Удосконалення функціональних властивостей суднових систем очищення нафтовмісних вод

Після обробки даних досліджень на ЕОМ за допомогою програми "Mathcad 2000" отримані наступні формули для визначення добового обсягу накопичення НВВ V_доб , залежно від водотоннажності судна:

для суден водотоннажності до 10 тис. тонн

для суден водотоннажністю понад 10 тис. тонн

де = 0,6 м? - добовий обсяг накопичення НВВ на судах водотоннажністю 10 тис. тонн.

Після обробки даних на ЕОМ також отримані наступні вираження для визначення V_доб залежно від потужності ГЕУ:

для суден потужністю ГЕУ до 7,5 тис. кВт

для суден потужністю ГЕУ понад 7,5 тис. кВт

де = 0,8 м? - добовий обсяг накопичення НВВ на суднах з потужністю ГЕУ 7,5 тис. кВт.

Також, порівнюючи дані по суднах одного типу й приблизно однакової водотоннажності, можна встановити залежність обсягу добового накопичення нафтовмісних вод СЕУ від віку судна. Для врахування цього впливу введемо коефіцієнт К₁.

Обробивши експериментальні дані, отримано такий вираз для визначення К₁ залежно від віку судна

де Т - вік судна, років.

Вплив типу судна на V_доб НВВ визначено в процесі статистичної обробки даних експлуатаційних досліджень і може бути враховано коефіцієнтом К₂, значення якого наведені в табл. 4.

Таблиця 4 -Залежність коефіцієнта К₂ від типу судна

К2	Тип судна
1,0	Суховантажні судна, балкери, ролкери, транспортні судна
1,2	Спеціалізовані, пасажирські судна
1,4	Рибальські, рефрижератори, танкери

Відповідно загальний обсяг добового накопичення () нафтовмісних вод з урахуванням віку й типу судна можна визначити таким чином:

,

де V_доб - добовий обсяг накопичення нафтовмісних вод;

К₁ - коефіцієнт, що враховує вік судна;

К₂ - коефіцієнт, що враховує тип судна, визначається по табл. 4.

Рекомендації з вибору раціональної пропускної здатності систем очищення НВВ залежно від водотоннажності судна, потужності ГЕУ й добового обсягу накопичення нафтовмісних вод представлені в табл. 5.

Таким чином, проведені експлуатаційні дослідження обсягів добового накопичення НВВ суден доводять можливість зменшення пропускної здатності систем для очищення нафтовмісних вод, що сприяє підвищенню якості очищення, зниженню енергоспоживання, зменшенню вартості, габаритів і ваги фільтруючого обладнання і є одним із простих і перспективних способів підвищення ефективності капітальних витрат на впровадження й використання засобів запобігання забрудненню моря.

Таблиця 5 - Раціональна пропускна здатність системи очищення нафтовмісних вод залежно від водотоннажності судна й потужності ГЕУ

Водотоннажність, тис. тонн	Потужность ГЕУ, тис. кВт	Добове накопичення НВВ, м3	Пропускна здатність системи, м3/г
0,4…10	0,2…5	0,1…0,6	0,6
10…20	5…10	0,6…1,0	1,0
20…50	10…17,5	1,0…2,2	2,0
50…70	17,5…22,5	2,2…3,0	3,0
70…100	22,5…30	3,0…4,2	4,0
понад 100	понад 30	4,2…5,0	5,0

У розділі 6 на основі математичної моделі (11) процесу коалесценції часток дисперсної фази нафтовмісних вод у тканинних фільтрах отримані залежності концентрації нафтопродуктів після тканинного фільтра й допоміжного відстійника , що визначає ефективність роботи фільтроелемента, від розміру чарунки а, діаметром нитки d_н, числа шарів n_c фільтруючої тканини, питомої витрати q нафтоводяної емульсії, які представлені на рис. 3 - 6.

Для обліку впливу температури емульсії на ефективність процесу коалесценції часток дисперсної фази нафтовмісних вод СЕУ в тканинних фільтрах в інтервалі температур 20…55?С отримана наступна залежність

де - концентрація нафтопродуктів в очищеній воді при температурі 20°С;

t - поточна температура очищуваної нафтовмісної води.

Використовуючи вираз (22) процесу очищення нафтовмісних вод в обсязі гранульованого коалесцуючого завантаження отримані залежності концентрації нафтопродуктів в очищеній воді К_вих від висоти шару гранул L, діаметра гранул d_г, питомої витрати q і концентрації нафтоводяної емульсії К_вх, представлені на рис. 7-10.

Для обліку впливу температури на ефективність процесу очищення нафтовмісних вод в обсязі гранульованого завантаження в інтервалі температур 20...55?С отримане наступне вираження

де - концентрація нафтопродуктів в очищеній воді після шару гранул при температурі 20°С ; t - поточна температура очищуваної нафтовмісної води.

Внаслідок проведеного теоретичного і експериментального дослідження процесу коалесценції часток дисперсної фази нафтовмісних вод СЕУ в тканинних фільтрах (розділ 3) розроблена нова конструкція регенеруємого тканинного фільтра, зображеного на рис. 11. Новизна конструкції фільтра захищена авторським свідоцтвом СРСР №1546105.

