Анотація до роботи:

Пчелінцев Д.В. Підвищення ефективності очищення суднових нафтовмісних вод у коалесцувальній сепараційній установці. – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.08.05 – суднові енергетичні установки і їх елементи. – Севастопольський національний технічний університет, Севастополь, 2003.

У дисертаційній роботі представлено нове вирішення проблеми підвищення ефективності очищення суднових НВВ шляхом оптимізації геометричних і експлуатаційних характеристик сепараторів коалесцувального типу на основі розробленої математичної моделі процесу розділення полідисперсної нафтоводяної емульсії і методики проектування фільтрів з коалесцувальним наповнювачем. У роботі встановлено закономірності процесів взаємодії нафти і продуктів її переробки з водою, досліджено процес переходу нафтових забруднень зі складу нафти і нафтопродуктів у розчин НВВ, вплив експлуатаційних факторів на ефективність очищення суднових НВВ, розроблено нову математичну модель процесу розділення нафтоводяної емульсії з врахуванням динаміки процесу, методику розрахунку типорозмірного ряду сепараційних установок коалесцувального типу.

В результаті проведених досліджень розроблено і впроваджено типорозмірний ряд гравитаційно-коалесцувальних суднових сепараційних установок, що дозволяють проводити очищення суднових НВВ до рівня менше 5 млн^-1, розроблено і виготовлено спеціалізований стендовий комплекс для сертифікаційних випробувань нафтоводяного сепараційного обладнання відповідно до вимог ІМО.

1. У дисертаційній роботі представлено нове вирішення проблеми підвищення ефективності очищення суднових НВВ шляхом оптимізації геометричних і експлуатаційних характеристик сепараторів коалесцувального типу на основі розробленої математичної моделі процесу розділення полідисперсної нафтоводяної емульсії і методики проектування фільтрів з коалесцувальним наповнювачем.

2. На підставі відомих робіт і проведених досліджень встановлено закономірності процесів взаємодії нафти і продуктів її переробки з водою, переходу нафтогенних сполук у розчин НВВ за різних зовнішніх умов, що визначають вид і фазо-дисперсний стан вуглеводневих забруднень у НВВ. Встановлено, що збільшення температури, присутність поверхнево-активних речовин призводить до зростання, а збільшення солоності – до зниження розчинності нафтових і органічних забруднень у лляльних водах; вміст розчинених фракцій нафтопродуктів для суднових лляльних вод складає незначну величину порядку 1 млн^-1.

3. Встановлено закономірності впливу основних експлуатаційних факторів (вид перекачувальної помпи й умови подачі НВВ, температура і солоність дисперсійного середовища, присутність поверхнево-активних речовин) на характеристики процесу очищення суднових НВВ.

4. Отримано подальший розвиток положень молекулярно-кінетичної теорії дисперсних систем стосовно до розділення нафтоводяних емульсій у частині уточнення діапазонів дії гідродинамічного і контактного механізмів коалесценції при очищенні суднових НВВ. Показано, що при розділенні НВВ із концентрацією дисперсної фази менше 10000 млн^-1 вплив гідродинамічного механізму є незначний, а при концентраціях менше 3000 млн^-1 цим впливом можна знехтувати.

5. Запропоновано нову математичну модель процесу розділення нафтоводяной емульсії в об’ємі коалесцувального наповнювача, розробленої з використанням закономірності Гагена-Пуазейля для капілярних каналів у порівнянності з законом Дарсі. Записано закони збереження маси для нестаціонарного спільного плину емульсії і скоалесцованої плівки нафтопродукту. На основі квазістаціонарного розгляді фільтрування полідисперсної емульсії виведено рівняння для визначення ступеня очищення води від домішок і товщини плівки нафтопродуктів, що дозволяють отримати залежність цих параметрів від часу роботи фільтра і тим самим оцінити показники процесу в динаміці.

6. Розроблено програму чисельного розв’язку системи отриманих диференційних рівнянь мовою Паскаль, що дозволяє моделювати роботу коалесцувального фільтра за різних вихідних проектних даних і умов експлуатації. Вірогідність теоретичного аналізу підтверджена зіставленням результатів розрахунку й експерименту у всьому діапазоні режимних параметрів.

7. Виявлено особливості процесу розділення нафтоводяних емульсій в об’ємі фільтра з коалесцувальним наповнювачем: встановлено, що ефективність розділення емульсії у фільтрі залежить переважно від її дисперсійного складу, а також від товщини плівки нафтопродуктів, що плине усередині капілярів фільтра, обумовленої видом і властивостями забруднювального нафтопродукту.

8. Розроблено методику розрахунку коалесцувальних фільтрів і проектування сепараційних установок даного типу, що дозволяє проектантові розраховувати основні характеристики сепараторів без застосування складного математичного апарату.

9. Розроблено рекомендації з проектування та експлуатації коалесцувальних сепараційних установок для очищення суднових нафтовмісних вод. Запропоновано різні варіанти систем для очищення НВВ за вакуумною і напірною схемою подачі для суднової та нафтохімічної промисловості, а також систем з доочисними фільтрами для скидання очищеної води у водойми першої категорії.

10. Розроблено і виготовлено експериментальний стендовий комплекс для проведення випробувань і сертифікації суднового нафтоводяного сепараційного обладнання, засвідчений Регістром судноплавства і Регістром Ллойда, а також програми і методики проведення розширених і стендових випробувань, що пройшли відповідну апробацію.

