Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của một số thông số đầu vào đến quá trình tách dầu trong thiết bị lọc ly tâmNghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của một số thông số đầu vào đến quá trình tách dầu trong thiết bị lọc ly tâmNghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của một số thông số đầu vào đến quá trình tách dầu trong thiết bị lọc ly tâmNghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của một số thông số đầu vào đến quá trình tách dầu trong thiết bị lọc ly tâm
MỞ ĐẦU Tính cần thiết đề tài Dầu lẫn vào nước do: - Dầu từ khu vực sử dụng dầu bị tràn két chứa lẫn vào nước; - Do cố tàu chở dầu, cố dàn khoan dầu; - Dầu cặn két chứa xúc rửa két nhờ nước,… Một số giải pháp xử lý áp dụng nay: * Xử lý vi sinh vật, sử dụng sản phẩm Sản phẩm SOT xử lý dầu dạng rắn; sản phẩm LOT (xử lý dầu dạng lỏng) sản phẩm LOT 11 xử lý dầu thô tràn đất * Xử lý thiết bị hút dầu kết hợp phao chắn xung quanh khu dầu loang Sử dụng thuyền tàu nhỏ quây phao xung quanh khu vực có dầu để dầu không lan rộng ngoài, sau dùng thiết bị hút tách dầu khu vực quây phao * Xử lý phương pháp từ tính: sử dụng hạt nano kim loại màu không thấm nước trộn lẫn với dầu Sau dùng nam châm (nam châm vĩnh cửu nam châm điện) hút hạt nano dầu khỏi hỗn hợp dầu nước Cuối tách hạt nano khỏi dầu phương pháp từ tính * Xử lý dầu nhờ hệ thống liên hoàn đa năng: dầu nước bơm qua màng kim loại đặc biệt, màng lưới mỏng với lỗ to có đường kính cỡ 1-2cm Khi dòng chảy tác động lên màng màng bị rung lên tạo từ trường yếu, từ trường yếu đẩy dầu lên phía nước lại phía tách * Xử lý nhờ vải lọc dầu: sử dụng vải lọc dầu, ví dụ loại vải SQS-1, vải có khả không cho dầu, váng dầu, chất thải nhiễm dầu lẫn nước qua vải, cho nước thấm qua * Xử lý nhờ chênh lệch tỷ trọng dầu nước: tỷ trọng nước lớn tỷ trọng dầu, nên dầu nước nằm lực trọng trường hay lực ly tâm chúng tách xa Mỗi giải pháp tách dầu nêu có số ưu điểm có số khiếm khuyết Bởi vậy, nghiên cứu nghiên cứu để lựa chọn giải pháp tách dầu hợp lý phục vụ việc tính toán mô nghiên cứu cấp sở dựa kết nghiên cứu mô bước nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị xử lý tách dầu khỏi hỗn hợp dầu nước có hiệu nhằm bảo vệ môi trường, bảo vệ người giảm chi phí việc xử lý Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu tính toán mô để xem xét số yếu tố đầu vào ảnh hưởng đến nồng độ dầu có nước đầu thiết bị từ đưa giải pháp nhằm đạt nồng độ dầu nước xả theo quy định Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: hỗn hợp dầu nước Phạm vi nghiên cứu: - Vận tốc dọc trục dầu nước chảy tiết diện vào v = 25 m/s - Phần trăm dầu hỗn hợp = 20%; 30% - Khối lượng riêng nước = 1000 kg/m3 - Khối lượng riêng dầu = (840960) kg/m3 - Số vòng quay trống quay n = (1450 1750) v/ph - Các số liệu khác lấy theo tiêu chuẩn sở liệu Ansys định nghĩa Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu - Thu thập số liệu: thu thập số liệu liên quan từ tài liệu công bố website; - Phương pháp chuyên gia: ý kiến số chuyên gia tham khảo nghiên cứu; - Phương pháp phân tích thống kê: phân