Рациональное водо- и теплоиспользование и экологическая защита в транспортно-технологических системах нефтебаз Дальневосточного региона Угрюмова, Светлана Дмитриевна

Введение к работе

Актуальность. Нефтеперевалочные базы являются крупными потребителями пресной воды. Свыше 90% потребляемой воды перерабатывается в пар, свыше 70% пара направляется на фронт слива для разогрева нефтепродуктов.

Основные технологические процессы, какими является разогрев и слив нефтепродуктов из железнодорожных цистерн с последующей транспортировкой последних в резервуарный парк, требуют значительного водообеспе-чения. Так, на Находкинской нефтеперевалочной базе суточная потребность

в пресной воде составляла в 1985г. - 825м³, в 1990 - 1000м³, в 1995 -

1200м³, в 1997 - 1400м³. Водопотребление нефтебазами возрастает каждые 5 лет в среднем на 15 - 20%, что объясняется частичной реконструкцией предприятий, усложнением технологических процессов. Взаимосвязанность процессов водопотребления с разогревом и сливом нефтепродуктов из железнодорожных цистерн очевидна. На 1т. сливаемого продукта расходуется 1,1т. пара.

Общие запасы воды на земле составляют 1386 млн. км ., соленой воды или минерализованной 97,5%. Объем пресной воды составляет около 35 млн.

км³ или 2,5% общих запасов воды на земле. По данным Организации Объединенных Наций в 43 странах наблюдается недостаток в пресной воде. К 2000 г. потребность человечества в пресной воде достигнет 5400 млрд. м в год, из которых 70% на производственные нужды. Загрязнение нефтью гидросферы составляют 2135'Ю⁶77год. Не обладают достаточным количеством природной воды развивающиеся отдельные регионы России, в том числе и южные районы Приморского края.

В себестоимости перевалки нефтепродукта значителен удельный вес и топливно-энергетической составляющей. Это затраты по обеспечению базы энергоресурсами на всех стадиях производственного процесса: разогрев и слив нефтепродукта из железнодорожных цистерн, транспортировка в хранилища, водоснабжение, экологическая защита, что обусловлено особенностями технологии обработки нефтепродуктов. В связи с этим изыскание путей рационального использования водо-и теплоресурсов и является одной из важнейших задач уменьшения производственных затрат. Совершенствование тепловых схем и теплоиспользование на производстве осуществлялось ведущими специалистами и коллективами ряда научно-исследовательских, учебных и проектных институтов, и предприятий: ЦНИИТЭИМПС, ВНИИОЭНГ, НИИНТИ Госплана УССР, НИИ Транснефть, ИНТИ УКРНИИхиммаш, Уфимским нефтяным институтом, ВНИИСПТнефть и др.

Основные положения теории разогрева нефтепродуктов при сливе из железнодорожных цистерн, технологических аппаратов (подогревателей масел, мазутов и т.д.) и тепловых схем в направлении рационального использования тепловой энергии заложены в работах В.Е. Губина, Е.В. Кардовского, М.А. Кичигина, Л.Г. Колпакова, Т.С. Петухова, В.П. Свиридова и др.

Большой вклад в исследование тепловых процессов в вязких жидкостях внесен работами В.И. Михеева, Г.А. Петухова, В.М. Рамма и др.

Процессам водоподготовки, водного режима и водообеспечения посвящены исследования М.М. Агамалиева, К.М. Абдулаева, А.А. Али-Заде, Г.И. Дадашевой, И.А. Малахова и др.

Вопросы водопроизводства для технического водоснабжения промпред-приятий рассмотрены в трудах В.Ф. Коваленко, Г.Я. Лукина, Л.С. Стермана, В.Н. Слесаренко, Е.И. Таубмана, В.Б. Чернозубова, Ю.В. Якубовского и др.

Оптимизации производственных тепловых процессов и процессов подготовки воды, очистке производственных стоков посвящены работы И.В. Гордина, П.В. Найденко, Л.С. Портнягина, В.М. Синькова, Т.А. Филиппова и др.

Указанные теоретические и рекомендательные оценки отдельных процессов рассматриваются в этих исследованиях раздельно и в основном применительно к другим энергопотребляющим объектам.

В настоящее время нет комплексного подхода к анализу системы «тепло-потребления-водопотребления-экологии» применительно к нефтебазам. Отсутствуют математические модели взаимодействия такой системы. Существующие рекомендации по оснащению и технико-экономической эффективности функционирования нефтебаз требуют высоких энергозатрат на тепло, воду и организацию экологической защиты. Актуальность задачи сокращения потребления пресной воды береговыми нефтебазами и совершенствования технологии безостаточного слива нефтепродукта, и уменьшения нефти в стоках не вызывает сомнений.

