CC BY
17
DOI: 10.18454/IRJ.2016.53.002 Гурьева В.А.1, Бутримова Н.В.2, Дорошин А.В.3, Дубинецкий В.В.4, Вдовин К.М.5
1ORCID:0000-0003-1871-2527, Доктор технических наук, Оренбургский государственный университет 2ORCID:0000-0002-7804-5554, Кандидат педагогических наук, Бузулукский гуманитарно-технологический институт (филиал) ОГУ 30RCID:0000-0001-7468-1353, Аспирант, Бузулукский гуманитарно-технологический институт (филиал) ОГУ 40RCID:0000-0002-3116-9496, Аспирант, Бузулукский гуманитарно-технологический институт (филиал) ОГУ 50RCID:0000-0003-2400-8042, Аспирант, Оренбургский государственный университет
ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ПРИМЕНЕНИЯ НЕФТЕШЛАМОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА
Аннотация
Целью нашего исследования было изучить нефтяные промышленные отходы месторождений Оренбуржья и разработка на их основе ресурсосберегающих технологий строительных материалов. Исследованы минералогический и гранулометрический составы техногенного сырья - бурового шлама Пашийского месторождения и глинистого сырья Бузулукского месторождения, гидрохимический анализ воды. В результате проведения экспериментов в зависимости от состава сырьевой смеси и различной температуры обжига выявлены закономерности изменения основных свойств строительной керамики: водопоглащение, плотность, предела прочности при сжатии.
Ключевые слова: гидрохимический анализ воды, буровой шлам, двухкомпонентная шихта, строительная керамика.
Gurieva V.A.1, Butrimova N.V.2, Doroshin V.A.3, Dubinetsky V.V.4, Vdovin K.M.5
10RCID:0000-0003-1871-2527, PhD in Engineering, Orenburg state University 20RCID:0000-0002-7804-5554, PhD in Pedagogy, Buzuluk humanitarian-technological Institute (branch) OSU 30RCID:0000-0001-7468-1353, Postgraduate student, Buzuluksky Humanities Institute of technology (branch) OSU 40RCID:0000-0002-3116-9496, Postgraduate student, Buzuluksky Humanities Institute of technology (branch) OSU 50RCID:0000-0003-2400-8042, postgraduate, Orenburg state University
ENVIRONMENTAL AND ECONOMIC EFFECTS OF SLUDGE IN THE PRODUCTION OF CERAMIC BRICKS
Abstract
The aim of our study was to investigate the oil fields of the Orenburg industrial waste and the development of their resource-based building materials technologies. Studied mineralogy and particle size distribution of technogenic raw material - cuttings Pashiysky deposits and clay raw materials Buzuluksky deposits, hydro-chemical analysis of water. As a result of experiments, depending on the composition of the raw mix and different patterns of change in the basic properties of building ceramics firing temperature identified: water absorption, density, tensile compressive strength.
Keywords: hydrochemical analysis of water, drill cuttings, a two-component mixture, of construction ceramics.
Входе производственной деятельности предприятий нефтяной промышленности образуются промышленные отходы - нефтяные шламы, которые накапливаются в открытых амбарах-накопителях. Накопление и хранение нефтешламов происходит десятилетиями, и на протяжении всего этого времени они оказывают негативное воздействие на воздух, почву, подземные воды и локальные биоценозы.
Шламы представляют собой уникальный техногенный продукт, особенность которого технологическая пригодность к производству строительных материалов широкой номенклатуры общестроительного и специального назначения. Химико-минералогический состав нефтешламов в рамках одного месторождения имеет постоянную стабильность, так как процесс нефтеперегонки и сбора состоит из аналогичных по назначению и принципу действия операций.
Наиболее распространенными загрязнителями поверхностных вод являются нефтяные углеводороды (нефтепродукты), фенолы, аммонийный и нитритный азот, соединения тяжелых металлов и другие вещества. Они вызывают изменение физических и органолептических свойств (нарушение прозрачности, окраски, запахов, вкуса), увеличение содержания сульфатов, хлоридов, нитратов, токсичных тяжелых металлов, болезнетворных бактерий и других загрязнителей, сокращение растворенного в воде кислорода [1].
