Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние очистки вод малых водотоков для закрытых оросительных систем 12
1.1 Водные ресурсы, общие требования к составу и свойствам воды в водоемах и водотоках 12
1.2 Особенности закрытых оросительных систем в горно-предгорной зоне. Технические условия и требования к способам и средствам подготовки воды 17
1.3 Способы и технические средства борьбы с наносами в воде 26
1.4 Загрязнение нефтью и ее продуктами поверхности земли и воды32
1.4.1 Технологии и средства сбора нефти и ее продуктов поверхности воды 38
1.5 Цели и задачи исследований 45
2 Конструкции и технологическое обоснование низконапорных гидроциклонов-осветлителей вод малых водотоков для закрытых оросительных систем 48
2.1 Выбор и обоснование конструкции гидроциклона-осветлителя при механической очистке вод малых водотоков 48
2.2 Теоретическое обоснование конструктивных и технологических параметров гидроциклонов-осветлителей при механической очистке вод малых водотоков 60
2.3 Выводы по главе 72
3 Исследование характеристик и гидравлических параметров в низконапорных гидроциклонах на основе математических моделей 73
3.1 Исследования математических моделей, полученных в лабораторных условиях на основе изучения процессов в низконапорных гидроциклонах 73
3.2 Исследования математических моделей, полученных в натурных условиях, на основе изучения процессов в низконапорных гидроциклонах 82
3.3 Сопоставительный анализ процессов в низконапорных гидроциклонах-осветлителях, различных модификаций в натурных условиях 90
3.4 Выводы по главе 96
4 Конструкции и технологическое обоснование средств сбора нефти и ее продуктов с малых водотоков для закрытых оросительных систем 97
4.1 Обоснование конструктивных и технологических параметров нефтеловушек на принципе сил поверхностного натяжения нефти и ее продуктов 97
4.2 Нефтеловушки на принципе сил поверхностного натяжения нефти и ее продуктов 103
4.2.1 Теоретические исследования и расчет элементов роторных нефтеловушек с эластичными лопастями и камерами 115
4.2.2 Состав, методика и аппаратура исследований 124
4.2.3 Исследование кинематики движения пленки нефтепродуктов у роторной нефтеловушки 130
4.3 Выводы по главе 139
5 Обоснование систем механической очистки вод малых водотоков и их экономическая эффективность 140
5.1 Технологические схемы систем механической очистки вод малых водотоков на основе центробежной сепарации 140
5.2 Компоновочные схемы систем механической очистки вод малых водотоков 146
5.3 Система механической очистки вод малых водотоков, на основе представленных разработок 156
5.4 Экономическая эффективность систем механической очистки вод малых водотоков для закрытых оросительных систем 162
5.5 Выводы по главе 167
Заключение и выводы 168
Список использованных источников 172
Приложения
- Особенности закрытых оросительных систем в горно-предгорной зоне. Технические условия и требования к способам и средствам подготовки воды
- Теоретическое обоснование конструктивных и технологических параметров гидроциклонов-осветлителей при механической очистке вод малых водотоков
- Исследования математических моделей, полученных в натурных условиях, на основе изучения процессов в низконапорных гидроциклонах
- Нефтеловушки на принципе сил поверхностного натяжения нефти и ее продуктов
Введение к работе
Актуальность работы. Проблема улучшения, сохранения и восстановления экологического качества природных компонентов геосистем, охраны и воспроизводства земельных и водных ресурсов является одной из важнейших задач, направленных на достижение целей повышения уровня жизни и здоровья населения. Доступные к освоению земли сельскохозяйственных угодий и природные запасы воды, которые могут быть использованы человеком, а тем более пресной воды, весьма ограниченны и уже не могут удовлетворить жизненные запросы человечества на данном этапе технического прогресса.
Развитие нефтяной, химической промышленности и интенсификация сельскохозяйственного производства приводит к загрязнению земель и водных акваторий в результате аварийных или неконтролируемых утечек при производстве, транспортировке, применении, хранении и утилизации веществ, оказывающих отрицательное воздействие на окружающую среду. Среди прочих загрязняющих земли и водные акватории веществ можно выделить органическую группу, которая представлена нефтью и нефтепродуктами (углеводородами).
