУ "Чекмагушнефть" представлена в приложении Б.

3.3.2 Расчет предлагаемых и внедряемых аппаратов для очистки сточных вод

1. Решетки с ручной очисткой Гудков А.Г. "Механическая очистка сточных вод". При расчете решеток определяют их размеры и потери напора, возникающие при прохождении через них сточных вод. Размеры решеток определяются по расходу сточных вод, по принятой ширине прозоров между стержнями решетки и ширине стержней, а также по средней скорости прохождения воды через решетку. Расчет решеток с ручной очисткой заключается в следующем [10,36]:

1) Подбираются размеры подводящего канала, определяется количество прозоров в решетка n (при этом коэффициент Кст=1, а ширина прозоров b принимается в пределах 0,016-0,019) по формуле:

, шт (16)

где Кст - коэффициент, учитывающий стеснение потока механическими граблями, равный 1,05-1,1;

b - ширина прозоров решетки, м;

vp - скорость движения воды в прозорах решетки, равная 0,8-1,0 м/с;

hk - глубина воды в подводящем канале, м.

2) По формуле (10) определяется общая ширина решеток Bp, причем толщина стержней S принимается равной 0,006 - 0,008 м:

м (17)

где S - толщина стержней решеток, м.

3) Принимается число решеток N, рассчитывается ширина В1 и количество прозоров n1 в каждой из них:

B1=BР/N, м (18)

n1=n/N, шт (19)

4) По формуле (13) рассчитывается и проверяется действительная скорость воды в прозорах решетки vp:

, м/с (20)

5) Назначается количество резервных решеток: при количестве рабочих до трех - 1, более трех - 2.

6) Определяются геометрические размеры одной решетки. Рассчитываются размеры входной и выходной частей канала l1 и l2:

, м (21)

, м (22)

где l1 - длина уширения перед решеткой, м;

l2 - длина сужения после решетки, м;

φ - угол расширения канала, равный 200;

Bk - ширина подводящего канала, м;

7) Определяется длина расширенной части канала l:

для вертикальных решеток , м (23)

для наклонных решеток , м

где α - угол наклона решетки к горизонту, о.

8) Находится общая длина камеры решетки L:

, м (24)

9) Рассчитывается величина уступа в месте установки решетки hp:

, м (25)

где Р - коэффициент увеличения потерь напора вследствие засорения решетки, равный 3;

ζр - коэффициент местного сопротивления решетки, определяется по формуле:

(26)

где α - угол наклона решетки к горизонту, о;

β - коэффициент, зависящий от формы стержней и принимаемый равным:

10) Рассчитывается количество Wотб, масса снимаемых отбросов за сутки Ротб. и в час Р’отб по формулам:

м3\сут (27)

т/сут (28)

кг/ч (29)

где qотб - удельное количество отбросов, зависящее от ширины прозоров решетки, л/ (год∙чел).

К - коэффициент поступления отбросов, равный 2.

Nпр - приведенное население, чел. Приведенное население составляет:

чел (30)

где Q - суточный расход воды, м3/сут;

а - норма водоотведения, л/ (сут∙чел).

Расчет:

Исходные данные: суточный расход воды Q = 54,61 м3/сут; максимальный секундный расход qmax=0,0024 м3/с; норма водоотведения составляет а=150 л/ (сут∙чел).

1) По таблицам гидравлического расчета каналов прямоугольного сечения принимаем размеры подводящего канала перед решетками шириной Bk=0,2 м, уклоном ik= 0,001, наполнением hk=0,02м. Скорость в канале составляет vk=0,15 м/с.

