Моделирование системы регулирования выходного давления бжд

 

 

 

 

 

 

 

Х. Анализ мероприятий по водоподготовке на предприятиях нефтедобывающей промышленности

В нефтедобывающей  промышленности важную роль играет добыча сточных вод. Вода имеет очень  широкую область применения в  данной отрасли. При бурении скважин  для очистки застоя от выбуренной породы и выноса её на поверхность, для охлаждения бурового инструмента  широко применяют промывочные жидкости на водной основе, в которых вода является основным компонентом. В качестве промывочной жидкости используется и чистая вода.

Необходимы  меры по очистке воды (строительство  очистных сооружений), в связи с  чем целью данного раздела  является:

- провести анализ мероприятий по водоподготовке сточных вод;

- выполнить расчет фильтра;

 

Х.1 Анализ мероприятий по водоподготовке

При разработке объекта водозабора учитывается водоотведение не только непосредственно для нефтяной промышленности, но и для ближайшего населенного  пункта, обслуживающего объект. С целью  обеспечить сельское хозяйство (полив  садов, огородов, наполнение поилок для  скота). Проведем анализ подготовки воды нужд сельского хозяйства.

Водоподготовка для нужд сельского хозяйства проходит по следующему алгоритму:

- очистка от крупных частиц на этапе забора воды;

- реагентное умягчение воды;

- коагуляция коллоидных примесей  воды;

- отстаивание и фильтрация воды;

- обеззараживание воды;

После прохождения этих этапов вода оказывается пригодной для использования  на нужды сельского хозяйства, но не для употребления человеком.

 

Механическая очистка от крупных частиц.

В первую очередь из воды необходимо удалить  песок, камни и другие крупные  инородные тела. Так как они могут стать причиной засора или поломки оборудования, а так же неблагоприятно повлиять на почву при поливе.

 Очистка  происходит при помощи грабельных механизмов, илоскребов, решеток и шиберов. При автоматизации решеток основная задача заключается в управлении граблями, дробилками, транспортерами и шиберами на подводящем канале.

Реагентное умягчение воды.

Большое количество солей кальция и магния делает воду малопригодной для использования в сельском хозяйстве. Умягчение воды относится к числу распространенных процессов обработки воды в промышленном водоснабжении. Основным методом обработки является реагентный, который при неглубоком умягчении применяется самостоятельно, а при глубоком — в сочетании с методом катионирования. При введении в воду реагентов (извести или соды) катионы кальция и магния превращаются в труднорастворимые системы, выпадающие в осадок.

Основным  параметром регулирования процесса умягчения воды реагентным методом  служит величина pH, при отклонении которой  от заданного значения изменяется подача реагента. В контуре регулирования подачи извести величина pH измеряется в конце зоны смешения осветлителя в пробоотборной точке. В этой точке реакция взаимодействия реагентов с солями карбонатной жесткости проходит примерно на 80%, поэтому контрольное значение pH задается меньшим с расчетом на то, что в верхних зонах осветлителя величина pH достигнет -10,2.

  Коагуляция коллоидных примесей воды.

Коагулирование  примесей воды - процесс укрупнения коллоидных и диспергированных частиц, происходящий вследствие их слипания. Коагулирование (коагуляция) завершается  образованием видимых невооруженным  глазом хлопьев и выпадением их в  осадок при отстаивании. В результате коагуляции вода становится прозрачнее, обесцвечивается.

Природная вода имеет примеси в  виде глины и гумусовых или  гуминовых веществ - продуктов распада  растений. Эти частицы при столкновении друг с другом или с частицами  контактной массы обычно взаимно  отталкиваются, так как обладают агрегативной устойчивостью (АУ). АУ большинства  примесей воды обусловлена электростатическими  силами отталкивания, т.е. электрическим  зарядом за счет наличия вокруг частиц двойного электронного слоя, состоящего из противоположно заряженных ионов. Непосредственно  на поверхности частиц расположен адсорбционный  слой из отрицательно заряженных ионов, а вокруг находится диффузный  слой из положительно заряженных ионов H⁺, Na⁺, K⁺. Для обеспечения коагуляции необходимо нарушить АУ, т.е. свести заряд частицы до минимума. Известно, что частицы гумуса и глины способны к обменной адсорбции катионов диффузного слоя на 2-х и 3-х валентные катионы. При поглощении амфолитами из воды катионов Ca²⁺, Mg²⁺ их устойчивость понижается. В еще большей степени их устойчивость снижается при адсорбции катионов Al³⁺ и Fe³⁺. Поэтому в практике коммунального водоснабжения для снижения агрегативной устойчивости соединений воды применяются коагулянты, содержащие, в основном, 3-х валентные катионы: сернокислый глинозем, железный купорос, хлорное железо и высокомолекулярные флокулянты (ВА-2, полиакриламид).