Реальность угрозы водного голода, кроме чрезвычайно интенсивного, прогрессирующего истощения резервов чистой воды, обусловлена также нарастающим загрязнением водных источников промышленными и бытовыми стоками, стоками вод малых водотоков с урбанизированных или вовлеченных в хозяйственную деятельность человека территорий. В связи с этим возникает не менее важная проблема предупреждения загрязнения земель сельскохозяйственного назначения и поступления вредных веществ в природные водоемы, водотоки и сохранение их для будущих поколений.
Крупнейшим потребителем воды (порядка 200 км /год) является орошаемое земледелие, которое в зоне не достаточного увлажнения должно
играть основную роль в увеличении производства сельскохозяйственной продукции.
На Северном Кавказе прирост орошаемых площадей не возможен, с использованием традиционных способов орошения, так как все водные ресурсы практически использованы. Развитие гидромелиорации должно идти только по пути коренной реконструкции оросительных систем, при внедрении водосберегающих технологий, что позволит рационально использовать оросительную воду, так как коэффициент полезного действия оросительных систем, без учета внутрихозяйственной сети составляет порядка 0,56, а с их учетом и того меньше - 0,35 -5- 0,40.
В поймах предгорных рек имеются небольшие площади сельскохозяйственных земель, до нескольких десятков гектаров, где с успехом можно выращивать виноград, плодовые, овощные, бахчевые и другие культуры. Отличительными особенностями таких участков горно-предгорной зоны являются сложность рельефа, малая мощность плодородного слоя почвы, а также водные источники, обладающие большой кинетичностью потока, насыщенного наносами. В районах с расчлененным рельефом ежегодный смыв почвы составляет от 2 до 40 т/га, а в некоторых случаях - от 50 до 80 т/га и более.
Рациональное использование земельных и водных ресурсов горнопредгорной зоны возможно лишь при применении прогрессивных способов орошения, обеспечивающих подачу воды малыми поливными нормами. К их числу относят капельное, инъекционное, подкроновое и надкроновое микродождевание и другие. Данные способы, нормирующие воду в соответствии с потребностью растений, исключают поверхностный сток, смыв и эрозию почвы. Возможно проведение подкормок минеральными удобрениями, а также уничтожение вредителей растворами ядохимикатов, одновременно с поливами. Использование прогрессивных методов орошения можно осуществлять при любой форме рельефа, доступна полная автоматизация систем. Ряд прогрессивных способов орошения можно
7 использовать в качестве метода защиты от заморозков, как
адвективных, так и радиационных.
Однако применение данных способов орошения, осуществляемых высокопроизводительной поливной техникой, сдерживается отсутствием надежных средств очистки оросительной воды. Речная вода, рассматриваемых зон, характеризуется высоким содержанием взвешенных веществ, порядка 5 г/л, а в паводок - до 10 г/л, в ряде случаев и нефтепродуктами до 10 мг/л, если источник проходит через заселенные территории. Пескогравиеловки не эффективны ввиду недостаточного осветления оросительной воды от наносов при большой кинетичности потока; отстойники имеют значительные габариты, высокие стоимость и трудоемкость в строительстве и эксплуатации; отсутствуют надежные и апробированные производством нефтеловушки.
Технологически целесообразными в горно-предгорной зоне являются борьба с наносами в гидроциклонах, при использовании кинетической энергии потока, учитывая большие перепады местности, а также необходимость устранения антропогенного воздействия на геосистему, что и предопределило направление разработок и исследований.
Целью работы является разработка способов и технических средств механической очистки вод малых водотоков для закрытых оросительных систем (ЗОС), а также устранение последствий антропогенного воздействия.
Объектами исследований являются новые технические средства и закономерности технологических процессов при механической очистке вод малых водотоков для ЗОС.
Областью исследований являются технологии и системы механической очистки вод малых водотоков.