2) Принимаем ширину прозоров в решетке b = 0,016 м, толщину стержней решеток S = 0,008 м и скорость движения воды в прозорах vp=0,9 м/с и по формуле (16) определяем необходимое число прозоров в решетках n:

;

3) По формуле (22) рассчитываем общую ширину решеток:

4) Принимаем 1 рабочую и 1 резервную решетку, с шириной B1= 0,22м с количеством прозоров n1=9шт

5) По формуле (20) проверяем действительную скорость в прозорах решетки:

6) По формулам (21) и (22) рассчитаем размеры входной и выходной частей канала:

7) По формуле (23) рассчитаем длину расширенной части канала для двух вариантов: для вертикальной решетки и наклонной решетки. Примем α=65о

м

8) Общая длина камеры решетки составит:

9) Рассчитаем величину уступа в месте установки решетки по формулам (24) и (25), учитывая, что стержни прямоугольной формы, тогда

, тогда

10) Рассчитаем количество Wотб, массу снимаемых отбросов за сутки Ротб. по формулам (26-28):

2. Расчет многоярусной нефтеловушки.

По пропускной способности нефтеловушки q, м3/ч принимается типовая нефтеловушка или проектируется индивидуально. В таблице Приложений приведены параметры типовых горизонтальных нефтеловушек. Во втором слу- чае принимается количество секций нефтеловушки n, не менее двух, и расчет проводится в следующем порядке:

Назначается ширина секции B, м и глубина отстаиваемого слоя воды Hset, м в зависимости от пропускной способности нефтеловушки q:

Рассчитывается гидравлическая крупность частиц нефти uo:

(31)

где γв и γн - объемные массы воды и нефти (0,76-0,85), т/м3;

d - крупность всплывающих нефтяных частиц, м;

uo - динамический коэффициент вязкости сточной воды, Па*с.

При отсутствии данных по кинетике допускается принимать uo = 0,4-0,6 мм/с.

Принимается скорость движения воды v = 3-10 мм/с. Определяется продолжительность всплывания нефтяных частиц tp:

(32)

В зависимости от соотношения ν/uo принимается коэффициент, учитывающий турбулентность потока воды а:

Рассчитывается длина отстойной части нефтеловушки L:

(33)

Определяется продолжительность отстаивания t'p:

(34)

Рассчитанная продолжительность t'p должна быть не менее tp. В противном случае изменяют глубину слоя воды Hset или скорость движения воды v.

Определяется количество осадка Qmud, выделяемого при отстаивании за сутки:

(35)

где Q - суточный расход сточных вод, м /сут;

С - концентрация механических примесей в сточной воде, примерно равная 500 мг/л; Э - эффект задержания осаждающихся примесей, равный для горизонтальных ловушек 60-70%, для многоярусных и радиальных - до 75%; рmud - влажность осадка, равная для свежевыпавшего осадка - 95% и слежавшегося - 70%;

γmud - объемная масса частиц осадка, равная 2,65 т/м3.

Определяется количество нефтепродуктов Qoil, задержанных за сутки:

(36)

где Аеn и Аех - концентрация нефтепродуктов соответственно в исходной и осветленной воде, мг/л;

γoil - объемная масса обводненных нефтепродуктов, равная 0,95 т/м3.

Исходные данные.

Суточный расход производственных сточных вод равен Q = 54.61 м3/сут;

Расчетный часовой расход qmax = 2,38 м3/ч; содержание нефтепродуктов в

поступающей воде Аеn = 120 мг/л, содержание нефтепродуктов в осветленной воде должно быть Аex = 50 мг/л. Динамический коэффициент вязкости сточной воды μ= 0,0055 Па*c. Объемная масса нефтепродуктов составляет γн = 0,81 т/м3.

Так как расчетный расход (пропускная способность) меньше 162 м3/ч, принимаем ширину секции В = 2 м и глубину отстаиваемого слоя воды Hset = 1,5 м. Назначаем количество секций нефтеловушки n = 2.

Принимаем крупность всплывающих частиц d = 0,002 м и по формуле (31) рассчитываем гидравлическую крупность частиц нефти:

Принимаем скорость движения воды в нефтеловушке ν=3мм/с и по формуле (40) находим продолжительность всплывания нефтяных частиц:

По таблице в зависимости от соотношения ν/uo = 3/0,59 = 5,08 принимаем

коэффициент, учитывающий турбулентность потока воды а = 1,5 и по формуле (38) определяем длину отстойной части нефтеловушки:

Принимаем длину отстойной части нефтеловушки L=12м. По формуле (31) находим продолжительность отстаивания:

Проверяем соотношение и tр: 1,11>0,14.

