Системная патентная защита уникальных разработок на базе комплексной электрокоагуляционной технологии «Водопад»
Широкомасштабное промышленное освоение нефтяных и газовых месторождений в различных регионах России, требует системного подхода и использования инновационных разработок не только в части добычи, подготовки и транспорта углеводородов, но и создание комфортных и качественных условий жизнедеятельности обслуживающего персонала и населения на территориях деятельности предприятий ТЭК. В особенности это касается обеспечения инфраструктуры предприятий и прилегающих населенных пунктов высококачественной питьевой водой. Обеспечение объектов нефтегазового комплекса качественной питьевой водой повсеместно усугубляется тем, что во многих случаях вынужденно используется только один безальтернативный поверхностный или подземный водоисточник с высоким сверхнормативным содержанием загрязняющих веществ, концентрации которых подвержены значительным не только сезонным, но даже суточным колебаниям в сторону многократного увеличения.
Выполненное учеными ООО «ТюменНИИгипрогаз» систематическое обследование более 50-ти действующих водоочистных сооружений на предприятиях добычи и транспорта газа показало, что на большинстве из них используются типовые технологии водоподготовки, которые не обеспечивают достижение нормативных показателей качества питьевой воды, вследствие высокого уровня концентраций загрязняющих веществ в используемых водоисточниках.
В частности, на нефтегазовых месторождениях, расположенных в средних широтах Западной и Восточной Сибири, на Камчатке и Сахалине в основном используются подземные водоисточники с высоким содержанием соединений железа с колебаниями в пределах 5-20 мг/дм3, соединений марганца с концентрациями 0,5-2,5 мг/дм3 и соединений кремния в виде высокорастворимой кремниевой кислоты с концентрациями 15-25 мг/дм3. Кроме этого, на ряде месторождений, как например на Южно-Русском нефтегазоконденсатном месторождении (НГКМ), вынужденно используются безальтернативные подземные воды, характеризующиеся высокой цветностью, достигающей 300-400 градусов, обусловленной присутствием в воде окрашенных органических веществ, содержанием высокой концентрации фосфора на уровне 7-9 мг/дм3 и аммония — 11-14 мг/дм3.
Водопад-500 на объекте Когалым.
Еще более сложные условия реализации качественного водоснабжения на месторождениях, расположенных в приполярных районах Сибири и Дальнего востока, где вследствие глубокого залегания многолетнемерзлых пород, и отсутствия подземных водоисточников, используются поверхностные воды рек и озер, которые характеризуются высоким содержанием высокоцветных органических соединений растительного происхождения в виде гуминовых и фульвокислот, концентрации которых в зимний период возрастают в 10-12 раз, по сравнению с коротким летним периодом.Так например, в поверхностном водозаборе из реки Таз на Юрхаровском НГКМ в зимнее время наблюдается резкое увеличение цветности воды до 600 градусов с неприятным запахом, концентраций соединений марганца до 2,5 мг/дм3 и железа до 9,5 мг/дм3 в предвесенний период, когда ледяной покров достигает максимальной толщины (1,8-2,0 м) и происходит отток воды из придонных отложений болот и русел рек.
В этой связи, руководство ООО «ТюменНИИгипрогаз» уделяет большое внимание инновационным разработкам, направленным на гарантированное обеспечение предприятий ПАО «Газпром» качественной питьевой водой, а также на достижение высоких показателей энергосбережения и экологической безопасности при эксплуатации водоочистных сооружений. На базе систематических научных и технологических исследований, выполненных с 1995 по 2000 гг. отделом комплексных технологий водоподготовки ООО «ТюменНИИгипрогаз», разработана высокоэффективная базовая нанотехнология водоподготовки на основе метода электрокоагуляционной обработки воды.
Станция Водопад-50, подстанция ПВ-20, поселок строителей.
Эффективность процесса очистки воды, даже из высокозагрязненных водоисточников, обусловлена тем, что в процессе ее электро-коагуляционной обработки под воздействием электрического тока и электромагнитного поля, разрушаются гидратные оболочки, окружающие молекулы загрязняющих веществ, и это интенсифицирует электрохимический процесс взаимодействия атомов алюминия на поверхности алюминиевых электродов с молекулами воды, а также с молекулами минеральной кремниевой кислотой, органической гуминовой и фульвокислотой. Именно в результате электрохимического взаимодействия атомов алюминия с загрязняющими веществами на атомно-молекулярном наноуровне электрокоагуляционная технология обеспечивает высокое качество очистки воды, как от минеральных, так и от органических загрязняющих веществ в широком диапазоне их исходных концентраций независимо от их сезонных колебаний.