tích số liệu tổng hợp số liệu để chọn mẫu thích hợp - Phương pháp tính toán mô phỏng: dựa vào phần mềm AnSys để tính toán mô vấn đề cần nghiên cứu Tính mới, tính độc đáo, tính sáng tạo: Tính mới: sản lượng thiết bị lớn phù hợp cho việc xử lý dầu tràn biển; Tính độc đáo: thiết bị tách dầu có điều chỉnh tốc độ động dẫn động thiết bị tách dầu, thiết bị điều khiển vị trí đầu ống dẫn lấy dầu để cho chất lượng nước thải đạt yêu cầu giới hạn cho phép Ý nghĩa khoa học thực tiễn Ý nghĩa khoa học Kết nghiên cứu tính toán mô số giải pháp rút dựa sở tính toán làm sở để thiết kế chế tạo thiết bị xử lý dầu lẫn nước Ý nghĩa thực tiễn Kết nghiên cứu rút ngắn thời gian thiết kế chế tạo, mang lại hiệu kinh tế Các nhà khoa học nước làm chủ công nghệ chế tạo thiết bị Tăng sản phẩm mang thương hiệu VIMARU Chương Tổng quan số nguồn phát sinh dầu lẫn vào nước số giải pháp tách dầu khỏi hỗn hợp dầu nước 1.1 Tổng quan số nguồn phát sinh dầu lẫn vào nước 1.1.1 Nguồn phát sinh dầu lẫn vào nước khai thác tàu chở dầu Khai thác tàu dầu gây ô nhiễm do: - Tàu sau hết hàng bơm nước vào két chứa, lúc đến cảng nhận hàng nước két bơm ngoài, nước bơm có lẫn dầu - Thời điểm tàu giao nhận hàng xong lúc tháo ống dẫn dầu xảy lượng dầu sót lại ống dẫn bị rơi xuống nước,… 1.1.2 Nguồn phát sinh dầu lẫn vào nước chất thải từ dàn khoan dầu, khí biển Dung dịch, hóa chất sử dụng cho công việc khoan nước thải dàn khoan bị rơi vãi xuống biển gây ô nhiễm 1.1.3 Nguồn phát sinh dầu lẫn vào nước bơm xả nước dằn tàu Khi tàu bốc hết hàng cần bơm nước biển vào két chứa nước dằn Nước bơm vào két dằn có chứa tạp chất, vi sinh vật, vi trùng gây bệnh,… chất lượng nước dằn phụ thuộc chất lượng nước vùng nước mà tàu lấy nước dằn Ngoài nước két dằn tàu nhiễm lượng nhỏ dầu rò rỉ vào, ví dụ rò dầu từ đường ống dẫn nhiên liệu, két dầu Lúc tàu đến địa điểm để nhận hàng nước dằn két dằn bơm ngoài, dầu khu vực xung quanh nơi nước dằn xả thải 1.1.4 Nguồn phát sinh dầu lẫn vào nước Việt Nam Nước ta có số dàn khoan biển, dàn khoan dầu rơi xuống biển Vùng biển Việt Nam nằm trục hàng hải với lưu lượng tàu nước qua lại lớn, tàu chạy qua bơm nước la canh gây ô nhiễm dầu Tại sở đóng sửa chữa tàu biển, sở sản xuất đóng gần biển, nơi có nguy gây ô nhiễm dầu, 1.2 Tổng quan số giải pháp tách dầu khỏi hỗn hợp dầu nước 1.2.1 Thiết bị thu gom Dầu lẫn nước thu gon lại chỗ, sau sử dụng hóa chất vật liệu ngưng tụ để xử lý dầu Trang thiết bị tham gia thu gom hỗn hợp bao gồm: - Phao quây: dùng phao quây xung quanh khu vực có dầu để cô lập; - Tàu thuyền: thiết bị triển khai phao; - Bơm hút dầu: đưa hỗn hợp từ mặt biển lên két chứa; - Két chứa: thiết bị chứa hỗn hợp dầu nước; - Phương tiện lai dắt: lai dắt két chứa loại di động kéo tàu chở thiết bị thu gom,… 1.2.2 Tách dầu sau thu gom 1.2.2.1 Tách dầu nhờ chất phân tán Phun chất phân tán lên bề mặt lớp dầu Chất phân tán có tác dụng làm giảm lực căng bề mặt ranh giới dầu nước, tạo giọt dầu nhỏ để tạo điều kiện cho việc phân hủy sinh học phân tán dầu vào nước xảy nhanh Các chất làm phân tán dầu vào nước chia thành loại:: [k2]: - Loại 1: Có thành