По формуле (32) определяем количество осадка, выделяемого при отстаивании:

По формуле (33) определяем количество загрязненных нефтепродуктов:

Таблица - 3.3 Материальный баланс загрязняющих веществ до прохождения нефтеловушки.

Таблица - 3.4 Материальный баланс загрязняющих веществ после прохождения нефтеловушки.

Рисунок 3.7 - Схема эффективности очистки нефтеловушки

3. Сорбционный фильтр рассчитываем по Гудкову А.Г. "Механическая очистка сточных вод".

Находим объем сточных вод, проходящих через сорбционный фильтр:

(37)

где ΣQi=∆Q1, ∆Q2 - потери сточных вод соответственно в решетке, нефтеловушке с удалением остатков; потери складываются из потерь при удалении осадка и при сливе уловленных нефтепродуктов (ΣQi=0,021м3/ч).

Живое сечение фильтра

(38)

νл - линейная скорость движения воды в фильтре, линейная скорость не должна превышать 12 м/ч.

Определяем диаметр фильтра:

(39)

Высота загрузки выбрана на основе опытных данных Нф=1,0м

Объем рабочей части фильтра (объем загрузки):

(40)

Насыпная плотность угля АГ-3 ρн=500 кг/м3, находим массу угля:

(41)

Относительная сорбционная емкость угля АГ-3 по нефтепродуктам:

Сар=50г/кг

Полная сорбционная емкость угля:

(42)

Объем очищаемой воды за один цикл очистки, если принять время одного цикла очистки равным одной смене:

(43)

Разность концентраций нефтепродуктов на входе и на выходе из фильтра:

(44)

Масса нефтепродуктов, удаляемых на входе и на выходе из фильтра:

(45)

Число циклов очистки:

(46)

Теоретический ресурс работы фильтра:

(47)

Исходные данные:

Расход сточной воды Q= 0,212м3/час. Начальное содержание взвешанных веществ 200 мг/л, эмульгированных веществ ЭВн=48мг/л; требуемое конечное содержание ВВк - 7 мг/л, ЭВк-0,1мг/л.

Объем сточных вод, проходящих через сорбционный фильтр равен по формуле (37):

В качестве сорбционной загрузки используется активированный уголь АГ-3.

Живое сечение фильтра определяем по формуле (38)

При νл=8 м/ч

Диаметр фильтра определяем по формуле (39)

Высота загрузки Нф=1,0м

Объем рабочей части фильтра (объем загрузки) составляет по формуле (40):

Так как насыпная плотность угля АГ-3 ρн=500 кг/м3, масса угля определяем по формуле (41):

Относительная сорбционная емкость угля АГ-3 по нефтепродуктам определяем по формуле (42):

Сар=50г/кг

Полная сорбционная емкость угля определяем по формуле (43):

Объем очищаемой воды за один цикл очистки, если принять время одного цикла очистки равным одной смене, т.е. tсут=12ч определяем по формуле (44):

Разность концентраций нефтепродуктов на входе и на выходе из фильтра определяем по формуле (45):

Масса нефтепродуктов, удаляемых на входе и на выходе из фильтра определяем по формуле (46):

Число циклов очистки определяем по формуле (47):

Теоретический ресурс работы фильтра определяем по формуле (48):

Обычно сорбционная установка представляет собой несколько параллельно работающих секций, состоящих из 3-5 последовательно расположенных фильтров. При достижении предельного насыщения головной фильтр отключается на регенерацию, а обрабатываемая вода подается на следующий фильтр. После регенерации головной фильтр включается в схему очистки уже в качестве последней ступени.

Таблица - 3.5 Материальный баланс загрязняющих веществ до прохождения сорбционного фильтра.

Таблица - 3.6 Материальный баланс загрязняющих веществ после прохождения сорбционного фильтра.

