УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКИХ ОТХОДОВ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ НЕФТЕГАЗОВЫХ ПЛАТФОРМ
APPARATUS FOR PURIFYING LIQUID WASTE OF OIL AND GAS PLATFORMS

Изобретение относится к области систем по очистке и обеззараживанию балластных вод от биологических загрязнений на нефтегазовых морских платформах и судах различного назначения, в т.ч. нефтяных танкерах, и может найти применение в нефтедобывающей промышленности при освоении нефтяных месторождений, расположенных на морском шельфе.
Известно, что побочным продуктом нефтедобычи является попутный нефтяной газ (ПНГ), который представляет собой смесь газо- и парообразных углеводородных и неуглеводородных компонентов, выделяющихся из нефтяных скважин и из пластовой нефти при ее разгазировании. В настоящее время доля утилизации ПНГ в развитых странах - США, Канаде, Норвегии - составляет 99-100%, тогда как в России значительная часть попутного газа сжигается в факелах (Коржубаев А.Г., Ламерт Д.А., Эдер Л.В. Проблемы и перспективы эффективного использования попутного нефтяного газа в России // Журнал «Бурение и нефть», №4, 2012, с. 4-5). Сжигание попутного нефтяного газа в факелах приводит к безвозвратной потери ценного энергетического ресурса.
Известно устройство энергетической системы на основе органического цикла Ренкина, включающее в себя масленый котел, контур с промежуточным теплоносителем, соединяющий котел и установку на основе органического цикла Ренкина, представляющую собой замкнутый контур с органическим рабочим телом, содержащим турбину на валу с электрогенератором, испаритель, конденсатор, теплообменник-рекуператор и насос, систему охлаждения установки на основе органического цикла Ренкина (Соболь В.А. Мини-ТЭЦ в Речице: передовые технологии в области использования местных видов топлива // Журнал «Энергетическая Стратегия», №2(20), 2011, с. 57-59). Преимуществом установки на основе органического цикла Ренкина является ее возможность работы на любом виде топлива, в том числе и на попутном нефтяном газе.
Известно устройство морской буровой платформы, содержащей опоры для крепления к грунту, основание платформы, на котором установлены буровая вышка с буровым оборудованием, и дизель-генератор для автономного энергоснабжения технологического оборудования морской платформы (Патент РФ №2486314, опубл. 27.06.2013, Бюл. №18). Однако использование дизель-генератора, работающего на привозном дизельном топливе, приводит к значительному удорожанию стоимости вырабатываемой электроэнергии для автономного энергоснабжения технологического оборудования морской платформы.
Известно устройство морской буровой платформы, которая содержит основание, опоры с защитным блоком и источник электроэнергии, подключенный к потребителям энергии, расположенных на морской платформе (Патент РФ №2288320, опубл. 27.11.2006, Бюл. №33). Недостатком изобретения является загрязнение акватории пластовыми водами и высокая стоимость энергоресурсов, связанная с необходимостью периодического завоза дизельного топлива на морскую буровую платформу.
Известно устройство для очистки морской воды от взвешенных веществ и нефти на нефтебуровой платформе. Указанное устройство содержит ряд гидравлически соединенных между собой цилиндрических корпусов, в которых размещены фильтрующие элементы, коллекторы подвода и отвода воды, запорную арматуру, системы осушения и вентиляции (Патент на полезную модель РФ №48513 опубл. 27.10.2005 г.). Недостатками указанного аналога являются: низкая эффективность устройства в целом, а также невозможность обеспечения экологической безопасности окружающей среды и санитарной безопасности обслуживающего персонала при обработке балластных вод.
Известно устройство судовой установки для обезвреживания балластных вод, установленное на подвижной морской платформе (судне) и содержащее блок патронных фильтров с фильтрующими элементами, блок электрохимического хлорирования воды, запорную арматуру, насосы, трубопроводы и устройство регенерации фильтрующих элементов, генератор ионов меди, блок ультрафиолетового облучения и блок озонирования, а также систему мониторинга и управления, выполненное с возможностью многовариантного дозирования биоцида в пределах допустимых концентраций, при этом энергоснабжение данного устройства осуществляется за счет дизель-генератора, расположенного на морской платформе (Патент на полезную модель РФ №117886, опубл. 10.07.2012 г.). Недостатком данного устройства является то, что оно является дорогостоящим, сложным и ненадежным в эксплуатации из-за аппаратурного разнообразия, причем методы ультрафиолетового облучения и озонирования крайне не эффективны при очистке отходов жизнедеятельности нефтегазовых платформ от биологических загрязнений.