phần hydrocacbon thường Khi sử dụng không pha loãng thường dùng bãi biển biển - Loại 2: Khi sử dụng pha loãng thêm vào nước với tỉ lệ theo thể tích 1:10 - Loại 3: Khi sử dụng không pha loãng Ưu điểm: - Sử lý thích hợp khu vực sát bờ; - Chất tăng độ phân tán dầu phun lên bề mặt nên dầu phân tán vào nước xảy nhanh hiệu xử lý nhanh - Dễ sử dụng - Dầu thiết bị tách chỗ (két chứa) mà không cần vận chuyển với khối lượng lớn dầu nước vào bờ nên thuận lợi chi phí giảm Nhược điểm: - Khi bề mặt dầu nước không ổn định có sóng, khó phun chất phân tán lên bề mặt dầu - Chất phân tán dầu độc - Kinh phí lớn phun với số lượng chất phân tán dư nhiều so với yêu cầu thực tế 1.2.2.2 Xử lý dầu nhờ từ tính Giải pháp xử lý dầu nhờ từ tính có dạng thiết bị, là: sử dụng lưới kim loại sử dụng hạt nano từ trường Thiết bị sử dụng lưới kim loại gồm lưới mỏng làm hợp kim đặc biệt, lỗ to cỡ (1÷2) cm Do tác động dòng chảy hỗn hợp nước - dầu chảy vào thiết bị làm cho lưới kim loại rung lên Tấm lưới rung tạo điện từ trường yếu điện từ trường yếu tác động lên dầu đẩy dầu lên phía nửa thiết bị Nước chứa vào khoang chứa để làm dầu lần Nước dầu chảy tràn qua vùng chứa khác theo nối ống thoát Thiết bị sử dụng hạt nano từ trường thiết bị hoạt động theo nguyên lý trộn hạt nano kim loại màu không thấm nước với dầu, hạt nano bám chặt vào phân tử dầu Sau đó, hạt nano loại bỏ khỏi dầu phương pháp từ tính [k3] Ưu điểm: - Thiết bị lọc đơn giản; - Dầu thiết bị tách chỗ (két chứa) mà không cần vận chuyển với khối lượng lớn dầu nước vào bờ nên thuận lợi chi phí giảm; - Công suất thiết bị tương đối lớn Nhược điểm: Mới chế tạo dạng mô hình 1.2.2.3 Xử lý dầu nhờ vật liệu hấp phụ dầu Vật liệu thấm hút dầu hoạt động theo nguyên lý hút giữ dầu khối vật liệu (hình 1.1), thấm hút nước với tỷ lệ thấp không thấm hút nước Vật liệu hấp phụ dầu ví dụ như: - Vật liệu hữu tự nhiên bã mía, mùn cưa, chất xơ sợi sơ dừa, - Chất vô tự nhiên đất sét, cát, tro núi lửa - Vật liệu hấp phụ styren lauryl metacrylat, sanol absorbents (loại hóa chất plastic dạng bọt, kỵ nước),… [k4] Hình 1.1 Vật liệu hấp thụ dầu [k6] Tính chất số vật liệu hấp phụ ghi bảng 1.1 Bảng 1.1 Một số thông số đặc trưng vật liệu hấp phụ [k4] Ưu điểm: - Các chất hấp thụ dạng phổ biến dễ tìm thị trường giá thành rẻ; - Các khối vật liệu hấp thụ dầu với kích thước tiêu chuẩn, nên thuận lợi cho trình sử dụng, dễ dàng thu hồi tái sử dụng vật liệu hấp thụ sau sử dụng Nhược điểm: Khối lượng chất hấp thụ lớn, nên khó khăn cho vận chuyển triển khai ứng phó dầu tràn 1.2.2.4 Xử lý dầu nhờ vải lọc Xử lý nhờ vải lọc dầu, ví dụ loại vải lọc dầu SQS-1 Khi hỗn hợp tiếp xúc với vải dầu thấm hút vào bên sợi vải lực mao dẫn Ưu điểm: - Đơn giản sử dụng; - Vật liệu dễ tìm kiếm; - Vải lọc có tác dụng tách dầu, đồng thời có thêm tính diệt khuẩn, diệt nấm, mốc, tảo tiếp xúc - Vải lọc không gây ô nhiễm cho môi trường nước Nhược điểm: - Sản lượng lọc thấp; - Thời gian xử lý lâu tốc độ lọc chậm - Hệ thống lọc dầu nhờ vải lọc thường tiêu hao nhiều lượng hỗn hợp có tính nhớt (ma sát cao), hỗn hợp phải bơm qua màng để đạt hiệu tách cao - Màng thường bị tắc chất nhớt dầu, hiệu làm việc chúng giảm dần - Màng thường không đủ loại để tách tất hỗn hợp dầu nước, từ lớp dầu nước nhũ tương chứa nhiều chất hoạt động bề mặt [k5] Khắc phục nhược điểm nhà khoa học vật liệu Đại học Michigan (Mỹ) sáng chế loại màng làm từ polyme vật liệu silic kỵ dầu, loại tách với lượng lớn với tỷ lệ hỗn hợp dầu nước Hình 1.2 Vải lọc đặt đầu vào bơm [k5] Hình 1.3 Vải lọc đặt đầu bơm [k5] 1.2.2.5 Xử lý dầu nhờ chênh lệch tỷ trọng dầu nước A Xử lý dầu nhờ lực trọng trường Nguyên lý lắng đọng tự nhiên dựa độ chênh lệch tỷ trọng nước dầu trường trọng lực Hỗn hợp dầu nước két chứa, lực trọng trường (lực hút trái đất) vật chất kéo xuống đáy két Nước tạp chất rắn có trọng lượng riêng lớn lắng đọng xuống đáy két chứa, dầu có trọng lượng riêng nhỏ nằm phía bề mặt két Hình 1.4 thể phân lớp lắng đọng tự nhiên dầu, nước cặn két chứa Để tăng chất lượng lọc người ta chế tạo két lắng đọng nhiều cấp Hình 1.5 giới thiệu nguyên lý kết cấu két lắng dầu nhiều khoang đặt nối tiếp Hỗn hợp bơm vào khoang thứ từ bên trái, dầu tách ra, nước có lượng dầu nhỏ qua khoang thứ 2, tương tự hỗn hợp chảy đến khoang thứ Qua két có lượng dầu giữ lại phía Nước khỏi khoang thứ có lượng dầu đạt yêu cầu Để tăng khả phân lớp nhanh lưu động hỗn hợp, đáy két lắng có đặt bầu hâm nước điện Nhiệt độ hâm nóng nhiệt độ tương ứng với độ nhớt dầu vào khoảng 30 cSt Dầu Nước Cặn Hình 1.4 Sự phân lớp lắng đọng tự nhiên dầu, nước cặn DẦU NƯỚC NƯỚC NƯỚC NƯỚC Hơi hâm KHOANG THỨ NHẤT KHOANG THỨ KHOANG THỨ KHOANG THỨ Về két chứa nước la canh lẫn dầu Từ két nước la canh lẫn nhiều dầu tới Về két dầu bẩn DẦU Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý phân ly dầu nước sử dụng lực trọng trường nhiều khoang Ưu điểm: - Két lắng đọng đơn giản; - Sử dụng thích hợp cho dầu có tỷ trọng khác biệt lớn so với tỷ trọng nước Nhược điểm: - Thể tích két chứa hỗn hợp dầu nước lớn - Thời gian lắng đọng lâu B Xử lý dầu nhờ lực ly tâm Nguyên lý lọc đưa dầu lẫn tạp chất vào trống quay với tốc độ quay lớn (hình 1.6), tác dụng lực ly tâm dầu, nước tạp chất bị đẩy thành trống quay, nước tạp chất có tỷ trọng lớn dầu nên nước tạp chất đẩy sát mép trống dầu nằm phía gần trục quay trống Sự phân lớp giống lắng đọng tự nhiên tốc độ lắng lớn nhiều Do lực ly tâm lớn lực trọng trường hàng nghìn lần nên chất lượng tách dầu khỏi tạp chất nhiều so với lọc nhờ lực trọng trường Trên hình 1.6 máy lọc hai pha Hình 1.6 Sơ đồ máy lọc hai pha [k7] Ưu điểm: - Lọc cặn nước; - Chất lượng lọc tốt nguyên tắc lọc khác - Thiết bị có sản lượng lớn Nhược điểm: - Giá thành cao - Kích thước trọng lượng thiết bị lớn - Dễ tắc bẩn phần nón lọc - Khó khăn cho người khai thác đòi hỏi trình độ chuyên môn cao 1.3 So sánh giải pháp xử lý dầu lẫn nước Từ ưu nhược điểm giải pháp tách dầu lẫn nước, ta so sánh để tìm giải pháp thích hợp Qua so sánh ta thấy lọc nhờ lực ly tâm có ưu điểm chất lượng lọc tạp chất loại khác, sản lượng lọc lớn, có khả lọc đồng thời cặn nước Tuy số nhược điểm giải pháp tách lọc lựa chọn tính ưu điểm vượt trộn giải pháp khác Chương Chương tình tính