Carmen-Matilda MARINESCUIZ AN II

pROIECTAREA SISTEMULUI DESCHIS DE TRATARE A APEI

Pentru tratarea apei de injecie se propune proiectarea unui sistem deschis, alctuit din :- separator de iei i particule solide (figura1);- vas de reacie (figura2);- limpezitor (figura3); filtre (figura4).Fie un zcmnt de iei ce urmeaz a fi exploatat prin injecie intracontural de ap. Caracteristicile zcmntului sunt prezentate n tabelul 1.

tabelul 1Nr. crt.Ariaproductiv

Grosimea efectiv mediePorozitateaAdncimeamediePresiunea medie de zcmntTemp. medie de zcmnt

-m2m%mbarC

16615.000222426009565

PROIECTAREA SeparatorulUI DE IEI I PARTICULE SOLIDE grosiere

Apa disponibil pentru injecie are caracteristicile prezentate n tabelul 2.tabelul 2Nr. crt. Coninutul iniial de impuriti solideMasa specific a solidelorConinutul de suspensii solide

-

162.082.050,624

Separatorul de iei i particule solide grosiere este prezentat schematic n figura1. Apa intr n separator prin conducta de intrare 1 i este distribuit pe ntreaga lime a separatorului cu ajutorul deversorului 2 i a icanei semi-scufundate 3. Viteza redus de deplasare a apei permite ridicarea ieiului la suprafa i depunerea particulelor mecanice grosiere la partea inferioar a separatorului, n conformitate cu legea lui Stokes. Apa iese din separator cobornd pe sub o a doua ican cufundat 4, datorit crui fapt ieiul de la suprafaa apei nu este antrenat. Evacuarea ieiului colectat la suprafa se face prin strangularea debitului de ap cu ajutorul robinetului 5. n urma ridicrii nivelului apei din separator, ieiul deverseaz n jgheabul 6, de unde trece n canalul de evacuare 7. Eliminarea sedimentului de pe fundul separatorului se poate face cu ajutorul unui sistem de rachete i a unui dispozitiv cu cupe. Timpul de retenie al apei n separator trebuie s fie ntre 2 i 4 ore, pentru a asigura o separare optim. Elementele separatorului trebuie calculate astfel ca s asigure gradul de curire dorit.

Lungimea separatorului se poate calcula cu relaia:

(1)unde: este un factor ce ia n consideraie condiiile de depunere a particulelor, influena distribuiei neuniforme a apei n separator i a curenilor termici de convecie, fiind determinat experimental, = 1,25 1,5; v viteza de deplasare a apei n separator, care trebuie s fie ct mai mic pentru a permite att sedimentarea particulelor solide, ct i ridicarea la suprafa a picturilor de iei, o valoare a acesteia n domeniul v = (2 5) mm/s asigurnd o separare eficient, att a particulelor solide, ct i a ieiului;h adncimea prii active a separatorului, se alege n funcie de posibilitile de transport i de amplasare a separatorului, h = (2 5) m;u viteza de sedimentare a particulelor solide n ap, u = (0,5 0,75) mm/s.

Consider: = 1,3v = 2 mm/s = 0,002 m/sh = 2 mu = 0,5 mm/s = 0,0005 m/s

Limea separatorului se calculeaz cu relaia:

(2)unde: Q este debitul total de lucru, care se calculeaz plecnd de la debitul total de injecie (se ia n consideraie i 20 % pierderi).

Fig. 1 Separatorul de particule solideDebitul de lucru:

Volumul porilor zcmntului:

Volumul de ap necesar unui proces de injecie:Va = (1,5 - 2)VpVamin = 1,5 2706000 Vamin = 4059000 m3Vamax = 2 2706000 Vamax = 5412000 m3Volumul de lucru al separatorului va fi:

(3)unde: Va volumul de ap vehiculat prin separator; Vs volumul de sedimente depuse din ap.

Volumul de ap se calculeaz cu relaia:

(4)

unde t este timpul ct se las s se depun particulele solide nainte de a cura separatorul. Pentru siguran se ia t = 2 zile.

Volumul de sediment depus se calculeaz cu relaia:

, m3 (5)unde:i este coninutul total de impuriti solide, determinat din analiza apei;s densitatea medie a solidelor. Se presupune c numai 70% din particulele solide se depun n separator, restul trecnd mai departe n sistemul de tratare (cele mai fine).