Задачами исследований в соответствии с поставленной целью являются:
— провести анализ сложившейся практики очистки вод малых водотоков для ЗОС предгорной зоны, а также устранения последствий антропогенного
8
воздействия существующими методами, изучить технологии и
технические средства их реализующие;
- разработать способы механической очистки вод малых водотоков для ЗОС
предгорной зоны;
на основе теоретических и экспериментальных исследований разработать новые конструкции гидроциклонов-осветлителей и способы управления их работой;
выполнить теоретические исследования, математическое моделирование и
провести оптимизацию конструктивно-технологических разработок системы механической очистки вод малых водотоков для ЗОС;
- на основе теоретических и экспериментальных исследований разработать
новые конструкции и методы по сбору нефтепродуктов с поверхности воды;
- апробировать в производственных условиях системы механической очистки
вод малых водотоков.
Методы, использованные в процессе исследований. Все анализы, наблюдения и исследования проводились в соответствии с требованиями государственных, отраслевых стандартов и общепринятых методик; экспериментальные исследования проводились с применением современной измерительной аппаратуры, точность которой являлась совокупной оценкой адекватности полученных результатов; обработка данных осуществлялась методами математической статистики с использованием компьютерных программ, таких как MathCAD, Statistica и другие.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
Способы механической очистки вод малых водотоков для закрытых оросительных систем предгорной зоны на основе теоретических исследований;
Теоретические и экспериментальные исследования по обоснованию направляющих и образующих гидроциклонов-осветлителей и способов управления их работой;
3. Результаты анализов математических моделей,
полученных на основе исследования процессов в низконапорных гидроциклонах-осветлителях;
Новые способы и устройства их реализующие по сбору нефтепродуктов с поверхности воды на основе теоретических и экспериментальных исследований;
Компоновочные и технологические схемы систем гидроциклонной очистки вод малых водотоков на базе модульного принципа для ЗОС предгорной зоны на основе положений системного подхода к анализу и синтезу.
Личный вклад автора заключается в обосновании направления работы, целей, задач, методов проведения экспериментальных исследований; разработке новых способов и технических средств их реализующих; определении эмпирических параметров и получении математических зависимостей для обоснования конструктивных параметров гидроциклонов-осветлителей и устройств для сбора нефтепродуктов; разработке технологических схем систем очистки вод малых водотоков; разработке компоновочных схем систем гидроциклонной очистки оросительной воды на базе модульного принципа.
Достоверность научных положений и выводов обосновывается:
данными математического анализа полученных результатов с высокими значениями коэффициентов корреляционных отношений в зависимостях и уравнениях;
аналитическими расчетами и сопоставительным анализом лабораторных и
натурных экспериментов;
- результатами эксплуатации нефтеловушек и производственной апробацией
гидроциклонов-осветлителей в натурных условиях. Научная новизна работы:
- теоретическое обоснование конструктивных и технологических параметров
гидроциклонов-осветлителей для закрытых оросительных систем предгорной зоны;
- метод оптимизации параметров роторных нефтеловушек;
- теоретические зависимости для расчета скорости вращения барабана, напора
на водосливе и высоты лопастей роторных нефтеловушек;
- кинематика движения пленки нефтепродуктов у роторной нефтеловушки;
- положения системного подхода к анализу и синтезу компоновочных и
технологических схем систем механической очистки вод малых водотоков
для закрытых оросительных систем предгорной зоны.
Практическое значение работы заключается в разработке новых способов и технических средств, а также компоновочных и технологических схем систем гидроциклонной очистки воды на базе модульного принципа, которые могут быть использованы при проектировании закрытых оросительных систем, что позволит обеспечить высококачественную очистку воды от грубодиспергированных примесей, плавника и нефтепродуктов, а также реализовать схему оборотного водоснабжения в технологиях требующих удаления углеводородного сырья.
Реализация работы. Новые технологии и технические средства были реализованы в производстве при очистке воды для ЗОС в ООО «Колос - ЛЕ» Абинского района и на системах оборотного водоснабжения автомобильных моек в г. Абинске и в п. Ахтырском, где последние показали хорошую работоспособность в течение 3 лет.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались на научных конференциях КГАУ (2000 - 2005 гг.), на региональных научно-практических конференция молодых ученых, на международных научно-практических и всероссийских конференциях (г. Дубна 2004 г., г. Анапа 2004 г., г. Пущино 2005 г.) с 1999 г. по 2005 г.