Известно устройство для обезвреживания балластных вод (жидких отходов жизнедеятельности), установленное на подвижной морской платформе (судне) и состоящее из емкости для хранения жидких отходов жизнедеятельности, комплекса технологического оборудования по обеззараживанию балластных вод электрохимическим способом, включающего в себя блок электрохимического хлорирования воды, электролизер с цинковой засыпкой анода для получения биоцида в виде высокодисперсного коллоидного раствора наночастиц гидроксида цинка, газоуловитель, датчик контроля активного хлора, систему управления, насосы, фильтр, запорную арматуру и трубопроводы, связывающие блок электрохимического хлорирования воды и электролизер с емкостью для хранения жидких отходов, а также источника электроэнергии для автономного энергоснабжения комплекса технологического оборудования по обеззараживанию балластных вод электрохимическим способом, расположенного на морской платформе (Патент на полезную модель РФ №139264, опубл. 10.04.2014, Бюл. №10).
Полная и глубокая очистка воды происходит за счет одновременного совместного обеззараживающего и биостатического действия растворов гипохлорита и биоцида в виде высокодисперсного коллоидного раствора наночастиц гидроксида цинка непосредственно в балластной цистерне, а также за счет их (растворов гипохлорита и биоцида в виде высокодисперсного коллоидного раствора наночастиц гидроксида цинка) синергического эффекта, позволяющего достигать более высоких степеней обеззараживания при меньших концентрациях активных веществ, что позволяет значительно повысить эффективность работы установки за счет использования электрохимической технологии без использования химических реагентов с одновременным обеспечением экологической безопасности окружающей среды и санитарной безопасности личного состава.
Недостатком данного устройства является то, что для его работы требуется значительное количество электроэнергии, которая вырабатывается на морской платформе за счет привозного дорогостоящего дизельного топлива, что существенно удорожает процесс очистки жидких отходов жизнедеятельности.
Технический результат, который может быть получен при применении данного изобретения, заключается в повышении энергетической и экономической эффективности установок для очистки жидких отходов жизнедеятельности нефтегазовых платформ за счет использования попутного нефтяного газа, добываемого непосредственно на нефтегазовых платформах, для производства электрической энергии с помощью дешевого местного вида топлива - попутного нефтяного газа.
Для достижения данного технического результата установка для очистки жидких отходов жизнедеятельности нефтегазовых платформ, установленная на морской платформе и состоящая из емкости для хранения жидких отходов жизнедеятельности, комплекса технологического оборудования по обеззараживанию балластных вод электрохимическим способом, связанного с емкостью трубопроводами, включающего в себя блок электрохимического хлорирования воды, электролизер с цинковой засыпкой анода для получения биоцида в виде высокодисперсного коллоидного раствора наночастиц гидроксида цинка, газоуловитель, датчик контроля активного хлора, систему управления, насосы, фильтр, запорную арматуру и трубопроводы, связывающие блок электрохимического хлорирования воды и электролизер с емкостью для хранения жидких отходов, а также источника электроэнергии для автономного энергоснабжения комплекса технологического оборудования по обеззараживанию балластных вод электрохимическим способом, расположенного на морской платформе, снабжена в качестве источника электроэнергии установкой на основе органического цикла Ренкина, а также масляным котлом, к которому подведена линия подачи попутного нефтяного газа, контуром с промежуточным теплоносителем, соединяющим котел и установку на основе органического цикла Ренкина, и блоком аккумуляторных батарей, который расположен между установкой на основе органического цикла Ренкина и комплексом технологического оборудования по обеззараживанию балластных вод электрохимическим способом, при этом блок аккумуляторных батарей связан с помощью электрических кабелей с установкой на основе органического цикла Ренкина и комплексом технологического оборудования по обеззараживанию балластных вод электрохимическим способом.
Введение в состав установки для очистки жидких отходов жизнедеятельности нефтегазовых платформ установки на основе органического цикла Ренкина в качестве источника электроэнергии, а также масляного котла, к которому подведена линия подачи попутного нефтяного газа, контура с промежуточным теплоносителем, соединяющим котел и установку на основе органического цикла Ренкина, блока аккумуляторных батарей, который расположен между установкой на основе органического цикла Ренкина и комплексом технологического оборудования по обеззараживанию балластных вод электрохимическим способом, соединенных между собой электрическими кабелями, позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности сжигания нефтяного попутного газа в масляном котле и последующей передачи тепловой энергии через промежуточный контур установке на основе органического цикла Ренкина, в котором тепловая энергия от сжигания попутного нефтяного газа преобразуется в электрическую энергию, которая используется для энергоснабжения комплекса технологического оборудования по обеззараживанию балластных вод электрохимическим способом, что обеспечивает повышение энергетической и экономической эффективности установок для очистки жидких отходов жизнедеятельности нефтегазовых платформ за счет использования дешевого местного вида топлива - попутного нефтяного газа, добываемого непосредственно на нефтегазовых платформах.
