WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Во второй главе отмечается, что на сегодняшний день общих правил, описывающих миграцию нефти в болотных ландшафтах, не выявлено. Нефть на болотах разливается по направлению движения болотных вод с аккумуляцией битуминозных фракций на моховом очесе, болотной растительности, деревьях, пнях, кустарниках, растительном опаде, распространяется на толщу торфогенного слоя (5…15 см). Постепенно мигрируя, загрязнение распространяется на территориях, зачастую превышающих площади начального загрязнения. Конечный сброс загрязнителя замкнут на местные бессточные понижения и водотоки, геохимические ловушки – грядомочажинный комплекс болот.

В работе предложен инженерно-графический метод оценки болотных микроландшафтов (типа болот, степени заболоченности, площадного распространения торфов), проходимости массивов болотной техникой, площади и объема разлива. Метод основан на дешифровании информации аэрофотосъемки, экспериментально (заблаговременно) найденных и статистически обработанных совокупностей ключевых характеристик торфяной залежи. Метод является одним из перспективных направлений информационного обеспечения задач экологического мониторинга аварийных разливов нефти в болотных экосистемах, особенно в условиях применения информационно-космических систем типа Глонасс.

Рекомендованы методики определения механических свойств торфов в полевых условиях для установления прочности на сдвиг в условиях природного залегания, сжимаемости – изменения объема (из-за высокой пористости) – под влиянием сжатия слабых грунтов при статических нагрузках.

Предложена схема комплекса оборудования для подготовки массива к удалению нефтяного загрязнения (очистки массива от механических препятствий для движения болотной техники) с нефтесборным устройством.

Разработан комплекс на основе шагающей болотной машины с малым удельным давлением на грунт, предназначенный к применению в болотных массивах, «не осложненных» деревьями, валежником, пнями, мусором, высшей водной растительностью, для сбора разлитой нефти.

Теоретически обоснован и сконструирован нефтесборный барабан-каток комплекса с плитами-заборниками для истечения нефти через заборную головку в полость барабана-катка (рисунок 1).

1 – ось; 2 – лопасть; 3 – ячейка; 4 – стенка боковая

Рисунок 1 – Схема работы нефтесборного катка

В основу работы устройства забора нефти заложен принцип, заключающийся в том, что полое тело, имеющее форму усеченной пирамиды, конуса, полусферы с отверстием на вершине или другую подобную форму, открытое сверху и снизу, при постепенном вдавливании его со стороны основания в болотный массив, загрязненный нефтью, отсекает заданную площадь массива. При движении барабана плиты с заборными головками выжимают нефть из массива и постепенно погружаются в нефть, пропуская её через себя. При дальнейшем вращении барабана заборная головка начинает выходить из массива, происходит обратный отток жидкости, верхнее основание закрывается, нефть остается внутри барабана.

При большой скорости погружения заборной головки в массив нефть не будет успевать проходить через неё, медленное вращение барабана приведет к снижению производительности комплекса. Следовательно, для различной степени сжимаемости болота и вязкости нефти скорость погружения заборника в массив, обеспечивающая качественный сбор разлитой нефти, будет различной. Время прохода жидкости через головку определяет скорость вращения катка. Чтобы края нижнего основания заборной фигуры при погружении в массив, аналогично вдавливанию пробоотборника торфа, не резали корни растительности и мхов массива, а только сжимали его и выжимали нефть, поверхность катка покрыта сеткой. В зависимости от того, свежеразлитая нефть или застарелая, маловязкая или высоковязкая, сетка может быть без подогрева или с подогревом. Глубина погружения заборной фигуры в болотный массив определяется исходя из глубины проникновения нефти и сжимаемости подлежащего очистке массива, а форма, упругость и размеры заборной фигуры состоянием поверхности болота.

Известно, что большая часть (до 95 % и более) нефтяного загрязнения находится (аккумулируется) в слое торфа толщиной до 15 см. Когда же разлив застарелый или местность имеет форму чаши, эта толщина достигает
~ 18 см и более. В частности, при инвентаризации загрязненных нефтью земель ХМАО-Югра специалистами ООО «СибНИПИРП» установлено, что основные площади загрязнения (86 %) приходятся на болота. На 95 % пере-
увлажненных участков, преимущественно болотах, глубина загрязнения почвы нефтью не превышала 15 см. Снижение концентрации нефти с глубиной постепенное, а при падении уровня грунтовых вод наблюдаются её оседание на поверхности болота и затвердевание с образованием битуминозной
корочки.