Наиболее часто приоритет отдается сернокислому алюминию (Al₂(SO₄)₃•18H₂O), сернокислому (FeSO₂•7H₂O) и хлорному (FeCl₃•6H₂O) железу.

При растворении указанных реагентов  в воде происходит их гидролиз с  образованием труднорастворимых гидратов окисей хлопьевидной структуры, на которой  сорбируются коллоидные частицы  и грубые взвеси, оседающие на дно  и осветляющие воду.

Химические реакции взаимодействия коагулянтов с водой выглядят следующим образом:

1. Использование сернокислого глинозема:

Al₂(SO₄)₃ + 3Ca(HCO₃)₂ = 2Al(OH)₃ + 3CaSO₄ + 6CO₂ ; 
Al₂(SO₄)₃ + 3Mg(HCO₃)₂ = 2Al(OH)₃ + 3MgSO₄+ 6CO₂

2. Использование железного купороса (сернокислой закиси Fe):

FeSO₄ + Ca(HCO₃)₂ = Fe(HCO₃)₂ + CaSO₄

Для ускорения процесса в воду добавляют  известь:

Fe(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ = Fe(OH)₂ + Ca(HCO₃)₂ 
2Fe(OH)₂ + H₂O + O = 2Fe(OH)₃

 

Ориентировочную дозу коагулянта можно определить в  соответствии со СНиП 2.02.02-84 "Водоснабжение. Наружные сети и сооружения" по формуле, а также по методикам, изложенным в "Инструкции по нормированию расхода  воды на хозяйственно-бытовые и технологические  нужды, проведению лабораторно-производственного  и санитарно - гигиенического контроля за качеством питьевой воды и очистки  сточных вод". При содержании в  воде примерно 100 мг/л взвешенных веществ  доза коагулянта составляет 25-35 мг/л.

  Отстаивание и фильтрация воды.

После процесса коагуляции необходимо произвести очистку  от коллоидных частицы и грубых взвесей. Несмотря на кажущуюся простоту процессов, происходящих в отстойниках, довольно трудно добиться их работы в оптимальном режиме с эффективным использованием всего объема рабочего пространства. Особенно сложно стабилизировать режим работы осветлителей со взвешенным слоем осадка, где на гидродинамику процесса накладываются колебания температуры.

Для удаления из воды мелкодисперсных и коллоидных частиц, не задержанных в отстойниках  и осветлителях, используют обычные  скорые фильтры с инертной зернистой  загрузкой (песок, гравий, дробленый  антрацит). Рабочие циклы (фильтрование) периодически прерываются для восстановления фильтрующей способности загрузки путем промывки чистой водой.

  Х.1.1 Обеззараживание воды.

Пестициды, которые попадают в воду при обработке  лесопосадок, садов, огородов, негативно  влияют на живые организмы, которые  потребляют такую воду. Хозяйственно-бытовые  стоки приводят к биологического загрязнения воды, что может вызвать  кишечно-желудочные заболевания (холера, тиф) и заболевания печени (гепатит).

Наиболее  распространенный способ обеззараживания  воды на водопроводных станциях —  обработка хлором. Газообразный хлор хорошо растворяется в воде, однако непосредственно из баллонов не может вводиться в воду по условиям техники безопасности. Для введения газообразного хлора в воду служат хлораторы — аппараты, предназначенные для снижения давления и дозирования хлора. Схема такого аппарата (модель С-0378, рис. 1) состоит из технологического блока А (дозатора) и блока управления Б. Принцип работы блока дозирования следующий. Хлор- газ, проходя запорный вентиль и фильтр, поступает в регулятор давления, где оно понижается до 1,5 ±0,05 кгс/см² (0,15 МПа) и остается таким в качестве рабочего. Давление задается нажимной пружиной регулятора с помощью регулирующего винта.