Эффективность электрокоагуляционной нанотехнологии подготовки питьевой воды можно проиллюстрировать на примере успешного решения проблемы обеспечения качественной питьевой водой объектов инфраструктуры Южно-Русского НГМ. После безуспешного ввода в эксплуатацию химреагентной технологической схемы и отрицательных результатов поиска другого водоисточника, руководство ОАО «Севернефтегазпром» в октябре 2007 г. приняло решение об использовании станций электрокоагуляционной подготовки питьевой воды «ВОДОПАД», которые хорошо зарекомендовали себя на Юрхаровском нефтегазоконденсатном месторождении ООО «НОВАТЭК-Юрхаровнефтегаз». На этом месторождении станции «ВОДОПАД» эксплуатируются с 2002 г. Для подготовки питьевой воды используется поверхностная вода из реки Юрхарово, цветность которой в зимний период достигает 600 градусов.
Водопад-50 с подстанцией ПВ-40, Дальний Восток.
Учитывая высокую цветность подземной воды Южно-Русского НГМ и трудности ее очистки, ООО «ТюменНИИгипрогаз» была разработана целевая модификация двух станций «ВОДОПАД-50» и «ВОДОПАД-150А» с блоком сорбционной фильтрации «БСФ-200». В процессе целевой разработки оборудования основное внимание было уделено разработке специальных узлов блоков кондиционирования и блоков электрокоагуляционной обработки с целью расширения диапазона технологических режимов обработки исходной воды при ее кондиционировании и обеспечения более мощного электрокоагуляционного воздействия на устойчивые гидратные комплексы высоких концентраций органических соединений, придающих цветность воде до 600 градусов, которая почти в 12 раз превышает допустимую величину цветности — 50 градусов по нормативным требованиям ГОСТ 2761-84 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора».
В целом, полученные результаты при очистке высокоцветной подземной воды на Южно- Русском месторождении иллюстрируют большие потенциальные возможности электрокоагуляционной нанотехнологии подготовки питьевой воды «ВОДОПАД». За период с 2000 по 2016 год на объектах ПАО «Газпром», предприятий ТЭК и ЖКХ введено в эксплуатацию около 120 станций «Водопад» производительностью от 5 до 8000 м3/сутки.
География поставок оборудования водоочистных сооружений в блочном исполнении полной заводской готовности, изготовленного на Экспериментальном заводе ООО «ТюменНИИгипрогаз», охватывает территорию России от Северного Урала, на объектах газотранспортной системы «Северный поток», полуостров Ямал, Западную и Восточную Сибирь, 13 объектов магистрального газопровода Сахалин-Хабаровск-Владивосток, месторождения добычи газа на Сахалине и Камчатке.
В связи с тем, что Российская Федерация вступила в члены ВТО и экономическая деятельность ПАО «Газпром» осуществляется в условиях открытой конкуренции, руководством ООО «ТюменНИИгипрогаз», было принято решение о системной патентной защите интеллектуальной собственности и конкурентных преимуществ уникальных инновационных разработок на базе электрокоагуляционной технологии подготовки воды «Водопад». С 2009 по 2016 год получено 15 патентов на полезные модели и изобретения:
В представленной серии патентов особое значение имеет последний, пат. 2591937. В нем представлено описание системно-комплексного подхода, максимально реализованного в технологических комплексах электрокоагуляционной подготовки высококачественной питьевой воды в автоматизированных модульных станциях «Водопад» последнего поколения.
Защищенная патентом системно-комплексная технологическая схема включает:
Технологические системы первых двух модулей в автоматизированном режиме работы обеспечивают уникальный процесс эффективного кондиционирования высокозагрязненной исходной воды путем дозирования вспомогательных веществ и применения специальной гидродинамической обработки, с учетом состава и концентрации загрязняющих веществ в исходной воде.
