Расчет отстойной аппаратуры

Технологический расчет отстойной аппаратуры заключается в определении пропускной способности отстойника или его размеров.

Если скорость слияния капель воды с водной подушкой - слоем воды в отстойнике меньше скорости накопления частиц на водонефтяном разделе, то между нефтью и водной подушкой образуется переходной слой, толщина которого уменьшается к выходу от отстойника.

Обводненность нефти на выходе из отстойника определяют по содержанию мелких капель воды, время осаждения которых больше времени осевого перемещения разделяемой эмульсии в отстойнике.

Допустим, что распределение капель воды в нефти после заполнения отстойника равномерно. Следовательно, обводненность эмульсии в любом его сечении одинакова и равна исходной обводненности В.

Зависимость суммарного объема воды от относительного размера капель воды в эмульсии хорошо аппроксимируется уравнением:

(1)

где V_B – объем воды в эмульсии;

d_i - диаметр капель воды в эмульсии;

d_max- максимальный диаметр капель воды в эмульсии;

V_Bi – объем воды в каплях, размеры которых меньше или равны d_i:

(2)

По определению обводненность эмульсии есть отношение

% (3)

откуда

(4)

Аналогично для обводненности в слое эмульсии:

(5)

Подставляя V_B и V_Bi в (1), получим следующее равенство:

(6)

откуда

(7)

Подставляя (7) в выражение (см (4.50) в лекциях):

(8)

и преобразовывая, имеем:

(9)

Таким образом, по (9), в отличие от (8), определяют относительную скорость осаждения капель воды в слое эмульсии с обводненностью В_i, которая меньше начальной обводненности эмульсии В вследствие опережающего движения капель размером больше d_i. Следовательно, по (9) можно рассчитать спектр скоростей стесненного осаждения капель воды с учетом изменения обводненности эмульсии по высоте отстойника.

На момент времени t после начала гравитационного расслоения эмульсии нижняя граница слоя эмульсии, содержащей капли размером d_i и меньше, h_i, может быть найдена по формуле:

(10)

где w_{од i} – скорость стесненного оседания капель воды диаметром d_i.

Необходимая длина зоны отстоя эмульсии при непрерывной подаче эмульсии в отстойник определяется:

допустимым остаточным содержанием воды в эмульсии;

горизонтальной составляющей скорости движения эмульсии;

скоростью расслоения эмульсии.

Из-за перехода части воды из эмульсии в водную фазу через поверхность раздела фаз вода-нефть, горизонтальная скорость перемещения эмульсии непрерывно уменьшается, поэтому:

(11)

где l – длина зоны отстоя эмульсии, м;

w_Г – горизонтальная скорость движения эмульсии на входе в отстойник, м/с;

t - время пребывания эмульсии в отстойнике, с.

Время пребывания эмульсии в отстойнике может быть определено как отношение:

(12)

где h – высота слоя водонефтяной эмульсии на входе в отстойник;

t_i – время оседания частиц диаметром d_i, т.е. время прохождения их через слой эмульсии высотой h.

Подставляя (12) в (11) с учетом (9), получаем:

(13)

где m_С – вязкость среды, Па×с;

d_i – минимальный диаметр капель воды, которые будут осаждаться в отстойнике, м;

Dr = r_В - r_{Н ,}

r_В, r_Н – плотности воды и нефти, соответственно, кг/м³;

d_max - максимальный диаметр капель воды в эмульсии на входе в отстойник, м;

l_i – длина зоны отстоя капель воды диаметром d_i.