toán 2.1 Ngôn ngữ AnSys 2.1.1 Giới thiệu chung Ngày công cụ toán học sử dụng nghiên cứu để giảm tải bớt công việc thử nghiệm thiết kế chế tạo thiết bị Trong nghiên cứu đề tài xét ảnh hưởng số yếu tố đầu vào đến chất lượng tách lọc dầu khỏi hỗn hợp dầu nước Nếu sử dụng nghiên cứu mô hình thiết bị thực tốn thời gian kinh phí, việc sử dụng phần mềm để tính toán hữu hiệu Trong ngôn ngữ phần mềm tính toán dòng chảy phần mềm ANSYS (Analysis Systems) phần mềm mạnh đáp ứng yêu cầu nghiên cứu Trong tính toán thiết kế, phần mềm ANSYS phân tích trường ứng suất, tốc độ dòng chảy, đường dòng, qua đó, tìm thông số tối ưu cho công nghệ chế tạo 2.1.2 Cấu trúc phần mềm Ansys Sử dụng phần mềm Ansys tính toán động học chất lưu, cấu trúc học, điện từ trường, hệ thống multiphysics (hình 2.1) Cấu trúc tính ANSYS, gồm phần (hình 2.2): tạo mô hình tính (Preprocessor); tính toán (Solution) xử lý kết (Postprocessor) ANSYS cung cấp cách để giao tiếp với người dùng: - Sử dụng menu với thao tác click chuột; - Viết mã lệnh file văn đọc vào từ File/Read input from Hoặc dùng kết hợp cách cách linh hoạt: dùng lệnh tạo cấu trúc, dùng menu khai thác kết quả,… Hình 2.1 Phần mềm ansys 10 Hình 2.2 Cấu trúc phần mềm ansys Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả sử dụng công cụ phân tích dòng fluent ANSYS theo phương pháp PTHH để tính toán tách dòng dầu nước hỗn hợp 2.2 Mô hình vật lý Mô hình vật lý thiết bị tách dầu-nước gồm thiết bị chính: - Thiết bị xử lý dầu nước nhờ ống quay ly tâm; - Thiết bị lấy dầu đặt sau thiết bị quay ly tâm Trong tính toán đề tài không đề cập đến thiết bị ngoại vi mà tập trung chủ yếu vào thiết bị ống quay ly tâm Sơ đồ nguyên lý cấu tạo thiết bị phân ly: - Một số cánh cong (hình 2.3) hàn lên thành bên ống quay rô to (1); - Ống quay tròn nhờ động điện dẫn động qua dây đai (hình 2.4) Nguyên lý hoạt động: Khi động điện quay dẫn động làm ống quay theo Tốc độ quay ống quay động có khác tỷ lệ truyền động qua pu ly có đường kính khác Khi ống quay cánh đẩy dầu nước chảy theo hướng ly tâm sát thành ống quay đẩy theo chiều dọc trục ống Nước có trọng lượng riêng lớn dầu nên xa đường tâm trục ống quay chạy dọc sát vách rô to (4), dầu chảy đường tâm rô to (3) Tại phần lõi (đường tâm) ống rô to lắp đường ống (có đường kính ống lớn đường kính dòng dầu chảy ra) để dẫn dầu tách dầu chứa két chứa riêng Phần nước chảy phía thẳng theo đường nước (hình 2.4) xả môi trường 11 Hình 2.3 Sơ đồ cánh hàn gắn lên thành ống quay rô to Hình 2.4 Hệ thống thiết bị tách dầu dạng ống quay ly tâm 2.3 Tính toán mô số Các bước thực việc tính toán mô số: Thiết kế sơ kích thước hệ thống; Thiết kế phần dẫn dòng bơm hướng trục; Vẽ mô hình tính toán phần mềm Solidwork; Tiến hành chia lưới mô hình đặt điều kiện biên Ansys; Thực tính toán mô số phần mềm Fluent – Ansys; Phân tích kết để hiệu chỉnh thông số đầu vào theo trường hợp khác 2.3.1 Thiết kế sơ kích thước hệ thống Sơ đồ nguyên lý hệ thống tách dầu nước thể hình 2.5 12 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tách dầu nước 2.3.2 Thiết kế phần dẫn dòng bơm hướng trục Sử dụng phần