Коалесцуючий нежорсткий тканинний фільтр працює таким чином. Очищувана нафтоводяна емульсія надходить через патрубок 2 в об'єм корпуса 1 і проходить крізь фільтруючий елемент 6 у внутрішню частину фільтрованого патрона 5. Проходячи через коалесцуючий матеріал фільтруючого елемента 6, емульсія очищається від механічних домішок і укрупнюється. Потім вона виводиться з корпуса 1 і легко розділяється в стандартному відстійнику. Патрубок 4 для відведення механічних домішок закритий. У процесі роботи коалесцуючого фільтра відбувається засмічення поверхні тканинного фільтруючого елемента 6, що приводить до збільшення перепаду тиску на ньому.

При досягненні критичного перепаду тиску на фільтроелементі 6 патрубки 2 і 3 закриваються, фільтрувальний патрон 5 періодично стискається при переміщенні штока 10 за допомогою кулачкового або кривошипно-шатунного механізму. Під час стискання фільтрувального патрона 5 фільтрат з його об'єму перетікає назад в об'єм корпуса 1 через фільтруючий елемент 6, змиваючи з нього відфільтровані механічні домішки, які виводяться з корпуса 1 через патрубок 4. Ефективності регенерації тканинного фільтруючого елемента 6 сприяє також його деформація при періодичному стисканні фільтрувального патрона 5. Після регенерації процес фільтрації відновлюється. Попередні випробування пропонованого фільтра показали надійність його роботи й високу якість регенерації тканинного фільтроелемента. Регенерація коалесцуючого фільтра проста, не вимагає багато часу, здійснюється без промивної води й розбирання фільтроелемента і може здійснюватися навіть у процесі роботи.

Розроблений типорозмірний ряд регенеруємих тканинних коалесцуючих фільтрів, основні розміри яких представлені в табл. 6.

Таблиця 6 - Основні конструктивні розміри типорозмірного ряду регенеруємих тканинних коалесцуючих фільтрів

Продуктивність, Q, м3/г	Висота фільтроелемента Н, м	Діаметр фільтроелемента dф, м	Розмір чарунки тканини ?103	Діаметр нитки тканини dн?103, м	Число шарів тканини -	Питомий обсяг фільтроелемента,
0,6	0,5	0,15	0,05	0,45	5	0,015
1,0	0,5	0,25	0,05	0,45	5	0,02
2,5	1,0	0,32	0,25	0,85	5	0,03
4,0	1,0	0,51	0,25	0,85	5	0,05

На підставі проведеного теоретичного і експериментального дослідження процесу очищення нафтовмісних вод в обсязі гранульованого завантаження розроблена нова конструкція установки з гранульованим фільтроелементом, представлена. На конструкцію розробленої установки отримане позитивне рішення про видачу патенту України за заявкою № 20041008672. Заповнення гранул шарами із зазорами між ними порівняно із засипанням одного суцільного шару має наступні переваги. Частки нафтопродуктів, що втримуються в нафтоводяній емульсії, укрупнившись у першому шарі завантаження, вже не потрапляють в інший шар, а накопичуються в зазорі між першим і другим шаром гранул. Отже, у другий шар потрапляє емульсія з меншою концентрацією, і він працює у кращих умовах. Після другого шару емульсія ще з меншим вмістом нафтопродуктів потрапляє на третій шар і так далі. Таким чином, найближча до виходу зона фільтра залишається найменш забрудненою. Нафтопродукти із зазорів між шарами віддаляються через передбачені для цього патрубки або при продувці повітрям у режимі регенерації. Крім того, наявність зазорів між шарами гранул забезпечує їх псевдозрідження і ефективну регенерацію при продувці стислим повітрям або парою.

Розроблений типорозмірний ряд установок із гранульованим фільтроелементом, основні розміри яких представлені в табл. 7.

Таблиця 7 -Основні конструктивні розміри типорозмірного ряду установок з гранульованим фільтроелементом

Продуктивність Q, м3/г	Сумарна висота шарів гранул Н, м	Питома витрата НВВ q, м/г	Площа гранульованого завантаження Fг, м?	Внутрішній діаметр установки Dу, м	Питомий обсяг установки
0,6	1,2	2,5	0,24	0,55	0,6
1,0	1,2	2,5	0,4	0,7	0,6
2,5	1,2	2,5	1,0	1,13	0,6
4,0	1,2	2,5	1,6	1,43	0,6

Через те, що головним завданням дисертаційної роботи є вдосконалення функціональних властивостей суднових систем очищення нафтовмісних вод, зниження їх вартості та експлуатаційних витрат, оптимізаційне завдання в цьому випадку має передбачати мінімізацію витрат на очищення води з обов'язковим досягненням заданого корисного ефекту. З цією метою для оцінки досконалості й оптимальності систем очищення НВВ вводиться новий узагальнений критерій оцінки ефективності системи (1):

де К_вих - концентрація нафтопродуктів в очищеній воді, млн^-1; С - капітальні і експлуатаційні витрати на очищення води, дол. США; Q - фактична пропускна здатність системи, м?/г; Q₀ - нормативна пропускна здатність системи, що визначається за новими нормами з урахуванням характеристик судна, м?/г.