Целью работы является создание базовой, адаптируемой к различным природно-производственным условиям Дальневосточного региона, модели береговой нефтебазы, удовлетворяющей критериям экологичности по загрязнителям от нефтепродуктов, обеспечивающей максимальные сбережения и экономичность использования ресурсов пресной воды, энергоресурсов.

Основная идея работы состоит в разработке теоретических и экспериментальных методов и технологических решений, позволяющих значительно повысить эффективность использования: морской воды вместо пресной, технологических процессов разогрева и слива нефтепродуктов, средств очистки нефтесодержащих сточных вод.

Методы исследований включают обобщение теоретических и проведение экспериментальных исследований, проектно-конструкторское и математическое моделирование, обоснование и применение теории тепло-и массоб-мена, разработку методики обработки экспериментальных данных, математическое описание и оптимизацию технологических процессов разогрева и слива нефтепродуктов; опреснения морской воды.

Научные положения, защищаемые автором. 1. В соответствии с законом внутреннего динамического равновесия природных систем, проблемы экологии, ресурсосбережения и экономики береговых нефтебаз могут быть решены только во взаимосвязи явлений, характерных для рассматриваемого типа природно-производственного объ-

екта.

1. Учет многообразия условий функционирования природно-производственных объектов (береговых нефтебаз) Дальневосточного региона возможен при наличии системной базовой модели, позволяющей адаптировать ее к конкретной ситуации.

2. Эффективность рационализации параметров системы «теплопотребление-водопотребление-экология» достигается комплексным системным учетом технологических, экологических и экономических факторов, имеющих детерминированно-вероятностную природу.

3. Необходимость решения задач интенсификации процессов разогрева и слива нефтепродуктов из железнодорожных цистерн определяется снижением требуемых объёмов пресной воды, тепловой энергии и охраной морской акватории при сбросе нефтесодержащих стоков.

4. Оптимальность и эффективность параметров природно-производственных объектов (транспортно-технологических систем нефтебаз) достигается применением соответствующих математических методов расчета и моделирования отдельных модулей, процессов, производственных комплексов.

Научная новизна.

1. С целью снижения водопотребления, разработан метод совместного ис
пользования предварительно умягченной морской воды в технологиче
ском процессе разогрева и слива нефтепродуктов из железнодорожных
цистерн с последующей очисткой нефтесодержащих стоков, как единой
системы «Вода-тепло».

5. Классифицирован и выполнен сравнительный анализ существующих методов разогрева и слива, обоснованы теоретически и экспериментально методы сокращения времени слива нефтепродукта из железнодорожных цистерн.

6. Впервые предложен комбинированный метод разогрева и слива нефтепродукта через верхнее размывающее устройство с дозачисткой котла цистерны через нижнее гидромониторное устройство.

7. Показана целесообразность использования умягченной морской воды в тепловых производственных процессах и исследованы факторы, интенсифицирующие процесс теплоотдачи, позволяющие повысить паропроизво-дительность установки по сравнению с существующими.

8. Установлены обобщённые математические зависимости для определения количества потребляемой предприятием воды, расходов греющего пара и накопления сточных нефтесодержащих вод в зависимости от объёмов сливаемых нефтепродуктов на приморских нефтеперевалочных базах, что в совокупности с моделированием процесса циркуляционного разогрева и слива нефтепродуктов, дало возможность аргументировать преимущества комплексного решения водообеспечения баз в совокупности с разогревом и сливом нефтепродуктов.

Научная ценность работы. Представленное комплексное решение позволяет определить критерии оптимальности и эффективности при про-

ектно-конструкторских разработках природно-производственных объектов (береговых нефтебаз) Дальневосточного региона. Практическая ценность работы:

1. Предложен новый комбинированный метод разогрева и слива нефтепродукта для уменьшения времени слива и количества неразмываемого осадка в придонной части цистерны, разработаны новые размывающие приспособления как для верхнего, так и нижнего разогрева нефтепродукта в котле цистерны.

2. Для уменьшения содержания нефти в сточных водах, рекомендованы конструкции прямоточно-противоточных фильтрующих колонн.

3. Результаты исследований позволили снизить расход тепла на разогрев нефтепродукта, сократили потребление пресной воды на технические нужды, что позволило защитить акваторию от нефтесодержащих стоков.

4. На основе анализа полученных теоретических обобщений предложены методы расчёта, обеспечивающие эффективное решение задач, возникающих при разработке комплексного обеспечения по термической переработке умягченных морских, сточных вод для улучшения водо-обеспечения нефтеперевалочных баз, снижению расходов по теплопо-треблению, связанному с расходом пара на разогрев и слив нефтепродуктов.