11. Розроблено конструкцію і типорозмірний ряд гравітаційно-коалесцувальних сепараційних установок типу "Екомарин" для очищення суднових НВВ, що забезпечують високий ступінь розділення нафтоводяної емульсії (не більше 5 млн^-1), мають практично необмежений ресурс роботи, прості у виготовленні й експлуатації. Зазначені установки пройшли міжвідомчі випробування, відповідають вимогам ІМО і сертифіковані Морським Регістром Судноплавства і Регістром Ллойда (Англія).

12. Результати дисертаційної роботи використовуються ВМС ЗС України, Регістром Ллойда (Англія), проектно-конструкторським бюро "Невське ПКБ" при розробці систем очищення НВВ і сепараторів коалесцувального типу, програм і методик випробувань суднових сепараторів, а також у НДІ математики і механіки СПбДУ в розрахунках і проектуванні фільтрів з коалесцувальним завантаженням.

Використання матеріалів дисертації на суднах морського флоту, Військово-морських сил та інших міністерств і відомств буде сприяти вирішенню важливого державного і природоохоронного завдання з виконання Україною міжнародних угод, викладених у матеріалах організації ІМО, Конвенції із запобігання забрудненню моря із суден МАРПОЛ-73/78, сприяти підвищенню екологічної безпеки суднових енергетичних установок.

Основні результати дисертації опубліковані в наукових спеціалізованих виданнях:

1. Пчелинцев Д.В. Влияние способа подачи нефтесодержащих вод на очистную способность НВФУ/Д.В. Пчелинцев, В.М. Хапаев //Вестник СевГТУ. – Севастополь, 1996. – Вып.3.-с.65-68.

2. Пчелинцев Д.В. Разделение эмульсий с учетом гидродинамического взаимодействия частиц дисперсной фазы/Д.В. Пчелинцев, В.М. Хапаев //Вестник СевГТУ. – Севастополь, 1997. – Вып.6. – с.139-142.

3. Пчелинцев Д.В. Взаимодействие нефтепродуктов с водой /Д.В. Пчелинцев, В.М. Хапаев //Вестник СевГТУ.– Севастополь,1999.– Вып.16.-с.42-45.

4. Пчелинцев Д.В. Анализ современных методов определения концентрации нефтепродуктов в воде для контроля нефтесодержания очищенных вод/Д.В. Пчелинцев//Жизнь и безопасность. – Санкт-Петербург, 2001.- №3-4.- с.423-424.

5. Пчелинцев Д.В. Очистка судовых нефтесодержащих вод/Д.В. Пчелинцев //Вода и экология: проблемы и решения. – СПб, 2002. - №2. – с.64-67.

6. Пчелинцев Д.В. Оценка эффективности использования активной зоны НВФУ «Экомарин» /Д.В. Пчелинцев //Вестник СевГТУ. – Севастополь, 2002. – Вып.39. – с.90-91.

7. Пчелинцев Д.В. Экологическая безопасность СЭУ: проблема очистки судовых льяльных вод/Д.В. Пчелинцев //Судоходство.– Одесса, 2002.-№7-8.–с.56.

8. Пчелинцев Д.В. Математическое моделирование очистки нефтесодержащих вод в фильтре с коалесцирующей загрузкой/ Г.В. Кочерыженков, С.К. Матвеев, Д.В. Пчелинцев //Аэродинамика. – СПб.: НИИХимии С.-Петербургского университета, 2002. – с.169-174.

9. Пчелинцев Д.В. Разделение эмульсии в фильтре с коалесцирующей загрузкой/ Г.В. Кочерыженков, С.К. Матвеев, Д.В. Пчелинцев // Избранные труды международной научной конференции по механике «Третьи Поляховские чтения». - Санкт-Петербург: СПбГУ, 2003.с.146-150.

10. Пчелинцев Д.В. Фильтрация нефтесодержащих вод в коалесцирующем фильтре /Д.В. Пчелинцев// Материалы XI международной научно-практической конференции 16-21 сентября 2002. – Севастополь: СевНТУ, 2002.- с.102-105.

11. Пчелинцев Д.В. Методика расчета нефтеводяных сепараторов коалесцирующего типа /Д.В. Пчелинцев// Материалы XII международной научно-практической конференции 15-21 сентября 2003. – Севастополь: СевНТУ, 2003.- с.209-212.

Публікації, в яких додатково викладено зміст дисертації:

1. Пчелинцев Д.В. Глубокая очистка судовых нефтесодержащих вод /Д.В. Пчелинцев //Тезисы докладов 7 международной конференции по экологии 2-7 августа 2002. – Санкт-Петербург: МАНЭБ, 2002. – с. 110-111.

2. Пчелинцев Д.В. Нефть и экология моря: проблема очистки судовых нефтесодержащих вод /Д.В. Пчелинцев // Промышленный вестник. – СПб. – 2002. – №6. – с.23

Особистий внесок здобувача у роботи, опубліковані в співавторстві, полягає у наступному: виконання експериментальних досліджень, проведення дисперсійного аналізу [1]; виконання експериментальних досліджень, розрахунок граничних концентрацій часток дисперсійної аза [2]; проведення лабораторних досліджень і аналіз їх результатів [3]; розробка моделі фільтрації нафтоводяної емульсії в фільтрі з гранульованим наповнювачем [8]; розробка програми кількісного рішення розглядуваної математичної моделі, проведення розрахунків основних параметрів роботи коалесцувального фільтра [12]; узагальнення розглядуваної математичної моделі на випадок полідисперсійної емульсії, розрахунок дисперсійного складу емульсії по висоті фільтра [13].