Установка модернизированная с коалесцирующей загрузкой для очистки буровых сточных вод БСВ-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

В дипломном проекте рассмотрен анализ существующих конструкций оборудования для очистки БСВ, их технические характеристики, показатели надежности, основные причины отказа и износа деталей и узлов.
На основании расчета и выбора основных рабочих параметров предложена модульная установка для очистки БСВ, основные узлы и детали которого рассчитаны на прочность, а также освещены правила эксплуатации и технического обслуживания оборудования для очистки БСВ.
Проведены исследования режимов работы оборудования для очистки БСВ с усовершенствованием узла адсорбционной доочистки.
В технологической части дипломного проекта разработана технология резки и сварки отстойника с нагнетательным патрубком.
Рассмотрены вопросы техники безопасности и охраны труда рабочих при эксплуатации и обслуживании оборудования для очистки БСВ, а также охраны окружающей среды при работе с данным оборудованием.
Произведен расчет экономической эффективности от усовершенствования узла адсорбционной доочистки оборудования для очистки БСВ.
Адсорбция представляет собой один из наиболее эффективных методов глубокой очистки сточных вод. Эффективность адсорбции обусловлена прежде всего тем, что адсорбенты способны извлекать практически все органические вещества, содержащиеся в БСВ, том числе и биологически жесткие, к которым относятся компоненты буровых растворов, не удаляемые из него другими метода-ми. При использовании высокоактивных адсорбентов воду можно чистить от загрязняющих веществ до практически нулевых остаточных концентраций.
Адсорбенты извлекают из воды вещества при любом, даже весьма малом, их содержании, когда другие методы очистки оказываются неэффективными. В качестве примера можно привести выделение из воду растворенных углеводородов. Эта операция оказалась эффективной при использовании специальных установок на активированных углях, адсорбционная емкость которых для марок АР-3, АГН, АГ-5, Al-З и КАД составляет соответственно 7,7; 7,5; 6,6; 8,0; 14,2 мг/г.
Первые адсорбционные установки по очистке сточных вод нефтепере-рабатывающих заводов от нефтепродуктов были построены в 1971-1972 гг. в Японии и США (производительность 16 тыс. м3/сут), а позже в Финляндии для очистки балластных вод. Действующие установки позволяют снижать для концентрированных стоков ХПК с 450 до 37 мг∙О2/л. Более разбавленные стоки очищаются на угле до ХПК 7 - 13 мг∙О2/л и содержания нефтепродуктов до 0,3 мг/л. Более глубокая очистка достигается увеличением времени контакта угля и воды до 30 - 50 мин. В Финляндии для станции производительностью 65 тыс. м3/сут себестоимость очистки составляет 0,20 долл/м3, т.е. в 1,5 раза ниже, чем при комбинации биологической и химической очисток. В Японии эксплуатационные расходы на очистку воды от нефти составляют 0,013 - 0,026 долл/м3 при производительности 3,8 - 38 тыс. м3/сут.
Гарантией эффективной работы адсорбционных установок является предварительное отдаление нефтепродуктов из сточных вод на специальных нефтеловушках или фильтрах с пенополиуретановой загрузкой. Фильтры с высотой загрузки 2 м из дробленого пенополиуретана (диаметр зерна 5 - 10 мм) позволяют непрерывно очищать воду до концентрации нефтепродуктов 10-15 мг/л при нагрузке 28 - 36 м3/(м2∙ч). В этих высокопроизводительных аппаратах адсорбент регенерирует простым механическим отжатием. Плавающие и эмульгированные нефтепродукты могут быть удалены при коалесценции на загрузках из песка, антрацита, полипропилена и других материалов.
Адсорбция является эффективным методом очистки загрязненных сточных вод, однако применительно к буровым сточным водам опыта использования адсорбционной очистки не имеется. Между тем замкнутая система оборотного водоснабжения на буровой включает операцию возврата задолженной на бурение воды в природный кругооборот. В связи с этим возникла необходимость в проведении комплекса лабораторных и промысловых исследований для уточнения некоторых закономерностей.