Проведя исследования водной среды на территории Первомайского района Оренбургской области, где располагается Зайкинское нефтяное месторождение, определен уровень концентрации типичных загрязняющих веществ в поверхностных водах (табл. 1).
Таблица 1 - Результаты гидрохимического анализа вод рек в зоне влияния Зайкинского нефтяного месторождения
Оренбургской области
Показатели Получившиеся значения, (мг/дм )
ПДК р. Солянка (устье) р. Грязнушка р. Чаган
среднее течение устье до впадения р. Гразнушка после впадения
Сухой остаток 1000 930,0±0,82 1726±0,82 1550±0,82 1137±0,082 1200±0,82
Жесткость - 9,6±0,07 9,9±0,07 8,8±0,08 7,4±0,07 7,4±0,08
Хлориды 300 51,7±0,33 258,0±0,81 177,2±0,08 77,6±0,36 116,4±0,59
СПАВ 0,1 0,03±0,0068 0,02±0,0068 0,02±0,0068 0,01±0,0068 0,011±0,0068
ХПК, мгО2/дм3 <15 3,2±0,14 19,2±0,08 21,5±0,16 21,6±0,57 21,6±0,73
Нефтепродукты 0,05 0,03±0,02 0,08±0,01 0,07±0,01 0,05±0,01 0,06±0,02
Сульфаты 100 38,8±0,2 426,8±0,3 184,4±0,4 283,6±0,2 298,1±0,08
По результатам исследования уровень загрязненности поверхностных вод в районе месторождения считается умеренно загрязненным, что свидетельствует об ухудшении экологии и качества воды.
В ходе исследований изучен элементный состава сырья для производства керамического кирпича и возможность утилизации бурового шлама, как промышленного отхода нефтяной отрасли. Минеральный состав бурового шлама является сложным. Большую его часть составляют частицы кальция в виде карбоната. Относительно меньше содержание в шламе доломита, барита, аргонита, слюд, магнезита, так же присутствуют полевые шпаты, барит, гипс, слюда, гидрослюды, глинистые минералы в виде каолинита. Анализ элементного состава буровых нефтешламов и глины, был произведен на растровом электронном микроскопе JEOL-6390A (табл. 2).
Таблица 2 - Элементный состав буровых нефтешламов и глины Бузулукского месторождения
Химический элемент Масса бурового шлама, % Масса глины, %
С 13,16 5,19
О 11,61 28,68
Мg 0,26 2,19
Al 0,94 12,61
Si 2,22 32,82
S 10,12 10,12
а 2,48 -
K 3,94 3,48
Ca 49,32 7,32
Fe 5,94 5,94
Эксперименты проводились на основе двухкомпонентной и трехкомпонентной системы. В качестве исходных компонентов исследования использовались сырьевые материалы - нефтяные отходы Бузулукского района: буровой шлам Пашийского месторождения с горизонта 3700-3850 м, находящийся на исследуемых территориях; глинистое сырье из карьера г. Бузулука, которое используется в настоящее время на заводе для производства кирпича; бытовой отход в виде стеклотары. Для использования последнего в эксперименте в качестве плавня стеклотара подвергалась тонкому помолу до остатка на сите 0063 не более 1-3% [2].
На первом этапе в соответствии с методикой эксперимента проводилась разработка составов двухкомпонентной системы в зависимости от состава сырьевой шихты «глина - буровой шлам» и режима обжига. Оптимизации шихты проводилась приготовлением смесей в виде формовочных масс, в которых количество техногенного сырья составляло от 0 до 100 %. Сырьевые материалы, смеси, образцы подготавливались по стандартной методике. На основании математической обработки полученных результатов получены уравнения регрессии, по которым построены графические зависимости в координатах «состав - температура обжига - свойство» (рис. 1).