mềm Solidwork để vẽ mô hình theo thiết kế (hình 2.6): Hình 2.6 Mô hình cánh dẫn bánh công tác Khi vỏ lõi bơm quay tạo cột hút để đưa hỗn hợp dầu + nước qua cánh bơm Với biên dạng cánh bơm bầu thiết kế đặc biệt cho việc tạo hành trình hút đẩy lớp biên vỏ tạo hình ảnh đường dòng phù hợp cho việc tách lớp dầu nước Hình 2.7 Hình ảnh đường dòng qua bơm Do dầu có khối lượng riêng nhỏ nhận lực ly tâm nhỏ tập trung phần lõi dòng ngược lại nước phân bố phần gần vỏ Dựa vào kết cấu phù hợp nước dầu tách qua hai đường ống khác 13 Thiết kế cánh dựa mẫu profil tiêu chuẩn NACA: Góc đặt cánh Độ mau lưới cánh Hướng dòng tới Dây cung Hình 2.8 Cánh thiết kế dựa mẫu profil tiêu chuẩn NACA Đường nhân profil có dạng prabol đạt độ cong lớn 50%, hình dạng profi xác định theo hàm sau: Hình 2.9 Hệ tọa độ lựa chọn để đắp bề dày cho profil Hình 2.10 Hình dạng phần đầu dầu nước vào bầu 14 Hình dạng phần bầu gắn bánh công tác thể sau: Hình 2.11 Hình dạng phần phía bầu 2.3.3 Mô hình tính toán phần mềm Solidwork Sau thiết kế sơ hệ thống bơm hướng trục ta tiến hành vẽ mô hình, hình 2.12 kích thước hình học mô hình tính toán Hình 2.12 Mô hình thiết bị sử dụng để tính toán 2.3.4 Chia lưới mô hình đặt điều kiện biên Ansys Việc chia lưới mô hình tính toán đặt điều kiện cho toán Tổng số lưới khoảng triệu phần tử xử lý trước tính toán Sau chia lưới đặt điều kiện biên ta ghi lại dạng file.msh tiến hành tính toán FluentAnsys Đây công đoạn khó tính toán mô số, đòi hỏi người sử dụng phải thành thạo phương pháp số chuyên môn kỹ thuật thủy khí để lựa chọn mô hình số kỹ thuật giải phù hợp phán đoán dựa theo lý thuyết dòng chảy rối để hiệu chỉnh thông số tính toán cho toán hội tụ Một số điều kiện biên: Tốc độ dầu nước vào thiết bị, m/s; Tỷ lệ % dầu Ống rô to quay, vg/ph Kết qủa tính toán: Đường kính ống dẫn dầu khỏi thiết bị d, mm; Khoảng cách đặt phểu lấy dầu khỏi thiết bị L, mm Hình 2.13 Một số điều kiện biên cho mô hình tính toán 15 2.3.4 Tính toán mô số phần mềm Fluent – Ansys Một số cửa sổ đặt điều kiện tính toán Fluent-Ansys: Hình 2.14 Cửa sổ điều khiển Hình 2.15 Cửa sổ điều kiện giải Fluent-Ansys 2.3.5 Phân tích kết để hiệu chỉnh thông số đầu vào theo trường hợp khác Kết tính toán mô phân tích trình bày chương 16 Chương Nghiên cứu giải pháp khắc phục ảnh hưởng tỷ lệ, trọng lượng riêng, sản lượng lọc dầu lẫn nước đến chất lượng lọc 3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ, trọng lượng riêng, sản lượng lọc dầu lẫn nước đến chất lượng lọc Các số liệu đầu vào sử dụng: Vận tốc dọc trục dầu nước chảy tiết diện vào v = 25 m/s % dầu hỗn hợp = 20%; 30% Khối lượng riêng nước = 1000 kg/m3 Khối lượng riêng dầu = (840960) kg/m3 Số vòng quay trống quay n = (1450 1750) v/ph Các số liệu khác lấy theo tiêu chuẩn sở liệu Ansys định nghĩa Một số kết tính toán: Hình ảnh đường dòng chất lỏng thiết bị, hình 3.1 Hình 3.1 Hình ảnh đường dòng Qua hình ảnh đường dòng chứng tỏ chất lượng phần dẫn dòng (bầu, cánh bơm vỏ) tốt Điều đảm bảo cho phần tử chất lỏng pha dầu pha nước nhận lượng lực ly tâm hiệu từ tách lớp theo tỷ lệ % hỗn hợp dầu nước tỷ lệ % dầu