Обеспечение высокой стабильности процесса электрокоагуляции подземных и поверхностных вод с различным составом и концентрациями загрязняющих веществ достигнуто благодаря оптимизации гидродинамических параметров движения воды в межэлектродном пространстве, попеременно в ламинарном и турбулентном режиме. Эти процессы были детально изучены с помощью специальной компьютерной программы гидродинамического моделирования, а затем воплощены в общей технологическом комплексе путем соответствующих конструктивных решений.
Для сравнения, на типовых станциях обезжелезивания подземных вод объем сброса в канализацию промывной воды после фильтров достигает от 15 до 20 %. При использовании мембранных технологий обратного осмоса объем сбрасываемого концентрата загрязнений достигает 50-60% от объема поступающей на очистку воды.
В качестве характеристики достигнутого изобретательного уровня, защищенного данным патентом может служить тот факт, что в процессе патентной экспертизы по всем признакам заявленного изобретения была присвоена категория А, которая подтверждает мировую новизну изобретения.
В целом полученные Патенты охватывают большой диапазон специальных технологических и конструкционных решений, направленных на расширение технических возможностей оборудования, разработанного специально для реализации системно-комплексных проектных решений, включающих автоматизированные водозаборные станции подачи воды из артезианских скважин и открытых водоемов, станции водоподготовки, подстанции водонапорные для хранения и подачи воды в сети водоснабжения, оборотные системы утилизации воды после промывки фильтров, системы обезвоживания электрокоагуляционного осадка, обеспечивающие высокий уровень экологической безопасности благодаря исключению сброса отходов в окружающую среду, а также канализационные насосные станции и противопожарные насосные станции для полного обеспечения инфраструктуры проектируемых водоочистных сооружений.
При этом основной акцент был направлен на гарантированное обеспечение объектов ПАО «Газпром» качественной питьевой водой, а также на достижение высоких показателей энерго-ресурсосбережения и экологической безопасности в процессе эксплуатации автоматизированных водоочистных сооружений с диспетчерским управлением их работой в режиме высоких технологий.
В минувшем году журналу "Изобретатель и рационализатор", в первом номере которого читателей приветствовал А.Эйнштейн, исполнилось 85 лет.
Немногочисленный коллектив Редакции продолжает издавать ИР, читателями которого вы имеете честь быть. Хотя делать это становится с каждым годом все труднее. Уже давно, в начале нового века, Редакции пришлось покинуть родное место жительства на Мясницкой улице. (Ну, в самом деле, это место для банков, а не для какого-то органа изобретателей). Нам помог однако Ю.Маслюков (в то время председатель Комитета ГД ФС РФ по промышленности) перебраться в НИИАА у метро "Калужской". Несмотря на точное соблюдение Редакцией условий договора и своевременную оплату аренды, и вдохновляющее провозглашение курса на инновации Президентом и Правительством РФ, новый директор в НИИАА сообщил нам о выселении Редакции "в связи с производственной необходимостью". Это при уменьшении численности работающих в НИИАА почти в 8 раз и соответствующем высвобождении площадей и, при том, что занимаемая редакцией площадь не составляла и одну сотую процентов необозримых площадей НИИАА.
Нас приютил МИРЭА, где мы располагаемся последние пять лет. Дважды переехать, что один раз погореть, гласит пословица. Но редакция держится и будет держаться, сколько сможет. А сможет она существовать до тех пор, пока журнал "Изобретатель и рационализатор" читают и выписывают.
Стараясь охватить информацией большее число заинтересованных людей мы обновили сайт журнала, сделав его, на наш взгляд, более информативным. Мы занимаемся оцифровкой изданий прошлых лет, начиная с 1929 года - времени основания журнала. Выпускаем электронную версию. Но главное - это бумажное издание ИР.
К сожалению, число подписчиков, единственной финансовой основы существования ИР, и организаций, и отдельных лиц уменьшается. А мои многочисленные письма о поддержке журнала к государственным руководителям разного ранга (обоим президентам РФ, премьер-министрам, обоим московским мэрам, обоим губернаторам Московской области, губернатору родной Кубани, руководителям крупнейших российских компаний) результата не дали.
В связи с вышеизложенным Редакция обращается с просьбой к вам, наши читатели: поддержите журнал, разумеется, по возможности. Квитанция, по которой можно перечислить деньги на уставную деятельность, то бишь издание журнала, опубликована ниже.
Главный редактор, канд. техн. наук | В.Бородин |