По основным положениям диссертационной работы и результатам исследований были заявлены работы на всероссийские конкурсы в г. Новосибирске, проводимые Министерством образования Российской Федерации, где автор был награжден дипломами первой степени в 2002 и в
2003 гг., а также на краевые конкурсы 2002 - 2005 гг., где автор был награжден дипломами первой степени.
Работы по технологии очистки вод малых водотоков для ЗОС от наносов и нефтепродуктов экспонировались на международном экономическом форуме «Кубань - 2003» в г. Сочи; на выставке «Молодые ученые Краснодара-предприятиям города» в 2003 г.; на международном экономическом форуме «Кубань - 2004» в г. Сочи; на выставке «Молодые ученые Краснодара -предприятиям города» в 2004 г.; на международном экономическом форуме «Кубань - 2005» в г. Сочи. Работа, действующая модель и медиа-проект по теме «Защита окружающей среды от техногенных загрязнений» экспонировались на V Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи 2005 на ВВЦ в г. Москве, за что автор награжден дипломом. Системы и технологии очистки водных акваторий от нефтепродуктов экспонировалась на V Московском международном салоне инноваций и инвестиций в 2005 г. на ВВЦ РФ, за которую автор награжден бронзовой медалью.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликована 31 научная работа, в том числе 14 патентов Российской Федерации на 20 изобретений.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав и общих выводов. Она изложена на 187 страницах машинописного текста и 12 приложений на 45 страницах, иллюстрирована 54 рисунками и содержит 14 таблиц. Библиография включает 175 наименований, в том числе 21 иностранных авторов.
Особенности закрытых оросительных систем в горно-предгорной зоне. Технические условия и требования к способам и средствам подготовки воды
Анализ перспектив развития орошения в горно-предгорной зоне Краснодарского края показывает [5, 6], что доля небольших по площади и высокорасположенных, в зональном отношении, участков будет неуклонно возрастать, особенно в связи с переходом к фермерскому хозяйствованию.
Как показывает опыт [7, 8, .9], успешное освоение данных массивов возможно лишь при использовании ЗОС с техникой и способами полива, хорошо зарекомендовавшими себя в горно-предгорной зоне.
К данным способам и технике полива можно отнести следующие: дождевание (стационарные дождевальные системы, широкозахватные многоопорные дождевальные машины, дальнеструйные дождевальные машины, среднеструйные дождевальные установки), подпочвенное, инъекционное и капельное орошение.
В связи с практической невозможностью производства должного количества ряда сельскохозяйственных культур, например, овощных, бахчевых и других без орошения в аридной зоне, особую важность приобретает широкое применение многоопорных дождевальных машин. В этом плане большое внимание должно уделяться хорошо зарекомендовавшим себя дождевальным машинам типа «Волжанка», «Днепр» и другие таблица 1.2. Любая дождевальная машина является элементом оросительной системы. При этом последняя в свою очередь должна учитывать специфические требования примененной оросительной техники.
Используются следующие способы водоподачи в ЗОС - подача воды стационарными и передвижными насосными станциями, погружными насосами при наличии подземных вод, а также за счет использования перепада местности на самотечно-напорных системах.
Стационарные насосные станции применяются на ЗОС при достаточном количестве воды в источнике, наличии больших площадей и электроэнергии. В этом случае от одной насосной станции могут питаться более десятка ДМ «Фрегат», «Волжанка», «Днепр» [10, 11]. Такая схема позволяет орошать большие массивы, при полной автоматизации оросительной системы и насосной станции, увеличить производительность и значительно снизить капитальные вложения [12], именно таким путем шло развитие мелиорации в Советском союзе. Однако, переход к рыночным отношениям, повлекшим разукрупнение хозяйств и переход к фермерскому производству сельскохозяйственной продукции, диктует превосходство организации не больших по площади оросительных систем. При одиночной работе широкозахватных дождевальных машин используют передвижные насосные станции типа СНП 75/100. .