cao tập trung lõi dòng Với kết khẳng định việc tính toán thiết kế phần dẫn dòng quan trọng đặc biệt không đơn tạo hành trình hút đẩy với cột áp lưu lượng bơm cánh dẫn hướng trục thông thường mà mục tiêu quan tạo trường dòng ổn định để thuận lợi cho việc tách lớp dầu nước Đây toán tính theo thời gian thực khối lượng tính toán lớn, tiêu chuẩn hội tụ cao cho kết xác Với máy tính cấu hình cao (ram 4GB, tốc độ 5.6) chạy môi trường nhiệt độ phù hợp khoảng 15 ngày cho hội tụ số liệu đầu vào Kết phân bố pha thể theo mặt dọc trục số liệu đầu vào vz = 3m/s; tỷ lệ % pha dầu 30%; số vòng quay 1750 vòng/phút Kết vòng lặp thứ 5000, tương ứng với 250 bước thời gian với t=0,001 s Qua ta thấy bước thời gian thứ 250 toán chưa đảm bảo điều kiện hội tụ kết % pha dầu bắt đầu tập trung vào dòng hình thành đường phân lớp pha nước dầu Điều chứng tỏ hướng giải toán phù hợp phải đảm bảo số bước thời gian cần thiết toán ổn định 17 Hình 3.2 Kết % pha dầu 250 t Hình 3.3 Chương trình chạy hết bước 380 t Hình 3.4 Hình ảnh pha dầu Việc phân bố pha dầu tập trung lõi loãng dần theo phương hướng kính, vị trí khác theo phương dọc trục bề rộng phân lớp khác việc đặt vị trí đặt ống tách dầu đường kính chúng quan trọng Nó định chất lượng việc tách dầu hỗn hợp Như việc tách dầu phải chấp nhận tỷ lệ nước định mục tiêu ta nước tách đảm bảo không lẫn dầu Để thuận tiện cho việc chọn hệ số tối ưu thông số hình học thông số vận hành ta tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng lẫn số đại lượng 18 Trường hợp chuẩn: trường hợp tối ưu thiết kế Bảng 3.1 Các thông số đầu vào Khối lượng riêng nước 1000 kg/m3 Khối lượng riêng dầu 840 kg/m3 % pha dầu hỗn hợp 30% Đường kính phần dẫn dòng 100 mm (bơm hướng trục vỏ) Tiết diện lưu thông 3,14x0,052=0,00785 m2 Vận tốc dọc trục m/s Lưu lượng 56,52 m3/h Số vòng quay tương ứng 1750 vòng/phút Các số liệu khác lấy theo Ansys 15 định nghĩa Hình 3.5 Kết cấu sơ phần bố trí ống tách dầu-nước Bảng 3.2 Số liệu tính toán cho trường hợp chuẩn Kết nhận sau 1000 bước thời gian với t = 0,001, độ xác 10-4 d (đường kính phần lõi dầu nhỏ nhất-85% pha dầu) 50 mm L (khoảng cách đặt ống tách dầu phù hợp) 200 mm Các trường hợp khảo sát: (thay đổi thông số vận hành so với trường hợp chuẩn – giữ nguyên kích thước hình học vỏ bơm hướng trục); ý số liệu số vòng quay, vận tốc dọc trục lưu lượng bơm định việc thay đổi thông số kéo theo thay đổi thông số lại nên xét điểm lân cận điểm làm việc điểm làm việc có hiệu suất cao thiết kế 19 Bảng 3.3 Pha dầu hỗn hợp 30% Số tt Số vòng quay (vòng/phút) 1750 1750 1450 1450 Vận tốc (m/s) 2 1,5 1,5 Lưu lượng (m3/h) 56,52 56,52 42,39 42,39 Khối lượng riêng dầu (kg/m3) 900 960 840 960 d (mm) 70 85 65 90 L (mm) 220 250 210 270 Khối lượng riêng dầu (kg/m3) 840 960 840 960 d (mm) 35 45 55 60 L (mm) 250 180 280 300 Khối lượng riêng dầu (kg/m3) 840 960 840 960 d (mm) 25 30 35 40 L (mm) 400 350 420 450 Bảng 3.4 Pha dầu hỗn hợp 20% Số tt Số vòng quay (vòng/phút) 1750 1750 1450 1450 Vận tốc (m/s) 2 1,5 1,5 Lưu lượng (m3/h) 56,52 56,52 42,39 42,39 Bảng 3.5 Pha dầu hỗn hợp 10% Số tt Số vòng quay (vòng/phút) 1750 1750 1450 1450 Vận tốc (m/s) 2 1,5 1,5 Lưu lượng (m3/h) 56,52 56,52 42,39 42,39 3.2 Một số giải pháp khắc phục ảnh hưởng thông số đầu vào đến chất lượng lọc dầu thiết bị lọc ly tâm Lắp thêm thiết bị lọc dầu phía vào phía thiết bị, dạng lọc trọng lực, từ trường, vải lọc (sử dụng vải lọc ống đầu vào bơm hình 1.2 đầu nước sau thiết bị xử lý, hình 1.3),… Hình 3.6 Thiết bị lọc sơ đầu vào 20 Với thiết bị lọc ly tâm dạng ống quay cần tăng khả tách dầu có thể: - Thay đổi vòng quay động dẫn động ống quay nhờ biến tần; - Cùng biên dạng cánh, tăng số cánh; - Tăng góc cánh 21 KẾT LUẬN Giải pháp xử lý dầu lẫn nước nhờ thiết bị lọc dạng ống quay ly tâm gồm số thiết bị sau: Hệ thống phao quây xung quanh khu vực dầu tràn; Thiết bị thu gom hỗn hợp dầu nước; Két chứa hỗn hợp dầu nước (két chứa đồng thời thiết bị lọc sơ nhờ tách lọc dạng trọng lực dính ướt); Thiết bị xử lý dạng ống quay ly tâm; Két chứa dầu sau thiết bị lọc ly tâm Kết nghiên cứu tính toán dựa mô đề tài Khi số vòng quay ống quay ly tâm nhỏ; Trọng lượng riêng dầu lớn; Tỷ lệ trộn lẫn dầu vào nước lớn mức độ tách dòng dầu nước giảm khó hình thành đoạn phía đầu thiết bị (do độ dài ống hạn chế m) Khắc phục thiếu sót chất lượng nước khỏi thiết bị lọc (hàm lượng dầu nước chưa đạt 15 ppm) nhờ xử lý cánh quay (biên dạng cánh, góc cánh, số lượng cánh) xử lý trước xử lý đặt sau thiết bị tách ly tâm Đánh giá tổn thất thiết bị lọc ly tâm chưa đề cập tính toán mô phỏng, chủ yếu xem xét khả tách dầu khỏi hỗn hợp Kiến nghị Phần mềm Ansys phần mềm bán thực nghiệm hệ số thực nghiệm cần đánh giá cho mô hình tính toán cụ thể Trong chương trình tính toán mô hình hóa số điều kiện kết cần kiểm nghiệm thực nghiệm đánh giá sai số tính toán kết thực nghiệm Việc xử lý chia lưới chọn mô hình tính toán đòi hỏi phải kiểm tra test thử nhiều lần trước cho chạy chương trình người sử dụng chương trình tính toán phải có kiến thức chuyên ngành kiến thức phần mềm 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Ngọc Khang, Nghiên cứu ứng dụng khả hấp phụ số khoáng tự nhiên vào việc xử lý nước nhiễm dàu cố tràn dầu biển, Tạp chí Hóa học, T38, 2000 [k4] [2] Đinh Bá Trụ, Hoàng Văn Lợi, Hướng dẫn sử dụng Ansys, Tập 1, 2, Học viện Kỹ thuật quân sự, Hà Nội 2003 [k8] [3] J.J Slot (2013), Development of a Centrifugal In-line Separator For Oil-Water Flows, Printed by Ipskamp Drukkers, Enschede, Thesis University of Twente, Enschede - With ref - With summary in Dutch, ISBN 978-90-365-3542-7 [4] Monique B Vermeire Ghent (June 2012), Everything you need to know about marine fuels, Published by Chevron global marine products, Belgium [k7] [5] Chất phân tán dầu gì? http://www.xulydautran.com/tin-tuc/item/123-chatphan-tan-dau-la-gi.html [k1] [6] Chất phân tán dầu/chất phân huỷ dầu, http://www.raovat123.com [k2] [7] Chặn thảm họa dầu tràn nam châm, http://vnexpress.net/tin-tuc/khoa-hoc/, Thứ ba, 18/9/2012, 09:05 GMT+7 [k3] [8] Vải lọc chất lỏng - Lọc dầu, http://www.dongchau.net/ [k6] [9] Vải lọc dầu SOS-1, http://www.sosmoitruong.com/San-pham-xu-ly-o-nhiemdau-va-hoa-chat-tran-vai/ [k5] 23