Сутність узагальненого критерію оцінки ефективності системи очищення НВВ полягає в тім, що система при високому ступені очищення повинна мати мінімальну вартість і оптимальну пропускну здатність, обумовлену з урахуванням характеристик судна. Більш досконалі та ефективні системи мають менше значення С₀

Зі зменшенням К_вих підвищуються вартість системи й витрати на її експлуатацію. Для того, щоб система була більш досконалою і ефективною, підвищення ступеня очищення має випереджати збільшення її вартості.

Крім необхідного ступеня очищення система повинна мати оптимальну пропускну здатність, що визначається виходячи з існуючих норм добового обсягу V_доб накопичення НВВ. Як установлено в ході досліджень існуючі нормативи для визначення V_доб сильно завищені (у 5-10 разів), тому за пропускною здатністю системи очищення НВВ працюють далеко не в оптимальних умовах. Відношення фактичної здатності Q до нормативного значення пропускної здатності Q₀, що визначається за новими нормами V_доб з урахуванням характеристик судна дозволяє оцінити оптимальність системи з погляду пропускної здатності.

Як витікає з аналізу розроблені автором установки 8, 9 мають найкращі показники відносної вартості й ступеня очищення внаслідок таких причин:

підвищено якість очищення, внаслідок застосування коалесцуючих елементів, що мають нежорстку структуру й проміжне відділення нафтопродуктів;

завдяки новій оригінальній конструкції установок регенерація фільтроелементів ефективно здійснюється в процесі експлуатації без їх розбирання і заміни, що істотно знижує експлуатаційні витрати на обслуговування і придбання фільтроелементів;

установки мають оптимальну пропускну здатність, що розраховується на основі нових норм добового обсягу накопичення НВВ і методики розрахунку пропускної здатності систем очищення з урахуванням характеристик судна.

Таким чином, представлена цільова функція є узагальненим критерієм ефективності (С₀) і дозволяє всебічно оцінити оптимальність і досконалість системи очищення НВВ за наступними основними експлуатаційними показниками: ступенем очищення; вартістю; пропускною здатністю, визначеною з урахуванням характеристик судна.

На основі результатів теоретичних і експериментальних досліджень, розроблені комплексні спеціалізовані суднові системи з новими й удосконаленими властивостями.

Для досягнення кращої якості очищення фільтруюче обладнання встановлюють на усмоктуванні насоса, при цьому виключається "вторинне" емульгування, що веде до утворення дрібних крапельок нафти, які значно погіршують роботу установки.

За даними випробувань, нафтовміст на виході сепараторів при переведенні їх на вакуумний режим знижувалося у 1,5...2 рази.

Однак, робота у вакуумному режимі порівняно з роботою в напірному режимі має деякі недоліки: ускладнюється система зливання нафтопродуктів, необхідна ретельна герметизація установки і насос з великою висотою всмоктування.

З метою підвищення якості очищення, зменшення габаритів очисного обладнання й усунення недоліків при його роботі у вакуумному режимі розроблена система для очищення нафтовмісних вод, принципова схема якої показана на рис. 15. Новизна основних конструктивних елементів розробленої системи захищена авторським свідоцтвом СРСР №1667890.

Система працює таким чином. Робоча рідина забортна вода від пожежної або санітарної системи судна подається по трубопроводу 14 в ежектор 15, при цьому нафтовмісна вода засмоктується зі збірної ємності 1 в установку 9 і очищується від нафтопродуктів. У розробленій системі очищена вода додатково розбавляється робочою рідиною ежектора й скидається за борт. При цьому клапан 17 відкритий, а клапан 11 закритий. Після накопичення нафтопродуктів в установці 9 до датчика рівня нафтопродуктів 10, спрацьовує блок автоматики 13, клапан 17 закривається, а клапан 11 відкривається й здійснюється витиснення нафтопродуктів робочою рідиною ежектора. Таким чином, у режимі очищення ежектор створює вакуум, а в режимі видалення нафтопродуктів - надлишковий тиск. Після видалення нафтопродуктів клапан 17 відкривається, а клапан 11 закривається і процес очищення нафтовмісних вод відновлюється.

При збільшенні концентрації нафтопродуктів в очищеній воді понад 15 млн^-1 блок автоматики й контролю концентрації 13 подає сигнал на закриття клапана 17 і відкриття клапана 11, при цьому гранульований фільтроелемент промивається зворотним потоком забортної води. Після промивання процес очищення триває.

У розробленій системі витиснення відсепарованих нафтопродуктів здійснюється робочою рідиною ежектора при перемиканні клапанів 11, 17, що виключає застосування окремого насоса для нафтопродуктів, значно спрощує процес видалення нафтопродуктів і дозволяє автоматизувати процес. Все це усуває основні недоліки системи з фільтруючим обладнанням, установленим на всмоктуванні насоса.