Рисунок - 3.8 Схема эффективности очистки сорбционного фильтра

Рисунок - 3.9 Схема обобщенных материальных потоков

4. Оценивание экоэффективности разработанной системы защиты окружающей среды

Согласно, ГОСТ Р ИСО 14001-98 экологическая эффективность - это измеряемые результаты работы системы управления окружающей средой, связанные с контролем предприятием воздействия на окружающую среду.

Оценивание экоэффективности (ОЭЭ) - внутренний процесс и инструмент управления, предназначенный для обеспечения руководства достоверной и подтверждаемой текущей проверкой информацией, позволяющей определить, соответствует ли экологическая эффективность организации совокупности критериев, заданных руководством организации [24].

Если организация не имеет такой системы, ОЭЭ позволяет:

идентифицировать экологические аспекты;

оценить, какие аспекты являются для нее наиболее важными;

задать критерии экологической эффективности;

оценить соответствие своей экологической эффективности этим критериям.

Критерий экологической эффективности - это целевой или плановый экологический показатель или другой предусмотренный уровень экологической эффективности, заданный руководством организации и используемый для целей оценивания экологической эффективности.

Показатель экологической эффективности - конкретная форма представления информации об экологической эффективности организации.

Показатель эффективности управления - это показатель экологической эффективности, дающий информацию об усилиях руководства, предпринимаемых с целью повышения экологической эффективности организации.

Показатель эффективности функционирования - это показатель экологической эффективности, дающий информацию об экологической эффективности функционирования организации.

Показатели для ОЭЭ организация выбирает с целью представления количественных или качественных данных или информации об экологической эффективности в оптимальной форме. Число показателей должно быть достаточным для оценки экологической эффективности. Количество выбранных показателей ОЭЭ должно отражать профиль и масштабы деятельности организации.

Показатели для оценивания экологической эффективности (ОЭЭ) подразделяют на две категории:

показатели экологической эффективности (ПЭЭ);

показатели состояния окружающей среды (ПСОС).

Показатели состояния окружающей среды дают представление о фактическом или возможном воздействии на окружающую среду деятельности предприятия [24].

Показатели экологической эффективности подразделяют на два типа:

показатели эффективности управления (ПЭУ), обеспечивающие информацию об усилиях, предпринимаемых руководством с целью воздействия на экологическую эффективность организации;

показатели эффективности функционирования (ПЭФ), обеспечивающие информацию об экологической эффективности функционирования организации.

4.1 Расчет платы за размещение отходов

Плата за размещение отходов складывается из платы за временное хранение отходов на территории предприятия (отходов, оставшихся на конец отчетного периода) и платы за вывоз отходов на горсвалку, полигоны и другие специально отведенные мета.

Размер платы за размещение отходов в пределах установленных природопользователю лимитов определяется путем умножения соответствующих ставок платы с учетом вида размещаемого отхода (нетоксичные, токсичные) на массу размещаемого отхода и суммирования полученных произведений по видам размещаемых отходов (формула 37).

при Мi отх ≤ Млi отх, (54)

где Пл отх - размер платы за размещение i-го отхода в пределах установленных лимитов, руб.;

Слi отх - ставка платы за размещение 1 тонны i-го отхода в пределах установленных лимитов, руб.;

Мi отх - фактическое размещение i-го отхода, т;

Млi отх - годовой лимит на размещение i-го отхода, т;

i - вид отхода.

Слiотх=Нлбiотх·Кэотх∙Ки, (55)

где Нлбiотх - базовый норматив платы за 1 тонну размещаемых отходов в пределах установленных лимитов, руб.;

Кэотх - коэффициент экологической ситуации и экологической значимости почв в данном регионе, для Республики Башкортостан Кэ отх=1,7;

Ки - коэффициент индексации базовых нормативов, Ки=1,62 (для отходов III и IV классов опасности), Ки=1,32 (для отходов V класса опасности).

