2.2.2. Определение высоты отстойника

Высоту отстойника с газовой подушкой рассчитывают следующим обра­зом:

1. Вначале находят высоту зоны отстоя (Н_от), задаваясь длительностью от­стоя ( ) - из опытных данных обычно принимают исходя из диапазона 20 - 60 мин.:

Н_от = (132)

Высота h₁ обычно принимается равной примерно 0,7·Н_ОТ, а величину h'₁ находят из уравнения:

h'₁ = H_ОТ-h_l (133)

2. Высоту уровня водяной подушки (Н_в) можно принять равной 0,5 - 0,6 м, если имеется автоматический регулятор её уровня; при его отсутствии Н_в ≥ 1 м.

3. Высоту расположения штуцера вывода воды (h₂) можно принять рав-

ной 0,3 - 0,4 м.

4. Высоту слоя чистой нефти (Н_Н) необходимо принимать такой, чтобы предотвратить попадание в неё капель воды:

Н_Н (134)

где: G_К- массовый расход конденсата;

- плотность конденсата.

Обычно, этот расчет не проводят, а просто принимают Н_Н ≥ 0,5м.

5. Высоту h₃ определяют исходя из 10 минутного количества орошения.

6. Высоту h₄ обычно принимают равной 0,4 - 0, 5 м. При выводе нефти самотеком h₄=0.

7. Высоту h₅ обычно принимают равной 0,4 м; а высоту h₆ равной 0,6 м (для предотвращения переброса жидкости через сливную перегородку).

8. Высоту свободного пространства под отбойником h₇ находят по уравнению:

h₇ (135)

Обычно этого расчета не проводят, а просто принимают h₇≥ 0,5 м.

9. Высота h₈ зависит от конструкции аппарата. Если ставят отбойные та­релки, то h₈ зависит от их число (n) и расстояния между ними (а), т.е.:

h₈ = n·(a-l) (136)

Если тарелок нет, то обычно принимают h₈ = 0,6 м.

10.Высоту свободного пространства над отбойником (h₉) обычно прини­мают равной 0,5 м.

Общая высота цилиндрической части отстойника (Н):

H = H_ОТ ⁺ H_B ⁺ H_H + h₂ + h₃ + h₄ + h₅ + h₆ + h₇ + h₈ + h₉ (137)

Если газовая подушка отсутствует, то обычно принимают:

Н_п = 0,8 м.

ОТСТОЙ НЕОДНОРОДНОЙ СУСПЕНЗИИ

Ограничимся лишь рассмотрением простейшего случая нестационарного

течения - отстоя при отсутствии перемещения жидкости.

Типичный процесс осаждения частиц из первоначально однородной сус­пензии развивается следующим образом (рис.11):

Вначале, во всём объёме содержится однородная двухфазная смесь В. При осаждении в верхней части появляется чистая жидкость А, а в основании плотный осадок D. Между областями В и D часто существует зона С где концентрация частиц неравномерна. Если частицы имеют почти одинаковые размеры, то между слоями А и В образуется резкая граница, которая перемещается со скоростью оседающих частиц. Между областями В и С может существовать четкая граница раздела, но может и отсутствовать.

Рис.11. Типичное развитие процесса периодического осаждения

а - физическая картина; в - высота поверхности раздела в функции от времени

В конце концов верхняя и нижняя границы раздела сливаются и область В исчезает. После этого происходит медленное сжатие или уплотнение областей В и D до достижения максимальной плотности осевшего слоя.

Математическая теория подобного процесса разработана Кинчем. Соглас­но его воззрениям процесс отстоя может быть графически описан зависимостью от , где в данном случае:

= 1- (138)

1 вариант:

Возможен непосредственный скачкообразный переход от ис­ходного значения = ₀ к конечному значению =

Для этого случая существует две возможные формы кривых (рис.12 и 13):

Рис.12. Первый случай скачкообразного перехода концентраций

Их принципиальное отличие состоит в том, что в одном случае хорда, стя­гивающая значение с точкой на кривой, отвечающей начальному значению ₀, пересекает данную кривую, а в другом случае кривая остаётся непересечённой.