Внаслідок проведених теоретичних і експериментальних досліджень розроблені перспективні високоефективні суднові системи очищення нафтовмісних вод, що мають такі нові функціональні властивості:

регенерація тканинного фільтроелемента здійснюється без його розбирання і заміни, шляхом стискання каркаса фільтра;

регенерація гранульованого завантаження здійснюється продувкою гранул порою або стислим повітрям в режимі псевдозрідження без розбирання і заміни фільтра;

забезпечується проміжне видалення нафтопродуктів, завдяки наявності зазорів між шарами гранул;

система має мінімальну емульгуючу здатність і енергоспоживання;

має раціональну пропускну здатність з урахуванням типу, віку й водотоннажності судна.

Крім того, отримали подальший розвиток і вдосконалені такі функціональні властивості суднових систем очищення НВВ:

забезпечується попереднє гравітаційне очищення НВВ, завдяки наявності збірної ємності з датчиком розділу середовищ "нафта-вода" і насоса відкачки нафтопродуктів;

підвищена ефективність очищення НВВ (5 млн^-1; 10 млн^-1) при зміні концентрації вихідної емульсії від 10?10? до 250?10? млн^-1;

тривалий ресурс роботи без розбирання й заміни фільтроелементів, внаслідок їх нежорсткої структури;

система має мінімальний гідравлічний опір;

зберігає необхідний ступінь очищення, навіть при аварійних протіканнях води й нафтопродуктів;

відрізняється простотою конструкції і експлуатації.

Таким чином, розроблені системи з новими і вдосконаленими функціональними властивостями мають високий ступінь очищення НВВ при мінімальних вартості й енергоспоживанні. Використання результатів дисертаційної роботи в народному господарстві дозволить отримати економічний ефект понад 30 млн. дол. США.

ВИСНОВКИ ПО РОБОТІ

У дисертаційній роботі представлені теоретичне узагальнення й нове рішення науково-прикладної проблеми зниження шкідливих наслідків забруднення моря нафтою при експлуатації СЕУ на підставі подальшого розвитку теорії фільтрації і коалесценції двокомпонентної неоднорідної полідисперсної рідини й нового методу математичного моделювання реології неоднорідних середовищ, що враховує сили взаємодії часток дисперсної фази й дисперсійного середовища нафтоводяної емульсії з фільтроелементом, що дозволило розробити комплексну концепцію удосконалення суднових систем очищення нафтовмісних вод, засновану на системному підході та підвищенні ефективності массопереносу у процесі очищення, шляхом зменшення внутрішньої енергії полідисперсного неоднорідного двокомпонентного середовища - нафтоводяної емульсії на усіх стадіях очищення (накопичення, перекачування, коалесценція, поділ) у багатокаскадних суднових системах, які характеризуються мінімальмини вартістю і енергоспоживанням та оптимальною пропускною здатністю, що має важливе народно-господарське значення.

На противагу традиційній практиці роздільної методології проектування застосовані системний підхід і комплексні дослідження технічних засобів і технологічних процесів накопичення, перекачування, поділу води й нафти, що підвищують енергозбереження, працездатність і екологічну безпеку СЕУ.

Основні результати, що визначають наукову новизну й практичну значимість роботи полягають в наступному:

Підвищення ефективності очищення й массопереноса досягається шляхом керування силами взаємодії часток дисперсної фази й дисперсійного середовища нафтовмісних вод з матеріалом фільтроелемента, на основі врахування цих сил розроблений новий метод моделювання процесів реології неоднорідної двокомпонентної полідисперсної рідини - нафтоводяної емульсії;

Установлено, що ефективність суднових систем очищення НВВ істотно залежить від типу перекачувального насоса і режимів його роботи. При цьому перепад тиску є визначальним чинником і здійснює найбільш істотний вплив на емульгуючу здатність насосів, внаслідок значного збільшення дотичних напружень. Тому фільтруюче обладнання й система в цілому повинні мати стабільно мінімальний гідравлічний опір (не більше 0,1 МПа) при частоті обертання насоса 600 хв^-1, раціональне значення критерію подібності режимів роботи насосів Зоммерфельда-Мишке в цьому випадку лежить у межах (6,7…10)·10⁶;

Зниження вартості, енергоспоживання очищення НВВ досягається використанням розроблених тканинних і гранульованих коалесцуючих фільтроелементів, що мають нежорстку структуру для ефективної регенерації й оптимальну пропускну здатність, розраховану за розробленою методикою з урахуванням індивідуальних характеристик судна.

Вперше, виходячи з концепції руху взаємопроникних континуумів, отримані диференціальні рівняння процесу фільтрації нафтовмісних вод у тканинних фільтрах, за допомогою яких визначені гідродинамічні критерії й комплекси подоби процесу коалесценції; для реалізації плану експериментів розроблена математична модель процесу коалесценції часток дисперсної фази НВВ у тканинних фільтрах.