10/90 20/80 30/70 40/60 50/50 60/40 70/30 80/20 90/10 10/90 20/80 30/70 40/60 50/50 60/40 70/30 80/20 90/10
состав смеси "глена/буровон шлам", % состав смеси "глина/буровон шлам", %
Рис. 1 - Изменение свойств в системе «состав - температура обжига - свойство» на основе нефтешлама в
зависимости от температуры обжига: -•- - 1000 оС; -■-- 1050 оС; - 1100 оС; -□- - 1150 оС; -♦- - 1200 оС
Качественной характеристикой процесса спекания принят определенный диапазон водопоглощения, который для изделий строительной керамики (стеновые, отделочные, кровельные и т.д.) в соответствии с нормативными документами характеризуется интервалом в пределах 18 - 20 %. На графиках пунктиром отмечено значение водопоглощения менее 20 %. Данное значение является контрольной точкой при оптимизации керамической шихты и позволяет определить с учетом полученных значений усадочных деформаций, среднюю плотность и прочность при сжатии рационального диапазона изменения техногенного сырья (бурового шлама) в двухкомпонентной шихте - на основе легкоплавкой глины - до 50 % при определенной температуре обжига.
Для формования образцов нефтяной шлам предварительно высушивался. Сырьевые материалы трехкомпонентной системы (нефтяной шлам, стеклобой и глина) дозировались в различном процентном отношении согласно матрице планирования эксперимента.
Анализ результатов физико-механических свойств керамических образцов, в которых содержание нефтешламов увеличено до 50% по массе, показывает снижение предела прочности при сжатии до 16,31 МПа (табл.3).
Таблица 3 - Физико-механические свойства керамических масс в зависимости от состава шихты
Состав сырьевой смеси, % Усадка, %
№ Глина Нефтешлам Стеклобой Воздушная Огневая Предел прочности при сжатии, МПа Водопо- глощение, % Средняя плотность, кг/м3
1 41 18 41 8,88 26,65 20,38 11,3 1781,49
2 63 10 27 8,15 24,71 28,74 12,5 1756,63
3 67,8 18,1 14,1 8,74 21,7 24,46 17,5 1699,52
4 65 30 5 7,33 19,41 12,23 18,4 1640,31
5 44 42 14 8,82 16,72 3,67 15,6 1373,98
6 22,5 50 27,5 8,91 16,67 1,63 33,1 937,96
По результатам эксперимента видно, что трехкомпонентная система более эффективна, так как прочность керамики выше на 50% по сравнению с массами без стеклобоя.
Таким образом, проведенные исследования позволяют утверждать, что применение нефтешламов в качестве вторичного сырья при производстве керамического кирпича позволит не только улучшить экологическую обстановку на месторождениях Оренбургской области, но и получить экономический эффект, который обуславливают следующие кластеры:
1. Высвобождение территорий, отводимых для амбаронакопителей (экономия приведенных затрат на создание амбаров для хранения);
2. Сокращение воздействия химических компонентов нефтешламов на грунтовые и поверхностные воды (снижение затрат на водоохранные мероприятия);
3. Получение новой продукции (керамического кирпича) с меньшими затратами на добычу из недр сырья (глины) и сохранение его природных запасов по сравнению с традиционным способом.
Список литературы/ References
1. Новиков, Ю. В. Методы исследования качества воды водоемов / Ю. В. Новиков, К. О. Ластикина, З. Н. Болдина. - М.: Медицина, 1990. - 400 с. - ISBN 5-225-00352-4.
2. Научно-технический и производственный журнал «Строительные материалы» №4 / В.А. Гурьева, В.В. Дубинецкий, К.М. Вдовин-2015. - 93 с. -ISSN0585-430X.