На фиг. 1 изображена установка для очистки жидких отходов жизнедеятельности нефтегазовых платформ.
Установка для очистки жидких отходов жизнедеятельности нефтегазовых платформ, установленная на морской платформе, содержит емкость для хранения жидких отходов жизнедеятельности 1, комплекс технологического оборудования по обеззараживанию балластных вод электрохимическим способом 2, установку на основе органического цикла Ренкина 3, масляный котел 4, линию подачи попутного нефтяного газа 5, контур с промежуточным теплоносителем (диатермальным маслом) 6, блок аккумуляторных батарей 7, который расположен между установкой на основе органического цикла Ренкина 3 и комплексом технологического оборудования по обеззараживанию балластных вод электрохимическим способом 2. Блок аккумуляторных батарей 7 связан с помощью электрических кабелей 8 с установкой на основе органического цикла Ренкина 3 и с помощью электрических кабелей 9 - с комплексом технологического оборудования по обеззараживанию балластных вод электрохимическим способом 2. Емкость для хранения жидких отходов жизнедеятельности 1 связана трубопроводами 10 с комплексом технологического оборудования по обеззараживанию балластных вод электрохимическим способом 2.
Установка для очистки жидких отходов жизнедеятельности нефтегазовых платформ работает следующим образом.
Жидкие отходы жизнедеятельности (балластные воды) поступают в емкость для хранения жидких отходов жизнедеятельности 1. После заполнения емкости 1 по трубопроводам 10 жидкие отходы жизнедеятельности поступают в комплекс технологического оборудования по обеззараживанию балластных вод электрохимическим способом 2. В комплексе технологического оборудования по обеззараживанию балластных вод электрохимическим способом 2 в блоке электрохимического хлорирования воды и электролизере 2 для получения биоцида (не показаны) насыщаются гипохлоритом и биоцидом в виде высокодисперсного коллоидного раствора наночастиц гидроксида цинка.
Затем (после насыщения балластной воды биоцидом в виде высокодисперсного коллоидного раствора наночастиц гидроксида цинка) из комплекса технологического оборудования по обеззараживанию балластных вод электрохимическим способом 2 жидкие отходы поступают по трубопроводам 10 в емкость 1. В емкости 1 проверяют концентрацию активного хлора. Если концентрация активного хлора в емкости 1 ниже необходимой, то снова жидкие отходы направляют в комплекс технологического оборудования по обеззараживанию балластных вод электрохимическим способом 2.
Указанную операцию по насыщению балластной воды (жидких отходов жизнедеятельности) гипохлоритом осуществляют до достижения необходимой концентрации активного хлора в емкости 1, после этого обработанная балластная вода хранится в емкости 1.
Для энергоснабжения комплекса технологического оборудования по обеззараживанию балластных вод электрохимическим способом 2 энергия подается из блока аккумуляторных батарей 7 с помощью электрических кабелей 9. Для постоянной подзарядки блока аккумуляторных батарей 7 используется электрическая энергия, которая вырабатывается в установке на основе органического цикла Ренкина 3 и передается к блоку аккумуляторных батарей 7 с помощью электрических кабелей 8.
Установка на основе органического цикла Ренкина 3 работает за счет теплоты сжигания попутного нефтяного газа в масляном котле 4, в котором при сжигании попутного нефтяного газа при температуре свыше 900°С, подаваемого по линии 5, образовавшаяся теплота через промежуточный контур теплоносителя (диатермальное масло) 6 передается в установку на основе органического цикла Ренкина 3. Принцип работы установок на основе органического цикла Ренкина и производство с их помощью электрической энергии широко известен для специалистов и описан в приведенном аналоге для данного изобретения.
Источники информации
1. Коржубаев А.Г., Ламерт Д.А., Эдер Л.В. Проблемы и перспективы эффективного использования попутного нефтяного газа в России // Журнал «Бурение и нефть», №4, 2012, с. 4-5.
2. Соболь В.А. Мини-ТЭЦ в Речице: передовые технологии в области использования местных видов топлива // Журнал «Энергетическая Стратегия», №2(20), 2011, с. 57-59.
3. Патент РФ №2486314, опубл. 27.06.2013, Бюл. №18.
4. Патент РФ №2288320, опубл. 27.11.2006, Бюл. №33.
5. Патент на полезную модель РФ №48513, опубл. 27.10.2005 г.
6. Патент на полезную модель РФ №117886, опубл. 10.07.2012 г.
7. Патент на полезную модель РФ №139264, опубл. 10.04.2014, Бюл. №10 - прототип.