Вперше в даній роботі отримані нові гідродинамічні комплекси Vi і Se, які характеризують ефективність процесу коалесценції часток дисперсної фази нафтовмісних вод у тканинних фільтрах, дозволяють моделювати досліджуваний процес. Гідродинамічний комплекс Vi являє собою відношення адгезійної сили до сил інерції і тертя й характеризує змушений рух нафтоводяної емульсії в обсязі тканинного коалесцуючого фільтроелемента. Гідродинамічний комплекс Se є відношенням адгезійної сили до піднімальної сили, що діють на частки дисперсної фази нафтоводяної емульсії в обсязі чарунки тканинного коалесцуючого фільтроелемента і характеризує вільний рух крапель нафти внаслідок різниці густин.

У процесі теоретичного дослідження уточнена фізична модель процесу очищення нафтовмісних вод в обсязі гранульованого коалесцуючого завантаження й отримали подальший розвиток закономірності досліджуваного процесу, виходячи з яких установлені фактори, що визначають ефективність очищення. Для реалізації плану експериментів уперше отримана математична модель процесу очищення нафтовмісних вод СЕУ в обсязі гранульованого завантаження на основі рівняння регресії, що дозволяє розрахувати раціональні конструктивні та експлуатаційні параметри установок з гранульованими фільтроелементами.

Вперше проведені за спеціальною програмою масштабні експлуатаційні дослідження з метою визначення реального добового обсягу накопичення нафтовмісних вод (V_доб) на суднах різних типів, внаслідок яких установлено, що існуючі норми для визначення V_доб значно завищені, тому що не враховують прогресивних змін конструкцій дейдвудних ущільнень і сальників насосів та інших механізмів, що відбулися за останні десятиліття.

Отримані статистичні дані дозволили вперше обґрунтувати норми добового накопичення нафтовмісних вод суден з урахуванням їх індивідуальних особливостей. Регістр Судноплавства України і Російський Морський Регістр Судноплавства схвалили запропоновану методику розрахунку нових норм V_доб, впровадження яких збільшує автономність плавання суден, істотно знижує енергоспоживання й вартість СЕУ, внаслідок значного зменшення пропускної здатності систем.

Вперше розроблена концепція комплексного проектування і оптимізації систем очищення НВВ, сутністю якої є те, що підвищення ефективності очищення й ресурсу роботи систем при мінімальній вартості і енергоспоживанні досягається активним впливом на характеристики полідисперсного неоднорідного середовища - нафтоводяної емульсії на всіх стадіях очищення, що дозволяє: на основі аналізу фізико-хімічних властивостей нафтовмісних вод, визначити раціональну (ресурсо- і енергозберігаючу) технологічну схему очищення; науково обґрунтувати перспективність і доцільність застосування для підвищення ефективності очищення нафтовмісних вод коалесцуючих фільтроелементів, що мають нежорстку структуру і можливість регенерації функціональних властивостей; оцінити, використовуючи узагальнений критерій, ефективність системи в цілому за основними експлуатаційними показниками: ступінь очищення, вартість, пропускна здатність; розробити й науково обґрунтувати норми добового накопичення нафтовмісних вод, що враховують тип, водотоннажність і вік судна.

На основі отриманих математичних моделей і уточнених закономірностей процесів коалесценції й очищення нафтовмісних вод, запропоновані методики проектування й визначення раціональних конструктивних і експлуатаційних параметрів тканинних, гранульованих і комбінованих коалесцуючих фільтроелементів і установок.

Розроблений типорозмірний ряд нового фільтраційного обладнання, що має високу очисну здатність і збільшений ресурс роботи в широкому діапазоні концентрацій нафтопродуктів.

Використовуючи комплексний підхід для підвищення ефективності очищення НВВ і екологічної безпеки СЕУ, розроблені основні принципи й представлені схеми раціонального компонування вдосконалених спеціальних суднових систем нового покоління, що мають підвищену надійність, мінімальні енергоспоживання й вартість.

Вперше застосована цільова функція системи у вигляді узагальненого критерію ефективності, що дозволяє всебічно оцінити оптимальність і досконалість системи очищення нафтовмісних вод для різних суден за такими основними експлуатаційними показниками: ступінь очищення; вартість; пропускна здатність.

Отримані авторські свідоцтва на фільтраційне обладнання, систему очищення нафтовмісних вод, розроблені норми V_доб і методика їх розрахунку, включені в спеціальний галузевий стандарт України СОУ МПП 47.020-65:2005, знайдуть застосування при модернізації існуючих і проектуванні спеціальних суднових систем нового покоління, що підвищує екологічну безпеку і конкурентну здатність таких суден при експлуатації, забезпечує впровадження результатів дисертаційної роботи на всіх суднах України (3000 суден) і дозволить отримати економічний ефект понад 30 млн. дол. США.

ОПУБЛІКОВАНІ НАУКОВІ ПРАЦІ, ЯКІ ВІДБИВАЮТЬ ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Истомин В. И. Комплексная очистка судовых нефтесодержащих вод /В.И. Истомин.- Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2004.- 202с.