Поверхность раздела зон А и В движется со скоростью, определяемой tg ,

а поверхность раздела зон В и D перемещается со скоростью, определяемой tg .

Рис.13. Второй случай скачкообразного перехода концентраций

Для второй формы кривой данный тип осаждения возможен только в слу­чае, когда ₀ < ₁ или ₀ > ₂, т.е. когда хорда не пересекает кривую.

2 вариант.

Непосредственный скачкообразный переход от = _о к = не­возможен.

Для этого случая существует только одна возможная форма кривой, но в зависимости от _о возможны два варианта ситуации:

Первый вариант характеризуется тем, что кривая j_f,s( ) в точке _о обращена выпуклостью вверх (рис .14):

Рис.14. Первый вариант перехода концентраций при невозможности скачка

В этом случае скорость перемещения границы между зонами А и В (_VAB) равна tg ; скорость перемещения границы между зонами С и D (v_cd) равна тан­генсу угла наклона касательной к кривой, проведённой из точки в точку, соот­ветствующую ₂, т.е. самую экстремальную точку вогнутой части кривой (tg ). Скорость перемещения границы между зонами В и С равна tg ₂, т.е. угла наклона касательной, проведённой к точке кривой, соответствующей ₀(v_BС)-

Для рассмотренного случая кинетика распределения зон по высоте может быть проиллюстрирована рис .15.

Рис.15. Номограмма соотношений между зонами

Область а - чистая жидкость ( =о)

Область В - начальное значение концентрации ( = _о);

Область С - промежуточная концентрация от _о до ₂;

Область D - конечная концентрация осадка .

Т.к. на границе раздела ВС не происходит скачкообразного изменения объ­ёмной концентрации частиц эта поверхность практически может не наблюдаться.

Более того, зона С распространяется в зону В и при достижении границы АВ зона В исчезает. При этом, скачек концентрации от =0 (зона А) до текущего (зона С) естественно увеличивается, а изменение его во времени замедляется. Точнее говоря, зона В исчезает не только за счет внедрения в неё зоны С, но и поджимания её зоной А , которая после исчезновения зоны В теснит уже зону С. Одновременно сама зона С поджимается снизу зоной D и после совмещения по­верхностей раздела АС и CD процесс осаждения завершается.

Второй вариант характеризуется тем, что кривая j_f,s( ) в точке ₀ обращена

выпуклостью вниз (рис. 16):

Рис. 16. Второй вариант перехода концентраций при невозможности скачка

В этом случае между областями В и С имеет место скачек объёмной кон­центрации частиц и образуются три отчетливые поверхности раздела. Скорость перемещения границы между зонами В и С (_VBС ) определяется тангенсом угла на- клона касательной, проведённой из точки, соответствующей _о, к минимальной точке кривой без её пересечения (tg ). Скорость v_cD определяется тангенсом угла наклона касательной, проведённой из точки к самой экстремально вогнутой точке кривой без её пересечения (tg ₂). Когда, поверхности раздела АВ и ВС совместятся, область В исчезнет и в дальнейшем происходит уплотнение об­ласти С до полного завершения осаждения. Для этого случая кинетика распреде­ления зон по высоте аналогична предыдущему случаю.

До сих пор мы считали, что процесс осаждения заканчивается при дости­жении значения . В действительности осевший слой твёрдых частиц спосо-

бен к дальнейшему уплотнению, происходящему под действием давления столба жидкости и осадка, описываемому уравнением:

(139)

где: первое слагаемое - градиент давления жидкости по высоте; второе слагаемое - градиент давления осадка по высоте слоя.

Ps = (140)

где: - поверхностное натяжение на границе частица - жидкость.

Поведение осадка, уплотняющегося до значений > , можно описать с помощью уравнения:

E (141)

где:

E= (142)

Автоматизированная концевая совмещенная сепарационная установ­ка КССУ ОФ ВНИИКАНефтеза.

Аппараты данной серии (рис.17) предназначены для разгазирования и час­тичного (до 5 - 20 % остаточной воды) обезвоживания нефти перед подачей её на установку подготовки.