Применение поверхностного способа полива возможно лишь с использованием трубок, сифонов, гибких или жестких передвижных поливных трубопроводов и по контурным бороздам. Однако, в технологическом плане поверхностный полив весьма трудоемок, а в связи с дефицитом в горной местности рабочих рук, не всегда возможен и экономически оправдан. Нарушение же технологии поверхностного полива ведет порой к непоправимым последствиям, ведь в горной зоне мощность плодородного слоя почв порой не превышает 15 + 20 см и, после смыва, восстановление ее происходит в течение многих десятилетий. Проведенные исследования [9] показывают, что при поверхностном поливе по наибольшему уклону, без соблюдения рациональных элементов техники полива, количество смытой почвы достигает от 2 до 40 т/га за поливной сезон (в зависимости от растительного покрова и размера поливной струи). При этом с одного гектара выносится 165 кг азота, 110 кг фосфора, 161 кг калия. Развитие ЗОС шло по двум направлениям: первое связано с развитием дождевания; второе определялось задачами технической реконструкции существующих систем и освоением новых земель, на которых строить открытую сеть экономически не выгодно или просто невозможно.
Закрытые и комбинированные оросительные системы находят широкое применение в зарубежных странах в Алжире, Италии, Индии, США, Франции и других странах. Используются они, главным образом, для орошения пастбищ, овощей, садов, ягодников и цитрусовых [13, 14]. Наиболее рентабельной системой, при освоении горных зон, зарубежом считают полустационарную с вращающимися дождевальными насадками на трубопроводе. Однако наметилась явная тенденция перехода к орошению из стационарных автоматизированных дождевальных и капельных систем, обусловленная, помимо других причин, дефицитом воды, стремлением к ее экономии и высокой стоимостью рабочей силы [14, 15, 16, 17, 18]. Все ЗОС не зависимо от их назначения и схем подразделены на два типа. К первому относятся самотечно-напорные системы, рабочий напор в которых создается за счет разности геодезических отметок местности и гидравлического уклона трубопроводов. Ко второму типу относятся системы с механической водоподачей, требуемый рабочий напор в которых создается насосами.
Выполненный А.К. Бекбудовым [19] подсчет энергетических ресурсов самотечно-напорной оросительной системы предгорной зоны показал, что средняя величина удельной технической мощности находится в пределах от 0,32 до 0,6 кВт/га, и ее вполне достаточно для полива из ЗОС [20]. Участки сельскохозяйственных угодий с уклонами, превышающими 0,03, являющегося одним из основных мелиоративных показателей, предопределят собой решение вопроса о способах орошения в данных районах, где наиболее целесообразно применять самотечно-напорные ЗОС [20, 21, 22, 23, 24].
Известная методика определения энергетических ресурсов самотечно-напорных ЗОС [19], позволяет определить среднюю величину удельной мощности системы, когда ее абсолютное значение колеблется в пределах от 0, у водозабора, до некоторого значения в конце орошаемого массива. Отсюда вытекает, что самотечно-напорная ЗОС должна иметь холостой транзитный участок от водозабора до орошаемого массива, в начале которого нужно иметь удельную мощность, достаточную для производства дождевания или капельного полива. С другой стороны, поскольку эта удельная мощность зависит от напора, а последний создается за счет разности геодезического и гидравлического уклонов, то трасса магистрального трубопровода должна быть направлена по наибольшему уклону местности. Это направление предопределяет основную наиболее рациональную схему самотечно-напорной ЗОС в пределах границ орошаемого массива [25, 26, 27].
