Д.т.н. Адельшин А.Б., к.т.н. Адельшин А.А.

Казанский государственный архитектурно - строительный университет, Россия

Д.т.н. Гришин Б. М., к.т.н. Бикунова М.В., Круглов Р.И.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

Блочно-модульная установка для очистки нефтепромысловых сточных вод

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

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

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

Очистка НСВ может осуществляться методами тонкослойного отстаивания, фильтрования, флотации, отстаивания с предварительной жидкостной фильтрацией, коалесценцией в насадках, обработкой в гидродинамических трубчатых и струйных каплеобразователях, гидроциклонах.

Весьма перспективным направлением является применение методов очистки, имеющих наиболее полное количество факторов, интенсифицирующих процесс очистки. Сравнительный анализ показал, что наибольшее количество интенсифицирующих очистку факторов имеет технологическая схема «гидроциклон - отстойник». В гидроциклоне происходят процессы разрушения бронирующих оболочек, коалесценции, уменьшения полидисперсности частиц нефти и разделения НСВ, за счет чего увеличивается глубина и время последующей очистки отстаиванием в 1,5-2 раза. Недостатком гидроциклона является малое время обработки НСВ (не более 1,5-3с) и, как следствие, недостаточно полное использование энергии закрученного потока для коалесценции капель нефти. Наряду с гидроциклонами для интенсификации процессов разрушения нефтяных эмульсий промыслов нашли широкое применение трубчатые гидродинамические каплеобразователи, при этом наиболее эффективно работают конструкции, расположенные в горизонтальной плоскости. Такие каплеобразователи могут быть использованы одновременно в качестве коалесцирующих аппаратов и коммуникационных трубопроводов, обеспечивающих достаточно длительное время коалесценции капель нефти. Они имеют высокую удельную производительность, небольшие размеры, низкую металлоемкость, возможность использования в стесненных условиях.

Применение трубчатых каплеобразователей в качестве коаксиально расположенных в горизонтальной плоскости цилиндрических сливных камер гидроциклонов позволяет совместить преимущества данных конструкций для интенсификации процессов коалесценции нефтяных капель в НСВ.

Установлено, что закрученные потоки на сливах гидроциклона обладают большим запасом остаточной энергии, что может быть использовано для достижения высокого уровня разрушения НСВ в сливных камерах.

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

Для эффективной коалесценции нефтяных капель и последующей очистки НСВ предложена установка типа БГКО (блок гидроциклон – камеры сливов - отстойник), схема которого представлена на рис. 1.

Исходная НСВ поступает в гидроциклон 1, в котором подвергается гидродинамической обработке и разделению на потоки верхнего и нижнего сливов гидроциклона. Потоки далее поступают в камеру 2 нижнего слива и 3 верхнего слива, в которых продолжается гидродинамическая обработка НСВ за

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

счет остаточной энергии закрученных потоков. Далее обработанная НСВ через распределители 5 верхнего слива и 6 нижнего слива поступает в отстойник 4, в котором происходит перемешивание поступающих потоков и последующее отстаивание воды, нефти и мехпримесей.

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

В сливных камерах НСВ подвергается комплексной гидродинамической обработке, обеспечивающей эффективную коалесценцию частиц нефти. Частично разрушенная НСВ вводится в слой высококонцентрированной нефтяной эмульсии в верхней зоне отстойника в виде затопленных струй, вытекающих через отверстия распределителей, при этом разделение (контактная очистка) НСВ происходит за счет всплывания и перехода укрупнившихся капель нефти в слое жидкой контактной массы (ЖКМ) уловленной нефти. Осаждаясь в нижнюю часть отстойника, капли воды переходят в сплошной слой воды, откуда выделяются тяжелые мехпримеси и накапливаются на дне отстойника, а частично осветленная вода направляется в отсек дополнительного осветления и выводится из него.

Разработанная блочно-модульная установка БГКО позволяет существенно улучшить эффективность очистки НСВ по сравнению с традиционными установками, работающими по схеме «гидроциклон-отстойник».