Поэтому заборная головка должна обеспечить именно забор нефти на этих толщинах. Следовательно, заборная головка при вращении катка должна постепенно погружаться в массив, сжимать торф на глубину hn большую, чем слой нефти в массиве, и пропускать её через себя в полость барабана. После достижения нижней точки, когда вертикальная ось заборной головки пересечет вертикаль, верхнее основание закрывается и нефть остается внутри барабана, тогда hn определяется как (рисунок 1), где hн – глубина проникновения нефти в толщу, определяют замерами; Н1 – высота заборника (в сменной плите), задаётся из соображений пропуска всего слоя нефти в толще; hД – глубина перекрытия, дополнительная глубина погружения заборника,, устанавливается опытным путем. Здесь t1 – время, необходимое для закрытия клапана.

Для правильного выбора размера и веса катка нефтесборного барабана при погружении его в болотный массив необходимо оценить давления, которые развиваются на его поверхности при контакте с «укатываемой» поверхностью. Это представляется возможным сделать лишь в результате анализа взаимодействия катка с болотным массивом. Известны многочисленные исследования, посвященные изучению взаимодействия колеса с грунтом дороги. Упрощенное решение задачи, предложенное Г.В. Кустаревым, предполагает наличие прямой пропорциональной зависимости между давлением и сжатием в отдельных точках на поверхности контакта. Максимальное напряжение на поверхности контакта цилиндра и «укатываемой» плоскости определяется как

, (1)

где q – удельное линейное давление; Rк – радиус катка; с1 и с2 – коэффициенты, определяющие степень податливости материалов цилиндра катка и полупространства. Здесь, где G – вес катка, в – ширина катка.

Если жесткость катка принять равной, то при m 0. Здесь E – модуль Юнга, S – площадь сечения катка. Тогда формулу (1) можно представить в виде

. (2)

Максимальная глубина погружения катка в массив находится из уравнения равновесия. Для единичной длины катка можем записать, где ср среднее напряжение под катком; а хорда, стягивающая погруженную в полупространство часть катка. При небольшом погружении катка полагаем, что.

При допущении hn << Rк, что имеет место при большом радиусе барабана и (или) слабой податливости массива, можно записать:

, или. (3)

Комбинируя (3) с вышеприведенными уравнениями, имеем:

; ;, (4)

где.

Окончательное выражение (4) используется для расчета глубины погружения катка. Зная величину с2, которая для большинства болот Западной Сибири известна, и задаваясь весом и размерами катка, оценивают время его погружения в болотный массив на заданную глубину. При отсутствии данных с2 получают по предлагаемой нами известной методике полевых испытаний с помощью прибора Амаряна:, где Мкр, к соответственно сопротивление вращению крыльчатки известных размеров и коэффициент прибора. Методика расчета времени, необходимого для прохождения нефти через заборную головку, нами предложена для заборников различных конфигураций. Если напор и скорость истечения меняются медленно, т.е. каток катится медленно, заборная головка погружается в массив медленно, то течение в каждый фиксированный момент времени можно рассматривать как установившееся. Тогда для фактического решения конкретных задач можно воспользоваться уравнением баланса механической энергии для установившегося потока с учетом зависимости напора от времени.

За время dt через заборную головку проходит объем (, где S – площадь зеркала жидкости в заборной головке). Если расход жидкости Q определяется известной формулой Мариотта, то при Н1 = z можем написать:, где S0 – площадь верхнего отверстия (проема).

Время Т, необходимое для прохождения нефти через заборную головку при = const, получим, интегрируя последнее уравнение:

. (5)

Задаваясь условием, можно оценить время прохождения нефти через заборную головку любой формы в предположении, что истечение происходит в области пути движения нижнего основания, когда вертикальная ось заборника отклоняется от вертикали незначительно, вся охваченная нижним основанием нефть проходит через заборную головку.

Головка в виде усеченной пирамиды высотой Н1, верхнее и нижнее основания которой квадраты со сторонами в и а соответственно (а > в), схематически показана на рисунке 2. Из рисунка (сечение Б-Б) следует, что, где. Из ВТС:

.

Тогда S(z) имеет вид:

. (6)

Подставляя найденное значение S(z) в уравнение (5), получим время Т истечения нефти через заборную головку в форме усеченной пирамиды с квадратными основаниями:

. (7)

Интегрируя (7), имеем:

=

,

или, после несложных упрощений, окончательно:

. (8)

Рисунок 2 – Схема для расчета истечения нефти через заборную

головку в виде усеченной пирамиды с квадратным

основанием

В действительности коэффициент расхода в полученной формуле (8) и её аналогах зависит от числа Рейнольдса. Тогда время истечения Т загущенной нефти через заборную головку в приведенной формуле будет зависеть от вязкости. Применим формулу для коэффициента расхода для малых значений ReH в виде (А.Д. Альтшуль). Тогда уравнение (7) примет вид:

, или. (9)

Время истечения нефти через верхнее отверстие, когда уровень жидкости в заборной головке меняется от Н1 до Н2 (Н1 > Н2), будет определяться по формуле

. (10)

Применяя общую формулу (10) для заборной головки с квадратными основаниями, получим:

. (11)

Аналогично для заборной головки в виде перевернутого лотка имеем:

. (12)

Уравнения (11), (12) в отличие от (8) учитывают влияние вязкости нефти на продолжительность истечения через заборную головку.