Consider:t= 2 zilei= 2,42 kg/m3s = 2.05 kg/m3

Va = 4350.12 2 = 8700.24 m3

Vl = 8700.24+7189.369 Vl = 15889.609 m3

PROIECTAREA VASULUI DE REACTIE

n vasul de reacie se realizeaz procesul de coagularea coloidal, de aceea trebuie create condiii de amestec ct mai uniforme a soluiei chimice cu apa. Vasul de reacie (fig. 2) este un rezervor conic ale crui elemente geometrice trebuie calculate pentru a crea condiii optime de reacie coagulare.Viteza de intrare a apei n vasul de reacie (vi) trebuie s fie ntre (0,3 0,5) m/s, pentru a asigura un amestec ct mai bun al soluiei chimice cu apa. Fig. 2 Vasul de reacie

Raza seciunii de intrare va fi:

, m (6)unde: vi este viteza apei la intrarea n seciunea ngust a vasului.Consider:vi = 0,4 m/s

Raza seciunii n partea superioar a vasului va fi:

m (7)

unde: vs - este viteza de curgere a apei n partea superioar a vasului, care nu trebuie s fie prea mare pentru a asigura stabilitatea floculelor deja formate; vs = (0,75 1,2) mm/s.Consider:vs= 0,75 mm/s = 0,00075 m/s

nlimea vasului se calculeaz plecnd de la relaia volumului conului:

(8)

Unghiul de conicitate al vasului se ia ntre 20o i 45o.

Raza conductei de evacuare:

, m (9)unde: vc este viteza n conducta de evacuare.Pentru evitarea spargerii floculelor, viteza de deplasare a apei prin conduct trebuie se fie mai mic de 0,4 m/s.Consider:vc = 0,35 m/s

PROIECTAREA LIMPEZITORULUI

n limpezitor se continu procesul de formare a floculelor, dar n principal are loc sedimentarea floculelor. Viteza de ascensiune a apei n stratul superior (deasupra sedimentului) al limpezitorului va fi:

mm/s (10)unde: k1 - este un factor ce depinde de calitatea apei, se determin experimental i se recomand o valoare n domeniul k1 = (0,5 - 0,7);k2 factor ce depinde de metoda de tratare a apei, k2 = (0,6 0,8) - pentru limpezirea apei prin coagulare coloidal cnd cantitatea de materie n suspensie este egal cu 1.000 mg/l; hs nlimea stratului de sediment. Consider:hs = (0,5 1) m hs = 1mk1 = (0,5 0,7) k1 = 0,65k2= (0,6 0,8) k2 = 0,65 =( 10 15)o = 13o

Suprafaa limpezitorului deasupra sedimentului se calculeaz cu relaia:

(11)

Numrul de orificii la intrarea apei:

(12)unde: s - este distana dintre orificii, care se calculeaz cu relaia:

m (13)

unde: - este unghiul de conicitate sub care intr apa n orificii, ia valori ntre 10 i 15odo diametrul orientativ al orificiilor:

Suprafaa total a orificiilor:

(14)

, m2 (15)

unde:

- este viteza apei n orificii, care este estimat cu relaia:

, m/s (16)

Fig. 3 Schia limpezitorului

unde:

m - este un factor determinat experimental care ine cont de condiiile de tratare. Pentru situaia cnd se utilizeaz ca coagulant soluia de , iar pentru controlul pH-lui, lapte de var - , se ia m = 0,388.

Diametrul real al orificiilor va fi dat de relaia:

(17)

Diametrul total al limpezitorului va fi:

(18)

nlimea stratului de ap din limpezitor:

(19)

nlimea total a limpezitorului:

(20)

REZERVORUL PENTRU SLAMVolumul:

m3 (21)unde: G - reprezint cantitatea de solide din vas, calculat cu relaia:

Kg/m3 (22)unde: M - este cantitatea de suspensii din ap, n g/m3;a coeficient care depinde de concentraia soluiei chimice, considerat pentru substan anhidr, n g/m3 i care este n funcie de calitatea apei i ia valori ntre 40 i 60 g/m3;k3 factor ce depinde de coninutul de impuriti din coagulant, k3 = 0,08;k4 factor ce depinde de condiiile n care are loc reacia, k4 = 0,46;c concentraia medie a sedimentelor, c = (4 6)%; greutatea specific a sedimentelor foarte fine; t timpul de sedimentare (4 8) ore.