Теоретическое обоснование конструктивных и технологических параметров гидроциклонов-осветлителей при механической очистке вод малых водотоков
С целью оптимизации траектории движения частиц определенного класса, в гидроциклоне именно под них должны быть рассчитаны направляющие, а еще лучше и образующие гидроциклона, работающего на определенном напоре (при определенном числе Fr) и установленного под определенным углом к горизонту своей осью. Нами при работе над вышеприведенными уравнениями было найдено подобное решение путем ввода в разработанную расчетную программу для ПК координат х и у, при каждом периоде члена «я-». В результате этого, удалось просчитать траектории движения частиц в гидроциклоне в пределах нескольких оборотов. Значение координат точек очертания направляющей по оси наклонного гидроциклона для Fr =30 представлено в приложении А в таблице А1, а на рисунке 2.3, в качестве примера, приведено расчетное очертание направляющей по оси наклонного гидроциклона при Fr =40, а в приложении Б приведены расчетные очертания при Fr =10, 20, 30, 50. Фактически нами приведены расчеты и получены значения данных координат при Fr =10, 20, 30, 40 и 50, а также получены расчетные очертания направляющих по оси наклонного гидроциклона для Fr =10, 20, 30, 40 и 50. Естественно, что при необходимости, по разработанной программе для компьютера, можно будет рассчитать очертания направляющих для любого значения числа Fr и любого угла наклона его оси от вертикали. Это позволит при изготовлении гидроциклонов-осветлителей высокомутных вод, учитывать реальную компоновочную схему гидроциклонной системы водоочистки, где гидроциклоны устанавливаются под определенным углом к горизонту, исходя из рельефных условий местности. В свою очередь специально изготовленные гидроциклоны позволят при меньших рабочих напорах на входе в аппараты, что пропорционально снижает стоимость системы водоочистки, повысить качество очистки воды, и как следствие, во многих случаях, отказаться вообще от дорогостоящих последующих ступеней очистки высокомутных вод. Производя развертку, полученных поперечных сечений направляющих по оси наклонного гидроциклона в соответствии с основными рекомендациями по сочетанию размеров элементов конструкции аппарата, можно получить образующую гидроциклона.
Это можно сделать, разворачивая спираль направляющей или до нужного диаметра, или до определенной длины конической части аппарата. По полученному таким образом конусу аппарата производят проверку его элементов соответственно основным критериям, предъявляемым к аппаратам подобного типа, а также к возможности образования в нем пробок из зависающих частиц твердой фракции. Теперь рассмотрим гидродинамику двухфазного потока и выясним качественное влияние твердой взвеси на несущую ее среду. При малых концентрациях взвеси она не оказывает заметного влияния на движение, такой поток идентичен однофазному. Однако в циклонных камерах содержание твердой фазы достигает таких значений, когда она начинает оказывать влияние на закономерность движения несущей фазы, вызывает перестройку полей скорости и давления. Наличие в потоке твердых частиц уменьшает коэффициент сопротивления камеры. Уровень вращательных скоростей ниже, чем в однофазном потоке при том же расходе через циклон. Такое же влияние на коэффициент сопротивления оказывает шероховатость стенок циклонной камеры. Это обусловлено тем, что часть механической энергии потока затрачивается на поддержание твердой фазы во взвешенном состояние и перемещение ее с определенной скоростью. Соответственно этому уменьшается доля энергии, расходуемая на вращение среды. Для изучения формирования потоков в гидроциклоне рассмотрим относительное движение твердой частицы по конической поверхности камеры, приняв движение закрученного потока за переносное. Свяжем подвижную систему отсчета с вращающейся жидкостью, совместив ось Ох с образующей конической поверхности, как показано на рисунке 2.4. Обозначим а - угол конусности гидроциклона. Вращение этой системы вокруг оси конуса является переносным движением частицы М, относительным движением частицы М является ее движение вдоль образующей конуса [130].