Таблица 4.1 - Расчет платы предприятия за размещение отходов

Таким образом, в случае реализации разработанной системы переработки нефтешламов, дополнительная прибыль предприятия, за счет уменьшения платежей за размещение данного вида отхода, составит 7927403,47 руб/год.

4.2 Расчет экономических результатов реализации мероприятия

Образуется 18810 т/год нефтешлама. После внедрения системы переработки нефтешлама образуется 3751,43 т/год товарной нефти. Примем стоимость 1 т (6 барль) полученной нефти 13920 руб. Расчет экономических результатов разрабатываемого мероприятия осуществляется путем сравнения вариантов до и после проведения мероприятия. (таблица 4.2).

Таблица 4.2 - Расчет экономических результатов от реализации мероприятия

Перерабатывая нефтешлам, а не собирая его в амбарах, НГДУ "Чекмагушнефть" получает прибыль.

4.3 Эффективность очистки сточных вод

Эффективность очистки сточных вод определяется из соотношения количеств загрязняющих веществ, поступивших на очистку в составе сточных вод, к количеству веществ, прошедших комплексную очистку в составе сточных вод. Наглядно эффективность очистных сооружений представлена в табл.4.3

Таблица 4.3 - Содержание загрязняющих веществ в сточных вод до очистки и после

Таким образом, концентрация загрязняющих веществ в процессе очистки снижается.

Вывод

Рассмотрен объект защиты при функционировании предприятия НГДУ "Чекмагушнефть". В качестве объекта защиты выбраны гидросфера и литосфера. Проведен анализ методов переработки нефтешламов и очистки сточных вод.

Приведены примеры патентных разработок в области переработки нефтешламов и очистки сточных вод.

Обоснованы и выбраны аппараты для механической, физической и химической переработки нефтешламов и очистки сточных вод.

Спроектирована система защиты гидросферы. Разработанная схема переработки нефтешламов, включающая вибросито, для задержания механических примесей, центрифуга, сепаратор который разделяет нефтешлам на три составляющие. Произведен расчет внедряемого оборудования.

Разработана принципиальная технологическая схема очистки сточных вод, которая включает в себя решетку для улавливания крупных частиц, горизонтальная нефтеловушка для улавливания и отделения нефтепродуктов и взвешенных веществ, сорбционный фильтр. Проведен расчет внедряемого оборудования.

Рассчитан материальный баланс процессов очистки сточных вод и переработки нефтешлама, выявлена экологическая эффективность функционирования системы переработки нефтешламов на "Чекмагушнеть" в процессе переработки нефтешламов образуется 3751,43 т товарной нефти, 2620,69т - твердого осадка, которые используются в качестве вторичного сырья.

Произведена оценка экологической эффективности разработанной системы защиты окружающей среды. Предприятие получает прибыль за счет продаж нефтепродуктов после установки, также нет затрат на транспортировку нефтешлама.

Список используемой литературы

1. Баширов В.В., Бриль Д.М., Фердман В.М., Тухбатуллин Р.Г., Харланов Г.П. Способы переработки нефтешламов // Защита от коррозии и охрана окружающей среды. - 1994. - № 10. - с.7-15.

2. Бережной С.Б., Барко В.И. Экологически чистый метод утилизации нефтешламов // Безопасность жизнедеятельности. - 2003. - № 9. - с.48-50.

3. Ветошкин А.Г. Процессы инженерной защиты окружающей среды (теоретические основы). Учебное пособие. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2004. - 325 с., ил.

4. Ветошкин А.Г. Защита литосферы от отходов: Учебное пособие - Пенза: изд-во Пенз. гос. ун-та, 2005 - 189с., ил.

5. Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты гидросферы: Учебное пособие. - Пенза: изд-во Пеyp/ гос. ун-та, 2004. - 188с., ил.

6. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии част. - Москва: Изд-во "Химия", 1995. - 400с.

7. Госсен Л.П., Величкина Л.М. Экологические проблемы нефтегазового комплекса (обзор) // Нефтехимия, т.46. - 2006. - № 2. - с.83-88.

8. Гудков А.Г. Механическая очистка сточных вод: Учебное пособие. - Вологда: ВоГТУ, 2003. - 152 с.