1.4.2 Исследование режимов работы оборудования для очистки БСВ для усовершенствования узла адсорбционной доочистки

Наибольшее распространение в качестве адсорбентов получили углеводо-
родные материалы. В связи с этим для лабораторных и промысловых исследований были взяты серийно выпускаемые промышленностью активированные угли марок АГ-3, БАУ, КАД - иодный, СКТ, а также намечаемые к выпуску АБД и БКЗ, Кроме того, опробован природный сорбент - бентонитовый глинопорошок, на 70% и более состоящий из монтмориллонита. Для расчета удельного расхода адсорбента, определения кинетики и динамики адсорбционных процессов необходимо установить зависимость количества адсорбированного вещества от равновесной концентрации. Это возможно сделать путем снятия изотерм адсорбции.
Изотермы адсорбции при температуре 20 ± 1 °С определялись для водных растворов реагентов, концентрация которых изменялась в пределах 0,001- 0,01 кг/кг, по методике ВНИИВОДГЕО
1.5 Цель и задачи проектирования

Целью дипломного проекта является исследование режимов работы оборудования для очистки сточных вод с усовершенствованием узла адсорбционной доочистки, позволяющее повысить надежность и эффективность метода очистки загрязненных сточных вод, качественное отделение нефтепродуктов из БСВ и возможность их отбора для использования как вторичного сырья и обеспечить удобство и безопасность его обслуживания.
Для достижения этой цели в дипломном проекте решаются следующие задачи:
- анализ существующих конструкций оборудования для очистки БСВ;
- разработка конструкции модульной установки для очистки БСВ;
- совершенствование узла адсорбционной доочистки;
- технология нефтяного машиностроения;
- безопасность и экологичность проекта;
- экономическая часть.