Исследования математических моделей, полученных в натурных условиях, на основе изучения процессов в низконапорных гидроциклонах
Анализ математических моделей для гидроциклонов НГО-1 и НГО-2 производим по коэффициентам в уравнениях регрессии, по чистой регрессии, а также по геометрически интерпретированным функциям отклика, что позволит в полной мере выявить вклад каждого фактора в исследуемый процесс. Математическая модель по расходу в пески гидроциклона модификации НГО-1 диаметром 500 мм имеет вид: На рисунке 3.7 представлены значения функций при постоянных отношениях рабочих напоров на входе в гидроциклон. При отношении рабочих напоров равном 0,25, функция имеет максимум при разгрузочном отношении равном 0,35 и наименьшем угле наклона. Наименьшее значение функция имеет при разгрузочном отношении равном 0,25 и наибольшем угле наклона оси гидроциклона. При отношении рабочих напоров равном 0,625, функция достигает максимума при разгрузочном отношении равном 0,3 и наименьшем угле наклона оси гидроциклона. Наименьшее значение функции будет при разгрузочном отношении 0,2 и наибольшем угле наклона оси гидроциклона. Наибольшего значения функция отклика достигает при наибольшем отношении рабочих напоров, при наибольшем разгрузочном отношении и наименьшем угле наклона оси гидроциклона. Минимальное значение функции отклика будет при наименьшем разгрузочном отношении и наибольшем угле наклона оси гидроциклона.
Абсолютный максимум функция принимает при наибольших как отношениях рабочих напоров, так и разгрузочном отношении и наименьшем угле наклона оси гидроциклона равном 1,047 рад. Абсолютный минимум функция принимает при наибольшем угле отклонения оси гидроциклона от вертикали, отношении рабочих напоров равном 0,625 и разгрузочном отношении равном 0,2. Абсолютный минимум функции отклика тп для НГО-1 /)=500 мм будет при наибольшем угле наклона оси гидроциклона, разгрузочном отношении равном 0,2 и отношении рабочих напоров равном 0,625. Интерпретация знаков и абсолютных значений коэффициентов в уравнении регрессии показывает, что на функцию отклика наибольшее влияние оказывают: отрицательное - угол наклона оси гидроциклона от вертикали и несколько меньшее, но положительное - разгрузочное отношение. Анализ значений функции отклика по чистой регрессии показывает, что при изменении рабочих напоров на входе в гидроциклон с 0,25 до 0,625, происходит уменьшение функции отклика на 29,4 %, дальнейшее увеличение отношения рабочих напоров на такой же шаг, то есть до значения 1,0, также ведет к увеличению функции на 29,4 %. При изменении разгрузочного отношения с 0,15 до 0,25 происходит незначительное увеличение функции, а при дальнейшем увеличении разгрузочного отношения, на такой же шаг, происходит увеличение функции отклика, но уже на 23,7 %. Изменение угла наклона оси гидроциклона от вертикали с 1,047 до 1,395 рад ведет к уменьшению функции на 5,60 %, а дальнейшее увеличение угла наклона до 1,743 рад ведет к уменьшению функции отклика, но лишь на 19,6 %. Обобщая анализ функции отклика по пескам гидроциклона модификации НГО-1 диаметром 500 мм, можем отметить, что наибольшее влияние на нее оказывает угол наклона оси гидроциклона от вертикали, почти такое же влияние, но обратного знака, функция отклика испытывает от изменения разгрузочного отношения.
Сделанные выводы целиком совпадают с выводами, полученными при исследовании гидроциклона диаметром 300 мм в производственных условиях и при исследовании лабораторного гидроциклона. Исходя из сказанного, для эффективного воздействия на данную функцию целесообразнее использовать фактор угла наклона оси гидроциклона от вертикали или разгрузочного отношения. Приведенные выводы наглядно подтверждаются фотографиями представленными ниже. На рисунках 3.8, 3.9, ЗЛО и 3.11 представлены гидроциклоны модификации НГО-1 =500 мм в работе при практически одном и том же напоре; при различном угле наклона их оси от вертикали и различных диаметрах песковой насадки. Изменение угла наклона оси гидроциклона от вертикали с 80, как на рисунке 3.8, до110, как на рисунке 3.9, ведет к значительному уменьшению расхода в песковой патрубок, при неизменных остальных конструктивных и технологических параметрах. Изменение диаметра песковой насадки до 35 мм, как на рисунках 3.10 и 3.11, ведет к прекращению сброса воды через него. Такое состояние песковой насадки приводит к ее закупориванию, образованию устойчивой «пробки» из наносов, постепенная концентрация которых и уплотнение, вплоть до твердого, прекращающего участвовать во вращательном движении. По прошествию небольшого времени наносы в «пробке» даже обезвоживаются в вершине конуса песковой насадки, что особенно наглядно видно на рисунке 3.11. Таким образом, и фотографии наглядно подтверждают существенное влияние на работу гидроциклонов-осветлителей диаметра песковой насадки и угла наклона его оси от вертикали.
