Отстойники — это аппараты, в которых процесс разделения: фаз эмульсии (воды от
нефти) совершается в условиях ламинарного режима, т. е. когда дисперсная фаза
(капельки нефти или* воды)
движется в дисперсионной среде со скоростями, определяемыми по формулам:
Формула Стокса
(1)
применима, когда частицы воды или нефти движутся в режиме, число Рейнольдса для
которого не превышает единицы.
Для капелек (воды,
нефти) диаметром от 0,3 до 0,8 мм скорость осаждения (всплывания) определяется
формулой Алена при 2<Re<500
(2)
Для капелек (воды, нефти) d
> 0,8 мм скорость осаждения определяется
формулой Ньютона-Ритингера при
Re > 500
ρ в и ρ н – плотность
воды и нефти, кг/м3; µ- динамическая вязкость дисперсионной среды, Па с; d
– диаметр капелек осаждающей воды или капель поднимающейся нефти, м; g
– ускорение свободного падения, м/с2.
Отстойная аппаратура
обычно рассчитывается
без учета влияния отдельных капелек друг на друга, т. е. считается, что капли поднимаются (нефть) или
опускаются (вода) в гравитационном нестесненном поле за счет только разности плотностей и
архимедовых
сил.
При расчете скорости осаждения или подъема капель жидкости необходимо знать высоту слоя дисперсионной среды h, в которой перемещаются капельки дисперсной фазы. Тогда, зная высоту h и скорость осаждения капель воды в нефти или подъема капель нефти
в воде, нетрудно
определить время полного разделения нефти от воды τ = h / υ н ,
где υ н - — скорость капель дисперсной фазы, определяемая по одной из выше
приведенных формул, м/с.
Порядок расчета пропускной способности отстойников для горячей смеси
(нефти с водой) с использованием известных величин τ и υ н
может быть различным. Если известны, например, размеры отстойника D и L (м), время отстоя τ (ч), то при общей производительности
УПН, равной Gv (м3/ч), необходимое число отстойников будет
равно
где go — объем отстойника, м3.
При последовательном
соединении отстойников и вводе нефтеводяной смеси со стороны эллиптического
днища скорость потока (м/с)
будет
Полученные скорости не должны превышать
допустимых скоростей осаждения vm для данной нефти при
заданных условиях, которые определяются из соотношения
где L — длина отстойника в м,
обеспечивающая осаждение или всплытие капель одной жидкости в другой.
Если нефтяная эмульсия вводится в
отстойник через маточник, то такие отстойники рассчитываются на пропускную
способность по формуле
Здесь gv — количество эмульсии, проходящей через отстойник, м3/сут; s — максимальная площадь сечения горизонтального отстойника по длине, м2;
v — скорость, определяемая по (1), (2) или (3).
Параллельное
соединение отстойников на УПН часто приводит к
неравномерной их загрузке нефтью и водой, в результате чего нарушается технологический режим работы УПН и
использование их становится весьма неэффективным.