2. Истомин В. И. Предотвращение загрязнения моря нефтью при эксплуатации судов: Учеб. пособие / В. И. Истомин.-Севастополь

3. Галузевий стандарт України СОУ МПП 47.020-65:2005 "Норми добового обсягу накопичення суднових нафтовмісних вод машинних приміщень суден і методика розрахунку пропускної здатності систем очищення" / В.І. Істомін.-Севастополь: Вид-во СевНТУ, 2006.- 15 с.

4. Истомин В. И. Сепаратор для тонкой очистки нефтесодержащих вод / В. И. Истомин// ИЛ, КрымЦНТИ.-Симферополь.-1991.-№0040-91.- С. 1-3.

5. Истомин В. И. Регенерируемый фильтр. Сепаратор для очистки нефтесодержащих вод. Система для очистки нефтесодержащих вод / В.И. Истомин// ИЛ, Крым ЦНТИ.- Симферополь.- 1998.- № 19-98.- С. 1-3.

6. Истомин В. И. Модернизированная система для очистки нефтесодержащих вод / В.И. Истомин// Судовые энергетические установки: Научно-техн. сб. ОГМА.- Одесса, 2000.- Вып. 5.- С. 31-34.

7. Истомин В. И. Модернизация сепаратора нефтесодержащих вод "Турбуло" / В.И. Истомин// Механика, энергетика, экология: Сб. науч. тр. СевНТУ-Севастополь, 2001.- Вып. 30.- С. 199-201.

8. Истомин В. И. Проблема глубокой очистки нефтесодержащих вод на судах/ В.И. Истомин // Судовые энергетические установки: Научно-техн. Сб. ОНМА.- Одесса.- 2002.- Вып. 7.- С. 37-38.

9. Истомин В. И. Выбор оптимальной производительности нефтеводяных сепараторов / В.И. Истомин // Оптимизация производственных процессов: Сб. науч. тр. СевНТУ- Севастополь, 2003.- Вып. 6.- С. 100-103.

10. Истомин В. И. Повышение эффективности очистки нефтесодержащих вод энергетических установок/ В. И. Истомин// Труды национального аэрокосмического университета им. Н. Е. Жуковского "ХАИ".- 2003

11. Истомин В. И. Требования, предъявляемые к насосам систем для очистки нефтесодержащих вод / В. И. Истомин// Сб. науч. работ Военно-морского института им. П. С. Нахимова.- Севастополь.-2003.-Вып.2.-С.101 - 103.

12. Истомин В. И. Эксплуатационные исследования суточного объема накопления судовых нефтесодержащих вод/ В. И. Истомин// Механика, энергетика, экология: Сб. науч. тр. СевНТУ-Севастополь.-2003.-Вып.48

13. Истомин В. И. Влияние направления движения нефтесодержащих вод через слой гранул на их очистную способность / В. И. Истомин // Сб. науч. трудов Севастопольского института ядерной энергии и промышленности.-Севастополь.-2003.-Вып.8.-С.23-25.

14. Истомин В. И. Исследование влияния материала и формы гранул на их очистную способность / В. И. Истомин // Судовые энергетические установки: Научно-техн. Сб. ОНМА.-Одесса.-2003.-Вып.8.-С. 116-119.

15. Истомин В. И. Рекомендации для определения оптимальных параметров гранулированных фильтроэлементов / В. И. Истомин// Сб. науч. работ Военно-морского института им. П. С. Нахимова.- Севастополь.-2003.-Вып.3.- С.127 - 131.

16. Истомин В.И. Математическая модель процесса коалесценции нефтесодержащих вод в тканевых фильтрах / В. И. Истомин // Судовые энергетические установки: Научно-техн. Сб. ОНМА.-Одесса.-2003.-Вып.9.-С.155-160.

17. Истомин В. И. Комбинированная сепарационная установка для глубокой очистки нефтесодержащих вод / В. И. Истомин// Сб. науч. работ Военно-морского института им. П. С. Нахимова.- Севастополь.-2004.-Вып.4

18. Истомин В. И. Математическая модель эмульгирующей способности насосов винтового типа систем для очистки нефтесодержащих вод / В. И. Истомин // Сб. науч. трудов Севастопольского института ядерной энергии и промышленности.-Севастополь.-2004.-Вып.9.-С.77-83.

19. Истомин В. И. Уравнение подобия коалесценции нефтесодержащих вод в тканевых фильтрах / В. И. Истомин // Сб. науч. трудов Николаевского государственного гуманитарного университета им. Петра Могилы.-Сер. Техногенная безопасность.-Николаев.-2004.- Вып.18.-С.22-26.

20. Истомин В. И. Регенерируемый тканевый фильтр / В. И. Истомин // Двигатели внутреннего сгорания: Научно-техн. журнал.- Харьков: НТУ "ХПИ".- 2004, №2(5).- С.36-38.

21. Истомин В. И. Теоретическое исследование процесса коалесценции частиц дисперсной фазы нефтесодержащих вод в тканевых фильтрах / В. И. Истомин // Сб. науч. трудов Николаевского университета кораблестроения.-Николаев.-2004.- Вып.18.-С.22-26.