Нефтеловушки на принципе сил поверхностного натяжения нефти и ее продуктов
На основе проведенных теоретических обоснований и анализа существующих технических решений была разработана группа устройств, для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды. Данные устройства аккумулировали в себе лучшие свойства рассмотренных технических решений, и вместе с тем лишены указанных ранее недостатков. Рассмотрим технические решения, работающие на принципе использования сил поверхностного натяжения. Устройство для сбора нефтепродуктов с поверхности воды, рисунок 4.5, [135] включает цилиндрический нефтепродуктосборный барабан 1, с приводом, обеспечивающим направление вращения барабана указанное на рисунке, и с эластичными лопастями 2, корпус 3, выполненный в виде рамы с заданной плавучестью и образующий с вышеуказанным барабаном 1 нефтепроводной канал 4, длина которого может изменяться за счет телескопической вставки 5, двигающейся по направляющим.
Кювета 6, замкнутая по периметру, без дна, образованная плоскими стенками рамы. В кювете 6 находятся датчик уровня раздела сред нефть - вода 7, всасывающий патрубок 8 насоса 9 и источник колебаний 10, например, ультразвуковой генератор. Вся система может быть навесной как на судне, так и над нефтесборной емкостью или плавающей посредством понтонов 11, обрамляющих корпус 3, причем во всех случаях системе задается погружение, и центровка таким образом, чтобы барабан 1 был погружен в жидкость приблизительно на высоту эластичных лопастей 2, причем лопасти могут быть выполнены из различного материала и иметь различную форму. Устройство, которое мы называем роторной нефтеловушкой с эластичными лопастями, работает следующим образом: при вращении барабана 1 с лопастями 2 в направлении указанном стрелкой, нефтепродукты с поверхности воды дискретно захватываются лопастями 2 и продвигаются по нефтепроводному каналу 4, в кювету 6, образованную корпусом 3.
Если толщина слоя нефтепродуктов на поверхности воды равна или больше высоты эластичной лопасти 2, то телескопическая вставка 5 задвинута в корпус по направляющим и устройство работает с максимальной производительностью, которая может регулироваться скоростью вращения барабана и не зависит от свойств нефтепродуктов. Если же толщина слоя нефтепродуктов незначительна, то выдвигается телескопическая вставка 5 на такую величину, чтобы глубина жидкости над порогом, образованным крайней кромкой выдвигаемой вставки, была бы соизмерима с толщиной разлитого нефтепродукта. В этом случае нефтепродукт переливается через кромку водослива без воды или при ее минимуме в нефтепроводной канал 4 и далее также дискретно лопастями подается в кювету 6. Поступившие в кювету 6, вместе с водой, нефтепродукты обезвоживаются посредством импульсного действия ультразвукового генератора 10, расположенного в кювете и вытесняют воду из кюветы и заполняют ее до нижнего уровня. Этот уровень отслеживается датчиком 7, тогда включается насос 9 и через всасывающий патрубок 8 происходит откачивание обезвоженного нефтепродукта, до верхнего уровня, в это время в кювету вода поступает снизу, при этом в рабочем или в не рабочем состоянии устройства, нефтепродукты, собранные в кювету, отсечены от водной акватории. По представленному патенту был изготовлен натурный образец, на котором осуществлены необходимые исследования по оптимизации его конструктивно-технологических параметров. Нефтеловушка была апробирована в производственных условиях при сборе нефтепродуктов в отстойниках автомобильных моек и в отстойниках при нефтяных буровых скважинах. Она показала хорошую работоспособность [136]. Ниже на рисунке 4.6 представлена фотография нефтеловушки с электрическим приводом в работе.
