НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ   НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ

  СТОЧНЫХ  ВОД

 

д.т.н., проф. А.Б. Адельшин,  к.т.н., доц. А.А. Адельшин

Казанский государственный архитектурно-строительный университет

д.т.н., проф. Б.М. Гришин,  к.т.н., доц. М. В. Бикунова

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

 

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

К настоящему времени создана технология очистки НСВ, которая предусматривает предварительное укрупнение и уменьшение полидисперсности капель нефти за счет гидродинамической обработки исходной НСВ в гидроциклонах и последующую очистку стоков в отстойниках.

Гидродинамическое воздействие на НСВ в полости гидроциклона имеет наибольшее количество интенсифицирующих процесс коалесценции факторов, способствует быстрому разрушению бронирующих оболочек на глобулах нефти, в целом интенсифицируя процесс последующей очистки. Недостатком гидроциклонов является малое время обработки НСВ (не более 1-3 с), не позволяющее в полной мере использовать энергию закрученных потоков для эффективной коалесценции капель нефти [1, 2].

Наряду с гидроциклонами для интенсификации процессов разрушения нефтяных эмульсий промыслов, нашли широкое применение простые по конструкции и весьма эффективные в работе трубчатые гидродинамические каплеобразователи. Они имеют высокую удельную производительность, небольшие размеры, низкую металлоемкость, возможность использования в стесненных условиях. Наиболее эффективно работают горизонтальные трубчатые каплеобразователи, которые могут быть использованы одновременно в качестве коалесцирующих аппаратов и коммуникационных трубопроводов, обеспечивающих достаточно длительное время коалесценции капель нефти [3].

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

         Исследования новой технологии укрупнения эмульгированных капель нефти в результате гидродинамической обработки исходной НСВ и последующей  очистки ее от нефти отстаиванием производились на экспериментальной установке (рис. 1) при работе гидроциклона с давлением на входе  0,4 - 0,5МПа с противодавлением на выходе из цилиндрических камер нижнего и верхнего сливов порядка 0,2-0,3 МПа. Производительность гидроциклона по исходной НСВ составляла 4-6,5 м3/ч, диаметры верхней и нижней сливных камер составляли 100 мм. Длины камер изменялись от 1 до 3 м.

Исследования состояли в определении концентрации нефти и дисперсного состава капель нефти до и после гидродинамической обработки НСВ, а также концентрации нефти в очищенной НСВ на выходе из отстойника 7 (рис. 1).

Экспериментальные исследования проводились в следующей последовательности: бак 3 заполнялся  исходной  нефтепромысловой сточной водой (НСВ) ОАО «Татнефть». Затем включался в работу насос 2, с помощью которого заполнялись водой гидроциклон 1, цилиндрические камеры нижнего слива 5 и верхнего слива 4, а также  отстойник 7.

Рис. 1. Схема экспериментальной установки:

1 – гидроциклон; 2 – центробежный насос; 3 – бак исходной сточной воды;

4, 5 – цилиндрические камеры верхнего и нижнего сливов; 6 – манометры;

7 – отстойник; 8  – дозирующее устройство; 9 – вентиль; 10 – задвижки; 11 – отбор проб; 12 – распределители потоков верхнего и нижнего сливов

 

После достижения установившегося режима (при указанных выше давлениях) в поток воды на всасывающем патрубке насоса производилась дозировка нефти с помощью дозирующего устройства 8 вентилем 9.

В экспериментах производился отбор не менее трех проб эмульсии (НСВ) для определения содержания и дисперсного состава нефти. В опытах температура НСВ составляла 25-300 С, весовая концентрация нефти в НСВ изменялась от 200 до 1000 мг/л, что соответствовало значениям относительной объёмной концентрации  от 2,3 ·10 -4 до 1,2 · 10-3.

            На рис. 2  показаны кривые кинетики отстаивания исходной (кривая 1) и обработанной в гидроциклоне (без камер сливов) НСВ (кривая 2) при объемной концентрации нефти в НСВ .

         Рис. 2. Графики отстаивания НСВ при

1 – исходная (не обработанная) НСВ; 2 – НСВ, обработанная в гидроциклоне без камер сливов

 

Рис. 3. Графики эффективности отстаивания НСВ, обработанной по схеме «гидроциклон – камеры сливов» при:

1 - ; 2 - ; 3 - ; 4 -

 

 

Эффект отстаивания определялся по формуле:

                                                                               (1)

 

где Сисх и Сот – объемные концентрации частиц нефти в исходной НСВ и

                          после отстаивания.

На рис. 3 приведены графики кинетики отстаивания НСВ, обработанной по схеме «гидроциклон - камеры сливов» при различных значениях объемной концентрации частиц нефти .

По результатам экспериментов  было установлено, что оптимальное время обработки НСВ в верхней и нижней камерах гидроциклона составляет соответственно tв=23-25 с и tн=18-20 с.

Анализ полученных данных показывает, что обработка НСВ по схеме «гидроциклон - камеры сливов» позволяет, по сравнению с обработкой только в гидроциклоне, при времени отстаивания tотс=60 мин и одинаковой концентрации нефти () увеличить эффект отстаивания с 74 до 85,8 %. После двухчасового отстаивания эффект очистки НСВ при  достигал 90,5-91,8 %, что соответствовало остаточному содержанию нефти в отстоянной воде 72-82 мг/л (), в то время как эффективность двухчасового отстаивания НСВ после обработки только в гидроциклоне не превышала 85 %. Отстаивание исходной НСВ без обработки в гидроциклоне в течение 2-х часов дало эффект осветления не более 63 % (см. рис. 2). Обработка опытных данных позволила получить следующую математическую зависимость для эффекта отстаивания НСВ по схеме «гидроциклон – камеры сливов – отстойник»:

                     , %                                        (2)

где

a – коэффициент;   a=88,67;  

 

φ  - относительная объемная концентрация нефти в НСВ;

 

t – время отстаивания, мин, 60 ≤ t отс ≤ 120 мин.

 

b( φ) – функция, определяемая по формуле

                                        b(φ)=.                                            (3)

         Разработанная технология очистки НСВ реализована в установках  типа БГКО (блок гидроциклон - камеры сливов - отстойник), успешно прошедших производственные испытания на ряде нефтепромыслов. 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Адельшин,  А.А.  Новые технические решения для очистки нефтесодержащих сточных вод с использованием закрученных потоков [Текст] / А.А. Адельшин, А.Б. Адельшин, С.Ю. Андреев, Б.М. Гришин // Известия высших учебных заведений. Строительство. – 2008. - №10. – С. 64-69.

2. Адельшин, А.А. Моделирование процессов и разработка установок очистки нефтесодержащих сточных вод на основе использования закрученных потоков [Текст]: автореф. дис. … канд.техн. наук / А.А. Адельшин. – Пенза, 2009. -23 с.  

3. Адельшин,  А.Б.  Исследование процессов очистки  сточных вод нефтепромыслов с использованием закрученных потоков [Текст] / А.Б. Адельшин, А.А. Адельшин, Б.М. Гришин, В.Г. Камбург, М.В. Бикунова // Известия Казанского  архитектурно-строительного университета. – 2010. -  №1.  – С. 234-240.