Разработка представляет собой модульную установку для очистки БСВ, изображенную на рисунке 10, состоящую из: напорного отстойника 1, с ко-алесцирующей насадкой 2, и полочным блоком 3, двух насосов 4, подающих частично очищенную БСВ к песчаному фильтру 5. В нижней части отстойника расположен шламосборник 6, где через коллектор 8 удаляется шламовым насосом образующийся шлам. Полочный блок состоит из каркаса с помещен-ными в него пластинами, фиксированными между собой шпилями с помощью шплинтов. Наклон пластин в полочном блоке, согласно рекомендации ТатНИ-Инефтемаша, составляет 50, материал пластин – оргстекло. В качестве коагу-лянта используем керамзит в смеси с полиэтиленом.
В качестве загрузки адсорбера используем активированный уголь. Установка компонуется на сварной раме 7.
Рассмотрим теоретический принцип установки: буровая сточная вода подается во входной патрубок 10. При попадании Б.С.В. в отстойник происхо-дит падение напора, жидкость проходит через коалесцирующую насадку 2, играющую роль не только отделителя нефти, но и пористой перегородки, и является эффективным гасителем энергии входящего потока. Затем поток про-ходит в полочный блок 3, где отделяется основная масса механических приме-сей и крупнодисперсная часть эмульгированной нефти. Уловленная нефть че-рез патрубок 9, отводится в накопительные емкости. Далее буровые сточные воды направляются в песчаный фильтр 5, для тонкой очистки.
Патентные исследования проводятся с целью определения технического уровня и тенденции развития объектов техники, их патентоспособности и па-тентной чистоты на основе научно-технической информации. Объектом па-тентного поиска является адсорбционный аппарат – необходимый элемент блока очистки БСВ, и его конструктивные разновидности.
В таблице 4 приведены технический уровень и тенденции разви-тия
адсорбционных аппаратов и их основных узлов.
Из таблицы 4 видно, что нами были рассмотрены пять различных ад-сорбционных аппаратов для очистки БСВ, но выбран был адсорбционный ап-парат, разработанный Тахистовым Ю.В., Маркевич А.В. и Калининым А.И. [ ].
Адсорбционный аппарат, содержа¬щий цилиндрический корпус, крыш-ку, адсорбционный материал или реагент и штуцеры для подачи и отвода очищае¬мой среды, отличающийся тем, что в него введены конусообразный со-суд, ус¬тановленный в корпусе и разделяющий его объем на две камеры, в каж-дой из которых размещен адсорбционный мате¬риал или реагент, перфори-рованный диск,
установленный в нижней части корпуса и отделяющий камеру между стенка-ми корпуса и сосуда от поло¬сти для сбора очищенной среды, располо¬женной в днище корпуса, трубопровод, соединяющий штуцер для подачи очищае¬мой среды и нижнюю часть объема сосуда и пропущенный через перфорирован-ный диск и днище корпуса, слои пористого мате¬риала, размещенные на дне сосуда, на по¬верхности перфорированного диска и в кольцевом зазоре между верхней частью ко¬нусообразного сосуда и стенкой корпуса, и фильтры, раз-мещенные в трубопроводе для подачи очищаемого потока и на выходе из по-лости для сбора очищаемой среды. Верх¬няя часть корпуса перекрыта крыш-кой, в центральной части которой выполнен вы¬ступ, частично входящий в верхнюю часть конусообразного сосуда, между верхним торцом которого и крышкой образован коль¬цевой канал, соединяющий обе камеры, за¬полненные адсорбционным материалом или реагентом. Диаметр отверстий в перфо-рированном диске увеличивается от его пе¬риферии к центру. Выступ на крыш-ке может быть выполнен сферическим или кониче¬ским.
Адсорбционный аппарат имеет ряд преимуществ по сравнению с остальными:
- аппарат содержит мини¬мальное число технологичных деталей, не-сущих адсорбционный материал или реагент, а именно: цилиндрический кор-пус с днищем, конусообразный сосуд с трубоп¬роводом и штуцерами и перфо-рированный диск;
- сборка включает мини¬мальное число простых операций: установ¬ка в корпусе перфорированного диска и конусообразного сосуда, засыпка адсорб-ционного материала и реагента в камеры, закрепление на корпусе крышки;
- разборка аппарата осуществляется чрезвы¬чайно просто путем снятия крышки, извле¬чения сосуда с адсорбционным материалом из корпуса и высы-пания адсорбционного материала из корпуса и сосуда;
- так как при разборке аппарата возможность смешивания материалов в сосуде и корпусе незначительна, то в обеих камерах возмож¬но использование различных (по способу регенерации, по принципу работы – адсорбент или
реагент) материалов;
- на¬личие минимального количества и простота герметизации стыков деталей (корпус -крышка, днище корпуса - трубопровод) снижает возможность утечки жидкости из аппа¬рата;
- наличие фильтров в трубопроводе для подачи очищаемого пото¬ка и на выходе из полости для сбора очищенной среды позволяет эффективно предохранить адсорбент от взвешенных ча¬стиц и устранить попадание частиц адсор¬бента или реагента в очищенную среду при обеспечении удобства их очистки или заме¬ны;
- организация равномерного распределения потоков в камерах с по-мощью выступа на крышке и выполнения перфорационных отверстий в диске различ¬ного диаметра дает возможность дольше ис¬пользовать адсорбент или реагент, т.е. реже заменять их.
Проведенный патентный поиск позволяет выделить некоторые тенден-ции развития адсорбционного аппарата:
- разработка новых типов конструкций адсорберов по очистке БСВ;
- упрощение существующих адсорберов, то есть их конструкции, с це-лью повышения технологичности, удобства в эксплуатации и удешевление;
- усовершенствование отдельных узлов адсорбционных аппаратов.