Список литературы на английском языке / References in English 1. Novikov, Yu. V. Methods of study the water quality of water bodies / Y. V. Novikov, K. O. Plasticine, Z. N. Boldin.[Methods of study water quality of reservoirs]- M.: Medicine, 1990. - 400 S. - ISBN 5-225-00352-4. [in Russian]
2.Scientific-technical and production journal «Building materials», No. 4 / [Building materials]V. A. Gurieva, V. V. Dubinetsky, K. M. Vdovin -2015. - 93 p. - ISSN 0585-430X. [in Russian]
DOI: 10.18454/IRJ.2016.53.180 Зубов Д.И.1 Суворов Д.М.2 Татаринова Н.В.3
1ORCID: 0000-0002-8501-0608, магистрант;
2ORCID: 0000-0001-7415-3868, кандидат технических наук, доцент;
3ORCID: 0000-0003-2640-9085, кандидат технических наук, доцент; Вятский государственный университет (ВятГУ) ПРОБЛЕМА ВЫБОРА ИНСТРУМЕНТАРИЯ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
ПАРОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ
Аннотация
В статье рассмотрены положительные и отрицательные аспекты разработки математической модели парогазовой установки в среде Microsoft Excel. Указаны проблемы, которые возникли при работе в этой среде, модули, которые невозможно в ней реализовать. Приведен обзор работы математической модели паровой турбины Т-50-130 с примерами работ, выполненных с её использованием, на основе которого составлен ряд требований к разрабатываемой модели. Предложены альтернативные программные инструменты для разработки.
Ключевые слова: парогазовая установка, математическое моделирование, языки программирования.
Zubov D.I.1 Suvorov D.M.2 Tatarinova N.V.3
1ORCID: 0000-0002-8501-0608, undergraduate student;
2ORCID: 0000-0001-7415-3868, PhD in Engineering, associate professor;
3ORCID: 0000-0003-2640-9085, PhD in Engineering, associate professor;
Vyatka State University (VyatSU) THE PROBLEM OF SELECTING A TOOLKIT FOR DEVELOPMENT OF MATHEMATICAL MODEL
COMBINED-CYCLE POWER PLANT
Abstract
The article deals with the positive and negative aspects of the development of a mathematical model of combined-cycle plant in Microsoft Excel environment. Indicated problem, which have arisen during the work in this environment, the modules that are impossible to implement it. An overview of the work the mathematical model of the T-50-130 steam turbine with examples of works carried out with the use of it, on the basis of which made a set of requirements to the developed model. Proposed alternative software development tools.
Keywords: combined-cycle plant, mathematical modeling, programming languages.
После введения в эксплуатацию в 2014 году блока ПГУ-220 на Кировской ТЭЦ-3 встали задачи оптимизация режимов её работы, в частности - максимизация выработки электрической мощности при поддержании заданного температурного графика. Принимая во внимание эти задачи, а также учитывая неполноту предоставленных заводом нормативных характеристик, было принято решение создать математическую модель блока ПГУ-220 Кировской ТЭЦ-3, которая позволит приступить к решению поставленных задач [1].
Решение этой задачи было начато с разработки математической модели паротурбинной установки Т -63/76-8,8. В качестве среды для разработки была выбрана программа Microsoft Excel, входящая в пакет Microsoft Office. В ходе работы была создана рабочая модель, которая позволяла рассчитывать режимы работы установки при одноступенчатом подогреве сетевой воды с достаточной точностью при нагрузке блока, близкой к номинальной [1].
Таким образом, в ходе работы была создана математическая модель паротурбинной части блока, которая предназначена для узкого круга задач. Она потеряет актуальность после их решения. Такой результат не устраивает разработчиков из-за несоразмерности объёма затраченных временных ресурсов и полученных полезных данных. После переосмысления целей исследования было решено двигаться в направлении создания полной математической модели блока ПГУ-220, которая станет универсальным инструментом для расчёта различных режимов работы и их экономических показателей. Одним из важных критериев стала возможность использования данной модели людьми, не принимавшими участия в её разработке, то есть создания самостоятельного приложения с интуитивно понятным интерфейсом.
Для решения вышеуказанных задач было принято решение о поиске нового инструмента разработки, так как одним из главных недостатков Microsoft Excel, как инструмента для разработки математической модели, мы считаем невозможность создания в ней отдельного приложения, которое можно было бы установить и использовать на любом персональном компьютере под управлением операционной системы MS Windows. Кроме того, для выполнения полноценных расчётов на полученной математической модели необходимо наличие на персональном компьютере не