Diametrul rezervorului de lam:

(23)

Consider:M = 0.624 kg/m3a = 40 g/m3 = 4010-3 kg/m3k3 = 0,08k4 = 0,46t = 4 ore= 2.05 103 kg/m3c = 4%

PROIECTAREA FILTRELOR

Din formula suprafeei totale utile, determinm debitul necesar de filtrare, astfel:

(24)unde: qf - este debitul care trece prin filtru (debitul de filtrare), n m3/h; - factor ce ine cont de apa consumat pentru splarea filtrului ( = 1,05 1,08); vf viteza de filtrare, n m/h (vf = 3 8);df diametrul filtrului (1,5 4 m).

Consider:vf = 3 m/hdf = 1,5 m = 1,05

Fig. 4 Filtru vertical Debitul total de filtrare, innd cont de ecuaia 24, va fi:

(25)

Consumul de ap pentru splarea filtrului:

m3/h (26) unde: Ispl - este intensitatea splrii, care trebuie s ia valori ntre (10 15) l/s.m2, pentru a asigura o splare bun a acestuia. Ispl = 10 l/sm2

nlimea filtrului:

m (27)unde: hn - este grosimea stratului de nisip;ha nlimea coloanei de ap, calculat n aa fel nct filtrul s primeasc ap timp de o or:

(28)

hn = 1 m

Numrul de filtre

(29)

Se ia un filtru de rezerv pentru perioada de splare a acestora, sau situaii neprevzute.

PROIECTAREA RETELEI DE DISTRIBUTIE A APEI

Distribuia apei de la staia de injecie la sondele de injecie se va face dup urmtoarea schem:

Fig. 5 Schema reelei de distribuie a apei de injecie Stabilirea debitului de injecie pe fiecare sond:Debitul de injecie mediu al unei sonde este:

, m3/zi (30)ns numrul de sondeConsider:ns = 6 sonde

Calculul diametrului orientativ al conductelor de la reeaua principal la sonde:

(31)vl viteza de deplasare a lichiduluiSe ia ntr-o prim aproximaie: vl = 1 m/s

Din STAS se aleg dimensiunile evilor cu capete netede pentru fiecare tronson in parte si grosimea peretelui (t):

Tronsonul SI A: di = 258,9 mmTronsonul A S1: di = 105,5 mmTronsonul A B: di = 236,5 mmTronsonul B S2: di = 105,5 mmTronsonul B C: di = 206,3 mmTronsonul C S3: di = 105,5 mmTronsonul C D: di = 182,5 mmTronsonul D S4: di = 105,5 mmTronsonul D E: di = 149,3 mmTronsonul E S5: di = 105,5 mmTronsonul E S6: di = 105,5 mm

Determinm viteza real de curgere:

, m/s (32)

Viteza real de curgere cunoscnd diametrul conductei alese:

Calculul cderilor de presiune de la staia de injecie (de pompare), pn la sondele de injecie:

(33)unde: este coeficientul cderilor hidraulice, funcie de numrul Reynoldsa vscozitatea cinematic. Se ia a = 1,011 10-6 m2/s;Lc - lungimea tronsonului de conduct.

- masa specific a apei;zm i zn cotele punctelor de la capetele tronsoanelor, cote msurate fa de un plan de referin.

(34)Alegem pompa cu parametrii cei mai apropiai.Calculm energia consumat:

KWh (36)

care folosete la calculul de fezabilitate al proiectului.

Tabelul 3Nr.crt.Lungimea tronsonului,- m -

Si - AA S1A - BB S2B CC S3C DD S4D EE S5E S6

1394186300256236185301108109204195

Nr.crt.Cota nodului de legtur, fa de S.I.,- m -

ABCDES1S2S3S4S5S6

158298311716201821

Calculul numrului lui Reynolds:

Calculul coeficientul de rezistent hidraulic:

Calculul cderilor de presiune de la staia de injecie (de pompare), pn la sondele de injecie:

Puterea pompei:

, Kw (35)

Calculul presiunii necesare a fi realizate de ctre pompa staiei de injecie:

unde: pSI presiunea la staia de injecie pSD cderea de presiune n sistemul de distribuie pstr presiunea stratului n care facem injecia pfiltru cderea de presiune n filtru

pfiltru = 23 bar H adncimea sondei

pinj = 25 bar

Alegem:

Consideram: = 0,7

Energia necesar funcionrii pompei pentru ntreg procesul de injecie:

9

22