22. Истомин В. И. Исследование влияния конструкции насосов на дисперсный состав нефтеводяной эмульсии/ В. И. Истомин // Сб. науч. трудов Севастопольского института ядерной энергии и промышленности.-Севастополь.-2004.-Вып.10.-С.17-19.

23. Истомин В. И. Автоматизированная сепарационная установка для очистки судовых и промышленных нефтесодержащих вод / В. И. Истомин // Автоматизация процессов и управление: Сб. науч. тр. СевНТУ- Севастополь.- 2004.- С. 138-143.

24. Истомин В. И. Методика расчета рациональной пропускной способности судовых систем очистки нефтесодержащих вод / В. И. Истомин// Сб. науч. работ Военно-морского института им. П. С. Нахимова.- Севастополь.-2004.-Вып.3(6).- С.53 - 56.

25. Истомин В. И. Оптимизация процесса очистки нефтесодержащих вод путем совершенствования судовых систем / В. И.Истомин, С. Е. Тверская // Оптимизация производственных процессов: Сб. науч. тр. СевНТУ- Севастополь, 2004.- Вып.7.- С.96-102.

26. Истомин В. И. Методические рекомендации для определения рациональных параметров тканевых фильтроэлементов / В. И. Истомин // Судовые энергетические установки: Научно-техн. Сб. ОНМА.-Одесса.-2004.-Вып.10.- С.40-44.

27. Истомин В. И. Исследование зависимости качества очистки нефтесодержащих вод от эмульгирующей способности насоса ЭВН - 3/5 / В. И. Истомин // Сб. науч. трудов Николаевского университета кораблестроения.- Николаев.-2005.- Вып.1(400).-С.61-69.

28. А.с. 1546105 СССР МКИ³ В 01 Д 35/10, 17/022. Фильтр для очистки жидкости / В.И. Истомин (СССР). -№ 4425722/31-26; Заяв. 13.05.88; - Опубл. 28.02.90; Бюл.№8 // Открытия, Изобретения. - 1990. - №8.

29. А.с. № 1667890 СССР МКИ? В 01 Д 17/022, G 05 Д 27/00 .Система для очистки нефтесодержащих сточных вод / В.И. Истомин (СССР).-№4495921/26; заявл. 29.07.88; опубл. 07.08.91; Бюл.№29

Публікації, у яких додатково викладений зміст дисертації

Истомин В. И. Фильтр для очистки жидкости /В. И. Истомин // Изобретатель и рационализатор, 1987, №7, МИ0703.-С.2.

Истомин В. И. Моделирование процесса коалесценции нефтеводяной эмульсии/ В. И. Истомин// Моделирование и исследование сложных систем: Тр. междунар. научн.-техн. конф..-М.: МГАПИ.-Т.1.-2001.-С. 92-96.

Истомин В. И. Комплексная технология глубокой очистки нефтесодержащих вод СЭУ / В. И. Истомин// Молодые ученые Крыма в решении актуальных вопросов современности: Материалы I Межвуз. науч.-практ. конф.- Севастополь.- сент.2002.-С. 20-21.

Истомин В. И. Совершенствование функциональных свойств судовых систем очистки нефтесодержащих вод / В. И. Истомин// Современное судоходства и морское образование: Материалы междунар. научн.-техн. конф.- Одесса.- 2004.- С. 61-64.

АНОТАЦІЯ

Істомін В.І. Удосконалення функціональних властивостей суднових систем очищення нафтовмісних вод.- Рукопис

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за фахом 05.08.05 - Суднові енергетичні установки. Одеська національна морська академія, Одеса, 2006

Дисертація присвячена питанням вдосконалення функціональних властивостей суднових систем очищення нафтовмісних вод і режимів роботи, що підвищують її економічність. Науково обґрунтована концепція створення високоефективних суднових систем очищення нафтовмісних вод з новими вдосконаленими характеристиками, сутністю її є те, що зниження шкідливих наслідків забруднення моря нафтою при експлуатації СЕУ, підвищення ефективності очищення при мінімальній вартості і енергоспоживанні має базуватися на системному підході й досягається підвищенням ефективності массопереносу, внаслідок зменшення внутрішньої енергії полідисперсного неоднорідного двокомпонентного середовища - нафтоводяної емульсії на всіх стадіях очищення (накопичення, перекачування, коалесценція, поділ) у багатокаскадних суднових системах, що мають мінімальну вартість, енергоспоживання і оптимальну пропускну здатність.

Розроблено новий метод моделювання процесів реології неоднорідної двокомпонентної полідисперсної рідини - нафтоводяної емульсії, сутність якого полягає в тім, що при дослідженні процесів коалесценції й очищення суднових нафтовмісних вод необхідно обов'язково враховувати сили взаємодії часток дисперсної фази й дисперсійного середовища між собою і матеріалом фільтроелемента. Використання результатів дисертаційної роботи дозволить отримати економічний ефект понад 30 млн. дол. США.

Ключові слова: комплексний підхід, суднова система, нафтовмісні води, коалесценція, очищення, математичне моделювання.