Для того чтобы охваченный заборной головкой слой нефти известной толщины успел полностью попасть в полость барабана, время истечения через заборную головку t и время обкатывания tоб нижнего основания заборной головки охваченной ею площадки должны быть скоординированы. Очевидно,,. Здесь а – ширина заборной головки (лотка), к – линейная скорость движения барабана (катка),, где Rк, n – радиус и число оборотов катка соответственно. Ширину заборной головки и радиус катка принимают из конструктивных соображений. Тогда время обкатки будет зависеть только от скорости передвижения болотохода. На основе опыта эксплуатации шагающих болотоходов эта скорость колеблется в пределах 0,1…0,3 м/с.

Предложена новая технология сбора нефти с поверхности болот навесным устройством роторно-ячеистого типа, основанная на принципах вытеснения жидкости из пористой массы (пористого, эластичного, переплетенного корнями растений каркаса торфяной залежи). Эффективность устройства и технологии сбора разлитой нефти подтверждены стендовыми и полевыми (рисунок 3) испытаниями.

Такая щадящая технология реабилитации торфяных горизонтов в кратчайшие сроки при сохранении болотных биоценозов поддерживает биотическое равновесие в природных комплексах.

Рисунок 3 – Фрагмент полевых испытаний ячеистого нефтесборного

барабана

Обработкой экспериментальных данных с применением ЭВМ (программа «Excel») получена математическая модель, описывающая установившийся режим работы барабанного ячеистого нефтесборщика:

у = 9,98 + 87866 ·h 2627,16 ·n·h + 0,34 n··x 783,14 ·h·x, (13)

где y – производительность нефтесборщика, дм3/мин; – толщина слоя плавающей нефти, м; h – глубина погружения ротора, м; n – скорость вращения ротора, об/мин; x – доля нефти в собранной эмульсии, % объемн.

Обработка экспериментальных данных включала в себя оценку значимости коэффициентов уравнения регрессии по критерию Стьюдента и оценку адекватности полученного уравнения по критерию Фишера. Предлагаемая модель характеризуется как универсальная и достаточно адекватная. Среднеквадратическое отклонение расчетных значений от опытных значений у составляет несколько процентов (R = 0,977; F = 134,3).

Результаты моделирования показали, что максимальная производительность одного ячеистого барабана диаметром 0,4 м и длиной 0,2 м данной конструкции составила 23 дм3/мин (1,38 м3/ч) при частоте вращения ротора
20…23 об/мин, толщине слоя нефти и глубине погружения барабана в воду
7…9 мм. При этом обводненность собираемой продукции составляет 13…16 %.

Разработан комплект оборудования (рисунок 4) для локализации и сбора нефти с поверхности болотных озёр, содержащий боновое заграждение, сороочистное устройство, шибер с поплавком, насос-сепаратор (первая ступень разделения).

1 – боновое заграждение; 2 – шибер; 3 – лоток; 4 – уплотнение; 5 поплавок

шибера; 6 – сороочистное устройство; 7 – насос-сепаратор; 8 поплавок лотка;

9 – отстойник с перегородкой; 10 – нефтесборный барабан; 11 – лоток сбора нефти;

12 – нефтеприемник; 13 – насос откачки

Рисунок 4 – Принципиальная схема комплекта (вид сверху)

Агрегат второй ступени разделения относится к адгезионным нефтесборным устройствам с обогревом (охлаждением) рабочих поверхностей, в которых используются свойства нефти налипать на твердые поверхности. Агрегат располагается на берегу водного объекта и включает отстойник для поступающей по гибкому рукаву из нефтяной линии насоса-сепаратора водонефтяной смеси и нефтесборные барабаны, установленные в отстойнике.

Устройство рекомендуется к использованию и при наличии на водной поверхности эмульгированной нефти.

В третьей главе дается оценка статики и динамики процесса испарения, технических средств и технологий для минимизации антропогенного воздействия разливов углеводородов на окружающую среду за счет изоляции открытой поверхности загрязнителя от испарения его летучих фракций.

Проведено экспериментальное исследование скорости испарения нефти и нефтепродуктов в зависимости от их физико-химических свойств, толщины плавающего слоя, температуры, времени испытаний и скорости воздуха над поверхностью разлива. Предложена математическая модель кинетики испарения нефти и нефтепродуктов.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»