2.3.2 Конструктивное исполнение адсорбционной установки для очист-ки БСВ

Адсорбционный аппарат, который показан на рисунке 12, состоит из корпуса 1 с днищем 2, крышки 3 с выступом 4, сосуда 5, разделяющего объем корпуса 1 на две камеры 6 и 7, заполненные, например, адсорбционным мате-риалом и реагентом, перфорированный диск 8, разделяющий камеру 7 и по-лость 9 для сбора очищенной среды, слоев 10-12 пористого материала, уста-новленных, соот¬ветственно, на входе в камеру 6, в кольце¬вом зазоре 13 между верхней частью конусообразного сосуда 5 и стенкой корпу¬са 1 и на поверхно-сти диска 8, штуцеров 14 и 15 для подачи и отвода очищаемой среды, трубо-провода 16, соединяющего штуцер 14 и нижнюю часть сосуда 5, двух запор-ных элементов 17 и 18, закрепленных гайками 19 на штуцерах 14 и 15, и двух фильтров 20 и 21, установленных соответственно в трубоп¬роводе 16 и на вы-ходе из полости 9. Между верхним торцом конусообразного сосуда 5 и крыш-кой 3 образован кольцевой канал 22. Каждый из запорных элементов (17 или 18) состоит из корпуса 23, поворотной пробки 24, патрубка 25 и ввинченного в корпус 23 ниппеля 26. На трубопроводе установле¬ны уплотнительная шайба 27 и гайка 28.
Предлагаемый аппарат работает следующим образом.
Очищаемая среда, напри¬мер вода, подается через запорный элемент 17 к фильтру 20 в котором вода очищается от взвешенных частиц. Через стенки фильтра 20 вода поступает в трубопровод 16, а из него - в камеру 6 и, проса-чи¬ваясь между зернами адсорбента, заполняющими эту камеру, очищается от примесей. Через кольцевой канал 22 и слой пористого материала 11, установ-ленного в кольцевом зазоре 13, вода поступает в камеру 7 и, проходя между зернами реагента, заполняющего эту камеру, минерализуется (при заполнении камеры 7 другим адсорбен¬том может быть получена еще более чистая вода). Затем, пройдя слой пористого мате¬риала 12 через отверстия в диске 8, очи-щен¬ная вода собирается в полости 9 и из нее поступает к фильтру 21 и далее через запор¬ный элемент 18 подается к месту назначе¬ния.

2.3.3 Расчет основных параметров модернизированной модульной установки для очистки сточных вод с помощью ЭВМ

Расчет выполнен на ЭВМ, исходные данные для расчета приведены в таблице 5, а выводимые параметры в таблице 6. В приложении А приведена программа расчета основных параметров на ЭВМ, а результаты расчета при-ведены в
приложении Б.
Проведенные исследования режимов работы оборудования для очистки БСВ с усовершенствованием узла адсорбционной доочистки показали, что наиболее активно адсорбируется диссолван. Для КССБ, УЩР и КМЦ эта активность существенно ниже, при¬чем наиболее сложно удаляется КМЦ, что связано, по-видимому, с его полимерной природой: пленка КМЦ обволакивает поверхность частиц угля и выводит ее внутрипоровый объем из активной работы.
Из адсорбентов наибольшую актив¬ность показывает активированный уголь марки АГ-3. Другие угли менее активны (по крайней мере, при адсорбции диссолвана и КССБ), а уголь СКТ вообще сорбирует из-бирательно.
Таким образом, для очистки буровых сточных вод предпочти-тельным является сорбент марки АГ-3.
Экономическая эффективность от внедрения оборудования для очистки БСВ усовершенствованием узла адсорбционной доочистки составила 25969,01 тыс. руб.
Таким образом, выбранная нами адсорбционная доочистка БСВ является наиболее эффективным методом очистки сточных вод. Эффективность адсорбции обусловлена прежде всего тем, что адсорбенты способны извле¬кать практически все органические вещества, содержащиеся в БСВ, том числе и биологически жесткие, к которым относятся компоненты буровых растворов, не удаляемые из него другими методами. При использовании высокоактивных адсорбентов воду можно чистить от загрязняющих веществ до практически нулевых остаточных концентраций.