Рис. 17 Автоматизированная концевая совмещенная сепарационная установка:

1 - сепаратор; 2 - брызгоулавливатель; 3- счетчик газа; 4 - отвод нефти; 5 - распределитель; 6-смеситель; 7 - счетчик жидкости; 8 - насадок; 9 - регулятор уровня.

Установка работает следующим образом.

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Блочные автоматизированные установки БАС - 1.

Разработаны ОФ ВНИИКАНефтегазом и имеют две модификации: БАС-1-100 (рис.18) и БАС-1-200 (рис.19).

Рис.18. Блочная автоматизированная сепарационная установка БАС-1-100:

1 - задвижка; 2 - турбинный счетчик; 3 - регулятор уровня; 4 - предохранитель­ный клапан; 5 - датчик предельного уровня; 6 - манометр электроконтактный; 7 — сепарационные полки; 8 — газосепарационный отсек; 9 — перегородка; 10 — во-доотделительный отсек; 11 - манометр технический; 12 - труба для отбора нефти; 13 - регулятор уровня вода-нефть; 14 - патрубок для отбора воды; 15 - распреде­литель; 16 — счетчик импульсов

Установка работает следующим образом:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Рис. 19. Установка БАС-1-200:

1 - газовый отсекатель; 2 - труба для отбора газа; 3,7- перегородки; 4 - регуля­тор уровня вода-нефть; 5 - распределитель; б - манометр электроконтактный; 8 - регулятор уровня нефти; 9 - счетчик нефти; 10 - патрубок выхода нефти; 11 -счетчик горячей воды; 12 - счетчик дренируемой воды; 13 - патрубок сброса во­ды; 14 - счетчик электрических импульсов; 15 - датчик предельного уровня

Установка работает следующим образом:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Установки предварительного сброса воды типа УПС.

Разработаны ТатНИИНефтемашем совместно с СПКБ Нефтехимавтомати- кой и имеют несколько модификаций: УПС-2000/6; УПС-3000/6 и УПС-10000/6 производительностью соответственно 2000, 3000 и 10000 т/сутки. Установка УПС-2000/6 состоит из одного моноблока, включающего газосепаратор, смонти­-рованный на технологической ёмкости, которая разделена глухой сферической перегородкой на два отсека: приёмный и водоотделительный. Приёмный разделён на два отсека продольной перегородкой, в которой предусмотрена щель для изме­ рения количества поступающей на установку продукции. Для успокоения жидко-­ сти в одном из отсеков расположены две перегородки (рис.20).

Рис.20 Установка УПС-2000/6:

1, 5, 6, 7, 12 - перегородки; 2 - вертикальная труба; 3 - распределительный козы-рек; 4- распределитель; 8, 10 - щели; 9 - сферическая перегородка; // - регулятор перепада давления; 13, 15 - регуляторы уровня; 14 - трубка гидростатического регулирования уровня

Имеется модернизированный вариант установок УПС-2000/6 и УПС-3000/6, которые в настоящее время выпускаются как установки УПС-3000/6М (16М) и УПС-6300(16М) - (рис.21).

Рис. 21. Технологическая схема установок УПС-3000/6М и УПС-6300/6М

1 - сопло; 2 — нефтеразливная полка; 3 — каплеотбойник; 4 - регулятор давле­ния; 5 - штуцеры выхода нефти; б — перфорированный трубопровод; 7 — входной распределитель; 8 - каплеобразователь; Р - регулятор уровня; А, Б - отсеки

Установки спроектированы по одной технологической схеме, конструкции их подобны и имеют унифицированную систему КИП и автоматики.

Установки работают следующим образом:

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________Технологические характеристики установок представлены в табл.22.

Табл.22Технические характеристики установок

Показатели	УПС-3000/6М	УПС-6300/6М
Производительность, тсутки	3000	6300
Давление, МПа	Не более 0,6	Не более 0,6
Газовый фактор, м3/м3	До 120	До 120
Обводнённость, %
На входе	До 90	До 90
На выходе	До 20	До 20
Температура, °С	16-50	16-50
Объём техн.ёмкости, м3	100	200
Температура окр.среды, °С	От -40 до +50	От -40 до +50
Масса, кг	До 29500	До 43500

Аппарат ОГ - 200С СПКБ