Использование результатов диссертации позволило:

5. Разработать техническое предложение по разогреву и сливу нефтепродуктов из железнодорожных цистерн - "Разработка и усовершенствование циркуляционного разогрева нефтепродуктов при сливе из железнодорожных цистерн" на нефтебазах Приморского края - переданы в технический отдел Приморского управления Госкомнефтепродукт для рассмотрения и внедрения.

6. Внести технические предложения и рекомендации по сбору и очистке конденсата - "Разработка замкнутой системы сбора и очистки конденсата на нефтебазах Приморского края" - переданы в технический отдел нефтебаз г.Владивостока, г.Находки для рассмотрения и внедрения.

7. Предложить для реализации на нефтебазе г. Находки проект - "Станция опреснения на основе опреснительных установок ДОУГТПА" - передано в технический отдел АО Роснефть - Находканефтепродукт.

8. Разработать техническое предложение по циркуляционному разогреву масел в резервуарах для АО Роснефть - Находканефтепродукт - передано в технический отдел для рассмотрения и внедрения.

9. Усовершенствовать методику расчёта подогревателей нефтепродукта при проектировании установок по их разогреву и сливу.

В диссертационной работе решена научная проблема повышения эффективности процессов разогрева и слива нефтепродуктов во взаимодействии с процессами водообеспечения и очистки нефтесодержащих стоков, имеющая важное народнохозяйственное значение в связи с созданием и эксплуатацией топливо - и водосберегающих технологий.

Достоверность научных обоснований, выводов, рекомендаций к внедрению подтверждается использованием современных методов исследования, постановкой экспериментов как на лабораторных установках, так и промышленных, сопоставимостью результатов аналитических исследований и проведенных физических экспериментов, признанием приоритетных технических решений и корректностью математических моделей.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на Всесоюзном научно-техническом совещании по теплообмен-ным и теплофизическим свойствам морских и солоноватых вод. (Баку, 1976), Всесоюзных конференциях "Теплофизика и гидрогазодинамика процессов кипения и конденсации (Рига, 1982,1988 г.); Всесоюзном совещании по предотвращению загрязнений моря и атмосферы (Николаев, 1986г.) на Всесоюзном совещании "Разработка и исследование новых типов энерготехнических и теплоутилизационных установок с глубоким использованием вторичных энергоресурсов" (Баку, 1985), Всесоюзном научно-техническом совещании "Проблемы сокращения сточных вод и создания замкнутых систем водопользования" (Челябинск, 1988), Международной конференции "Нетрадиционные возобновляемые источники энергии, новые технологии и охрана окружающей среды" (Владивосток, 1995 г.) на Всероссийской конференции "Современные проблемы производства, качества и реализации потребительских товаров", ДВГАЭУ (Владивосток, 1996 г.).

Личный вклад автора: в диссертации использованы результаты самостоятельных исследований, в том числе:

идея и направленность работы, постановка задач исследования, разработка методики обработки экспериментальных данных;

организация планирования и проведения экспериментальных исследований как на лабораторных стендах, так и промышленных установках;

обобщение данных экспериментальных и натурных исследований, обоснование теории тепло- и массообмена, построение математических моделей как отдельных узлов, так и технологических установок;

разработка и проектирование отдельных элементов, авторский надзор изготовления оборудования, монтаж и испытание промышленных установок;

разработка рекомендаций по применению ряда размывающих устройств при сливе темных нефтепродуктов из железнодорожных цистерн в условиях Дальнего Востока, по использованию горизонтальных опреснительных установок с тонкопленочными теплообменниками, имеющих интенсифицирующие элементы и по фильтрующим прямоточно-противоточным колоннам, способствующим снижению содержания нефти в производственных стоках предприятиях.

Соискатель выражает глубокую признательность доктору техн. наук, профессору Слесаренко В.Н., доктору техн. наук, профессору Якубовскому Ю.В., за постоянную методическую помощь и поддержку, оказанную автору, в ходе выполняемой работы, а также сотрудникам кафедры эколо-

гии и безопасности жизнедеятельности ДВГТУ и сотрудникам других организаций, принимавших участие в обсуждении результатов исследований.

Публикации: автором опубликовано 109 научных работ общим объёмом 95 п.л. в том числе 2 монографии по теме диссертации; в 40 научных статьях, 4-х авторских патентах на изобретения, 2-х учебниках с грифом ГОСКОМ ВУЗа и 2-х учебных пособий с грифом ГОСКОМ ВУЗа.

Объем работы. Работа представляет 276 стр. машинописного текста, 80 рисунков, 47 таблиц, 218 источников используемой литературы, приложение на 180 стр. машинописного текста.

Структура работы представлена: общей характеристикой работы, шестью главами, заключением, списком используемой литературы, приложением.