Истомин В. И. Совершенствование функциональных свойств судовых систем очистки нефтесодержащих вод.- Рукопись

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.08.05 - Судовые энергетические установки. Одесская национальная морская академия, Одесса, 2006

Диссертация посвящена вопросам совершенствования функциональных свойств судовых систем очистки нефтесодержащих вод и режимов работы, повышающих ее экономичность.

Снижение стоимости, энергопотребления очистки НСВ достигается использованием разработанных тканевых и гранулированных коалесцирующих фильтроэлементов, имеющих нежесткую структуру для эффективной регенерации и оптимальную пропускную способность, рассчитанную по разработанной методике с учетом индивидуальных характеристик судна.

Впервые, исходя из концепции движения взаимопроникающих континуумов, получены дифференциальные уравнения процесса фильтрации нефтесодержащих вод в тканевых фильтрах, с помощью которых определены гидродинамические критерии и комплексы подобия процесса коалесценции.

В процессе теоретического исследования уточнена физическая модель процесса очистки нефтесодержащих вод в объеме гранулированной коалесцирующей загрузки и получили дальнейшее развитие закономерности исследуемого процесса, исходя из которых установлены факторы, определяющие эффективность очистки. По реализации плана экспериментов впервые получена математическая модель процесса очистки нефтесодержащих вод СЭУ в объеме гранулированной загрузки на основе уравнения регрессии, которая позволяет рассчитать рациональные конструктивные и эксплуатационные параметры установок с гранулированными фильтроэлементами.

Эффективность судовых систем очистки НСВ существенно зависит от типа перекачивающего насоса и режимов его работы. При этом перепад давления является определяющим фактором и оказывает наиболее существенное влияние на эмульгирующую способность насосов, вследствие значительного увеличения касательных напряжений. Поэтому фильтрующее оборудование и система должны обладать стабильно минимальным гидравлическим сопротивлением.

Впервые проведены по специальной программе масштабные эксплуатационные исследования с целью определения реального суточного объема накопления нефтесодержащих вод (V_сут) на судах различных типов. Полученные статистические данные позволили впервые обосновать нормы суточного накопления нефтесодержащих вод судов с учетом их индивидуальных особенностей. Регистр Судоходства Украины и Российский Морской Регистр Судоходства одобрили предложенную методику расчета новых норм V_сут, внедрение которых увеличивает автономность плавания судов, существенно снижает энергопотребление и стоимость СЭУ, вследствие значительного уменьшения пропускной способности систем.

Научно обоснована концепция создания высокоэффективных судовых систем очистки нефтесодержащих вод с новыми усовершенствованными характеристиками, сущностью ее является то, что снижение вредных последствий загрязнения моря нефтью при эксплуатации СЭУ, повышение эффективности очистки при минимальной стоимости и энергопотреблении должно базироваться на системном подходе и достигается повышением эффективности массопереноса, вследствие уменьшения внутренней энергии полидисперсной неоднородной двухкомпонентной среды - нефтеводяной эмульсии на всех стадиях очистки (накопление, перекачивание, коалесценция, разделение) в многокаскадных судовых системах, обладающих минимальной стоимостью, энергопотреблением и оптимальной пропускной способностью,

Разработан новый метод моделирования процессов реологии неоднородной двухкомпонентной полидисперсной жидкости - нефтеводяной эмульсии, сущность которого заключается в том, что при исследовании процессов коалесценции и очистки судовых нефтесодержащих вод необходимо обязательно учитывать силы взаимодействия частиц дисперсной фазы и дисперсионной среды между собой и материалом фильтроэлемента. Использование результатов диссертационной работы позволит получить экономический эффект более 30 млн. долл. США.

Ключевые слова: комплексный подход, судовая система, нефтесодержащие воды, коалесценция, очистка, математическое моделирование.

Istomiv V. I. The perfection of functional properties of ship system of oil-containing waters purification. The manuscript.

The thesis for the scientific degree of the doctor of engineering science in specialty 05.08.05 - Ship power plants. - Odessa National Maritime Academy,Odessа, 2006.

The thesis is dedicated to the problem of perfection of functional properties of ship system of oil-containing waters purification and operating mode that increase its economy. The conception of creating high-performance ship system of oil-containing waters purification with improved new characteristics was scientifically proved. The essence is that the decrease of harmful consequences of sea pollution with oil, operating SPP, the increase of effectiveness of purification at minimum cost and power consumption must be based on the system approach and achieved by increasing the effectiveness of mass carry owing to reduction of the self-energy of polydisperse heterogeneous two-component medium - oil-water emulsion at all stages of purification (accumulation, transfer, coalescence, division) in many-stage ship systems that have minimum cost, minimum power consumption and optimal carrying capacity.

A new method of modeling the processes of rheology of heterogeneous two-component polydispersed liquid - oil-water emulsion was developed. The main point of the method is the necessity to consider the force of interaction of dispersed phase particles and dispersion medium between material of the filterelement and itself. The use of the thesis results may get an affordability more then 30 mil.USD.

Key words: comprehensive approach, ship system, oil-containing waters, coalescence, purification, mathematical modeling.

Размещено на Allbest.ru

...