9. Красногорская Н.Н., Трифонова Н.А. Утилизация и переработка нефтяных шламов в республике Башкортостан // Безопасность жизнедеятельности. - 2006. - № 5. - с.33-37.

10. Лукиных А.А., Лукиных Н.А. Таблицы для гидравлического расчета канализационных сетей и дюкеров по формуле акад.Н. Н. Павловского. - 4-е изд, доп. - М.: Стройиздат, 1974. - 156 с.

11. Магид А.Б. Технологии переработки нефтешламов с получением товарных продуктов // Мир нефтепродуктов. - 2003. - № 4. - с.24-26.

12. Минигазимов Н.С., Расветалов В.А., Зайнуллин Х.Н. Утилизация и обезвреживание нефтесодержащих отходов. - Уфа: "Экология", 1999. - 299с.

13. Нагорнов С.А., Романцова С.В., Остриков В.В. Повышение эффективности утилизации нефтешламов // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2002. - № 1. - с.31-32.

14. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов технологии. - Ленинград: Изд-во "Химия" - 1987. - 576с.

15. Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. - Москва: Изд-во Госхимиздат - 1962. - 843с.

16. Турский Ю.И., Филлипова И.В. Очистка производственных сточных вод. - Ленинград: Изд-во "Химия" - 1967. - 326с.

17. Сафонов В.С., Чернышова Н.Е., Цирулина Е.К., Дубровина В.А., Измайлов В.Д. Разработка основ комплексного использования отходов нефтепереработки и нефтехимии в производстве керамзита // Химическая промышленность. - 1994. - № 7. - с. 20-24.

18. Стахов Е.А. Очистка нефтесодержащих сточных вод. - Ленинград: Изд-во "Недра" - 1983. - 263с.

19. Смыков В.В., Смыков Ю.В., Ториков А.И. О проблеме утилизации нефтесодержащих отходов // Нефтяное хозяйство. - 2005. - № 3. - с.30-33.

20. Хайдаров Ф.Р., Хисаев Р.Н., Шайдаков В.В., Каштанова Л.Е. Нефтешламы. Методы переработки и утилизации. - Уфа: Монография, 2003. - 74 с.

21. Мазлова Е.А., Мещеряков С.В., Климова Л.З. Реагентное разделение заводских нефтесодержащих шламов и осадков // Химия и технология топлив и масел. - 2000. - № 6. - с.46-47.

22. Примеры расчетов канализационных сооружений: Учебное пособие для вузов/ под ред. Ю.М. Ласкова - 2-е изд, перераб и доп. - М.: Стройиздат, 1987. - 255 с., ил.

23. http://yandex.ru/yandsearchнефтешлам. ру // Переработка и утилизация нефтешламов.

24. ГОСТ Р ИСО 14031 - 2001 Оценивание экологической эффективности - М., 2001

25. СНиП 2.04.03 - 85. Канализация. Наружные сети и сооружения. - Введ.01.01.1986. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. - 72с.

26. http://yandex.ru/yandsearchtext =172 // Использование центрифуги

27. http://www.abok.ru/for_spec/articles. php? nid=2705 // водоснабжение и водоотведение.

28. СНиП 2.04.03 - 95 Канализация. Наружные сети и сооружения.

29. http://library. fentu.ru // Методы решения шламовых проблем на предприятиях нефтегазового комплекса. Автономов Е.Г., Москаленко С.А.

30. http://www.ntpo.com/patents_gas.ru Коллекция патентов, актуальных изобретений и технологий.

31. http://waste.ru // Справочно-информационная система, касающаяся вопросов об отходах.

32. http://www.ecoman. narod.ru Справочно-информационная система, включающая нормативные документы.

33. http://www.fips.ru Фонд патентных разработок в России.

34. http://www.sciteclibrary.ruбезотходная, экологически безопасная технология и оборудование для утилизации нефтемаслоотходов и санации нефтезагрязненных земель с помощью препарата “Эконафт".