Из регулятора давления газ поступает через  мембранную коробку манометра в электрический ротаметр, сигнал от которого передается в блок управления Б для выработки управляющего сигнала исполнительному механизму регулирующего клапана. Управление исполнительным механизмом обеспечивается ПИ- регулятором. Регулирование количества газа возможно и вручную с помощью маховика ручного управления приводом. На корпусе привода размещен миллиамперметр, служащий указателем положения запорного конуса вентиля.

К нижней части вентиля присоединен вакуумный  клапан. При нормальном режиме работы хлоратора после вентиля должно быть разрежение не ниже 0,02 МПа, при  котором клапан открыт. При падении  разрежения ниже 0,02 МПа клапан перекрывает  поток газа. Таким образом, вакуумный клапан пропускает газ только при заданном разрежении. Из редукционного вентиля газ, пройдя обратный клапан, попадает в эжектор. Если подача хлор-газа прерывается, обратный клапан закрывается и предотвращает попадание воды в газопровод, а оттуда в эжектор. В эжекторе хлоргаз перемешивается с рабочей водой и направляется в обрабатываемую воду.

Рис. 1. Схема автоматического хлоратора:

1 — запорный вентиль; 2 — фильтр; 3 — регулятор давления;

4 — манометр; 5 — ротаметр; 6 — регулирующий вентиль;

7 — электропривод; 8 — вакуумный клапан; 9 — обратный клапан; 10— эжектор; 11 — сужающее устройство расходомера;

12 — дифманометр; 13 — датчик анализатора хлора; 14 — торирующие преобразователи; 15 — распределительные устройства сигналов;

16 — задатчики хлоргаза; 17 — вторичный прибор; 18 — регулятор; 19 — миллиамперметр

Х.2. Расчет фильтра

Фильтры применяют для безреагентного осветления и частичного обесцвечивания воды поверхностных источников, если цветность не превышает 50 град.

При медленном  фильтровании воды на поверхности песка  образуется пленка из взвешенных в  воде частиц, обеспечивающая высокую  степень осветления воды. Одновременно обеззараживается вода за счет задержания бактерий образующейся фильтрующей  пленкой. Наличие в теле фильтра  большого количества органических веществ  способствует развитию микроорганизмов, уничтожающих вносимые водой бактерии. При нормальной работе фильтров (после  образования фильтрующей пленки) достигается полное осветление воды.

Фильтр представляет собой железобетонный или кирпичный резервуар прямоугольной или круглой в плане формы, открытый или закрытый, заполненный фильтрующим материалом – кварцевым песком, уложенным на поддерживающие слои с соответствующей дренажной системой. Толщина слоя кварцевого песка с крупностью зерен 0,3-1 мм принимается равной: при регенерации с удалением слоя – 1200мм; при регенерации с промывкой слоя в фильтре – 400мм.  Крупность зерен и высоту слоев загрузки фильтров следует принять по таблице Х.2.1 (ГОСТ 8269-87).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица Х.2.1

Характеристика  поддерживающих слоев медленного фильтра

 

№ слоя сверху вниз	Загрузочный материал	Крупность зерен, мм	Высота слоя загрузки, мм
1	Песок	0,3-1	500
2	Песок	1-2	50
3	Песок	2-5	50
4	Гравий или щебень	5-10	50
5	Гравий или щебень	10-20	50
6	Гравий или щебень	20-40	50

 

Определение площади фильтра F производится по формуле:

                                           F=

м²                                               (Х.2.1)

Где Qсут – производительность станции, м³/сут;

V – расчетная скорость фильтрования, м/с.

F=

м²                                                 

Принимаем два фильтра по 9 м² , размерами в плане 3*3м.

Предельную  грязеемкость фильтра (количество загрязнений  в кг/ м² поверхности фильтра) найдем по формуле:

                                       Г=

кг/ м²                                        (Х.2.2)

Где Р=(10…15)*10^-3Н/ м²;

φ = (50…120)м/кг – показатель удельного сопротивления  грязевой пленки;

μ = 0,001Н/ м²   - динамический коэффициент вязкости, зависящий от температуры воды.

Г=

кг/м²

^\ Время полезной работы фильтра до регенерации определяется по формуле:

                                                t_п=

, сут                                        (Х.2.3)

где М  – мутность в исходной воде, мг/л.

t_п=

сут.

Период  полезной работы фильтра продолжается до времени исчерпания располагаемого напора, после чего фильтр останавливают  и приступают к регенерации верхних  слоев загрузки, снимая 2-3см и взрыхляя его с одновременной подачей  воды на поверхность фильтра.